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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Brennstoffeinspritzsysteme und insbesondere auf
ein Brennstoffeinspritzsystem und auf ein Verfahren zur Einspritzung
von Brennstoff unter Verwendung von zwei Common-Rails bzw. Verteilerleisten
mit unterschiedlich gesteuerten Drücken.
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Ingenieure suchen dauernd nach Wegen
zur Verringerung von unerwünschten
Motoremissionen. Eine Strategie ist es, Wege zur Verbesserung der Leistung
von Brennstoffeinspritzsystemen zu suchen. Mit den Jahren haben
die Ingenieure gelernt, dass Motoremissionen eine beträchtliche
Funktion der Einspritzzeitsteuerung, der Anzahl der Einspritzungen,
der Einspritzmengen und Ratenformen sein können. Es ist jedoch beobachtet
worden, dass eine Einspritzungsstrategie bei einem Motorbetriebszustand
die Emissionen bei diesem speziellen Betriebszustand verringern
kann, jedoch tatsächlich
eine übermäßige Menge
an unerwünschten
Emissionen bei einem anderen Betriebszustand erzeugen kann. Somit
kann ein Brennstoffeinspritzsystem mit einer Vielzahl von Fähigkeiten
zur Erzeugung von einer Vielzahl von Einspritzstrategien besser
arbeiten und die Emissionen bei allen Motorbetriebsbedingungen reduzieren
als ein Brennstoffeinspritzsystem, welches bezüglich seiner Steuerung der
Einspritzzeitpunkte, der Anzahl der Einspritzungen, der Einspritzmenge
und Ratenformen eingeschränkt
ist. Weiterhin können
Verbesserungen bei der Fähigkeit
zur Variation von Einspritzraten, der Anzahl der Einspritzungen,
Einspritzmengen und Ratenformen zu mehr Forschungen bezüglich verbesserter
Einspritzstrategien bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen führen und
auch zu deren Entdeckung führen.
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Ein offensichtlicher Versuch, ein
Brennstoffeinspritzsystem vorzusehen, wel ches schnell den Druck
der Einspritzungen variieren kann, wird offenbart in "Heavy Duty Diesel
Engines – The
Potential of Rate Shaping for Optimizing Emissions and Fuel Consumption" (Schwerlast-Diesel-Motoren – Das Potenzial
von Einspritzratenform zur Optimierung von Emissionen und Brennstoffverbrauch),
von Bernd Messers, Mahr, Manfred Durnholz, Wilhelm Polach und Hermann
Grieshaber, Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland auf dem 21.
International Engine Symposium, 4.-5. Mai 2000, Wien, Österreich. Diese
Schrift lehrt einen Common-Rail-System und eine direkt gesteuerte
Brennstoffeinspritzvorrichtung, die vergeblich die Fähigkeit
hat, Brennstoff mit mittlerem Druck direkt aus der Rail einzuspritzen,
oder die Brennstoff-Common-Rail
zu verwenden, um intensiv Brennstoff innerhalb der Einspritzvorrichtungen
unter Druck zu setzen, und zwar zur Einspritzung mit relativ hohen
Drücken.
Die Größe des hohen
Druckes der druckverstärkten
Einspritzung wird teilweise eine Funktion des Brennstoffdruckes
sein, der auf einen Druckverstärker
innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung wirkt.
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Während
dieses Brennstoffeinspritzsystem theoretisch die Fähigkeit
haben kann, mehrere Einspritzungen zu erzeugen, jeweils mit unterschiedlichen
Drücken
und zeitlich eng beieinander liegend, hat das Brennstofteinspritzsystem
Nachteile. Beispielsweise haben der Brennstoff, der verwendet wird,
um die druckverstärkte
Einspritzung auszuführen,
und der Brennstoff, der direkt aus der Common-Rail bzw. gemeinsamen
Druckleitung eingespritzt wird, die gleiche Quelle, d. h. die Common-Rail.
Somit haben sie beiden den Common-Rail-Druck. Bei Situationen, wo
nicht ausreichend Zeit ist, den Druck innerhalb der Common-Rail zwischen
den Einspritzungen zu verändern,
hängt der
hohe Druck der druckverstärkten
Einspritzung von der Einspritzung der Common-Rail-Einspritzung mit
mittlerem Druck ab, oder umgekehrt. Beispielsweise ist der Druck
einer Haupteinspritzung, die druckverstärkt ist, durch den Druck einer
Vorsteuereinspritzung eingeschränkt,
die direkt von der Common-Rail eingespritzt wird. Obwohl somit der
Druck der Hochdruck-Einspritzung größer ist als der Druck der Einspritzung
mit mittlerem Druck fehlt dem Brennstoffeinspritzsystem von Bosch
die Fähigkeit, den
Druck der Hochdruck-Einspritzung zu variieren, ohne den Druck der
Einsprit zung mit mittlerem Druck zu variieren, ohne auch den Druck
der Einspritzanlage mit mittleren Druck zu variieren.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf
gerichtet, die Fähigkeiten
von Brennstofteinspritzsystemen zu verbessern.
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Gemäß eines Aspektes der vorliegenden
Erfindung weist ein Brennstoffeinspritzsystem mindestens eine erste
Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung und eine zweite Common-Rail
auf. Mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung ist strömungsmittelmässig mit
der ersten Common-Rail und der zweiten Common-Rail zu verbinden.
Die erste Common-Rail ist auf einem ersten Druck und die zweite
Common-Rail ist auf einem zweiten Druck, der unabhängig vom
ersten Druck ist.
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Gemäß eines weiteren Aspektes der
vorliegenden Erfindung weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
einen Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper auf, der mindestens einen
Niederdruck-Auslass, einen Einlass mit mittlerem Druck, einen Hochdruck-Einlass
und einen Düsenauslass
definiert. Ein direkt wirkendes Nadelsteuerventil weist eine hydraulische
Verschlussfläche
auf.
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Gemäß noch eines weiteren Aspektes
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Einspritzung von
Brennstoff vorgesehen. Brennstoff wird mit einem ersten Druck zumindest
teilweise eingespritzt, in dem man strömungsmittelmässig eine
Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einer ersten Common-Rail verbindet.
Brennstoff wird mit einem zweiten Druck zumindest teilweise eingespritzt,
in dem man die Brennstoffeinspritzvorrichtung strömungsmittelmäßig mit
einer zweiten Common-Rail verbindet. Der zweiten Druck ist unabhängig vom
ersten Druck.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Brennstoffeinspritzsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine diagrammartige geschnittene Seitenansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
die Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2, wie sie entlang einer anderen Schnittlinie zu
sehen ist.
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4a-4e sind
beispielhafte Kurvendarstellungen, die die Brennstoffeinspritzungsrate,
die Stösselbewegung,
die Bewegung des Flusssteuerventils, die Bewegung des Nadelsteuerventil
und einen sac-Druck jeweils gegenüber der Zeit für eine beispielhafte
Einspritzungssequenz gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen.
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Detaillierte
Beschreibung
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Mit Bezug auf 1 weist ein Sechs-Zylinder-Diesel-Motor
ein Brennstoffeinspritzsystem 12 mit doppelter Common-Rail
auf. Das System 12 weist eine individuelle Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 für jeden
Motorzylinder auf, weiter einen Kreislauf 38, der eine Öl-Common-Rail 16 aufweist,
die strömungsmittelmässig mit
einem Ölsumpf 20 verbunden ist,
und einen Brennstoffkreislauf 39, der einen Brennstofftank 18 aufweist,
der strömungsmittelmässig mit
einer Brennstoff-Common-Rail 17 verbunden ist. Der Fachmann
wird erkennen, dass es bei anderen Anwendungen zwei oder mehr getrennte Öl-Common-Rails
und/oder Brennstoff-Common-Rails geben kann, wie beispielsweise
eine getrennte Brennstoff- und/oder Öl-Common-Rail für jede Seite eines "V-Motors". Obwohl die zwei
Common-Rails 16 und 17 so gezeigt sind, dass sie
zwei unterschiedliche Strömungsmittel
aufweisend, sei bemerkt, dass beide, Common-Rails das gleiche Strömungsmittel
aufweisend könnten,
d. h. Brennstoff. Weiterhin sei bemerkt, dass wenn beide, Rails Brennstoff
aufweisenden bzw. führen,
beide, Common-Rails strömungsmittelmässig miteinander
zu verbinden sein könnten,
solange jede gemeinsame Common-Rail Brennstoff zu dem Brennstoffeinspritzvorrichtun gen 14 mit
einem Druck liefern könnte,
der von der anderen Common-Rail unabhängig ist. Beispielsweise könnten die
Common-Rails strömungsmittelmässig miteinander
und mit dem Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu verbinden sein,
und zwar mit einem Druckregler, der zwischen den zwei, Commmon-Rails
positioniert ist. Wenn zusätzlich
beide Common-Rails Brennstoff enthielten, zieht die vorliegende
Erfindung in Betracht, das Brennstoff von beiden, Common-Rails direkt
in den Motorzylinder mit oder ohne einer Option einer Druckverstärkung eingespritzt
wird.
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Ein elektronisches Steuermodul 22 steuert den
Betrieb des Brennstoffeinspritzsystems 12. Das elektronische
Steuermodul 22 verwendet vorzugsweise fortschrittliche
Strategien zur Verbesserung der Genauigkeit und der Konsistenz zwischen
dem Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 genauso wie eine
Drucksteuerung in der Öl-Common-Rail 16 und in
der Brennstoff-Common-Rail 17.
Beispielsweise könnte
das elektronische Steuermodul 22 Strategien zur elektronischen
Einstellung einsetzten, die für
jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 individuell vorgesehen
sind, um konsistenter zu arbeiten. Eine konsistente Leistung ist
wegen dem Vorhandensein von unvermeidlichen Variationen des Leistungsansprechens
wünschenswert,
und zwar aufgrund von derartigen gründen, wie eine realistische Überarbeitungstoleranz,
die mit den verschiedenen Komponenten assoziiert ist, die die Brennstofteinspritzvorrichtungen 14 bilden.
Gemäß einer
weiteren Strategie könnte
das elektronische Steuermodul 22 ein modellbasiertes Rail-Drucksteuersystem
einsetzten, welches die Rail-Drucksteuerausgabe in einer Flusssteuerung
(open loop) gekoppelt mit einer Fehler- und Drucksteuerregelung
(closed-loop).
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Wenn das Brennstofteinspritzsystem
12 im Betrieb ist, wird Öl
von einer Ölströmungsmittelschaltung 38 von
dem Ölsumpf 20 über eine
Niederdruck-Ölzirkulationspumpe 24 gezogen,
und der Auslassfluss wird aufgeteilt zwischen einem Motorschmieröldurchlass 27 und
einer Niederdruck-Brennstoffeinspritztversorgungsleitung 28,
nachdem er durch einen Ölfilter 25 und
einen Kühler 26 gelaufen ist.
Das Öl
in dem Motorschmieröldurchlass 27 läuft durch
den Motor 10 und schmiert seine verschiedenen Komponen ten
in herkömmlicher
Weise. Das Öl in
der Niederdruck-Versorgungsleitung 28 wird auf einen mittleren
Druckpegel durch eine Hochdruck-Pumpe 29 angehoben. Dieser "mittlere Druck" ist ein relativ
hoher Druck im Vergleich zu dem Ölablaufdruck,
ist jedoch immer noch niedriger als die Spitzeneinspritztdrücke. Die
Pumpe 29 ist vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte
Pumpe mit variabler Lieferung, wie beispielsweise eine durch Hülsen zugemessene
bzw. gesteuerte Pumpe mit fester Verdrängung und variabler Lieferung.
Somit kann die Pumpe 29 den Druck des Öls variieren, welches von der
Pumpe 29 geliefert wird. Die Hochdruck-Pumpe 29 ist
mit der Common-Rail 16 über
eine Hochdruck-Versorgungsleitungen 30 verbunden. Jede
der einzelnen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 hat einen
Betätigungsströmungsmitteleinlass 60,
der mit der Common-Rail 16 über einen getrennten Verzweigungsdurchlass 31 verbunden
ist. Nachdem es in den einzelnen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 verwendet
wurde, um Brennstoff unter Druck zusetzen verlässt das Öl die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 über einen
Betätigungsströmungsmittelablauf 62 und
kehrt zum Ölsumpf 20 zur
Rückzirkulation über eine
Rückleitung 32 zurück.
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Brennstoff wird von einem Brennstofftank 18 durch
eine Brennstofftransferpumpe 36 gezogen und zu einer Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 über eine Brennstoffversorgungsleitung 34 geliefert,
die einen Brennstofffilter 37 aufweist. Die Brennstofttransferpumpe 36 und
der Brennstofffilters 37 sind vorzugsweise in einem gemeinsamen
Gehäuse
enthalten. Die Brennstofttransferpumpe 36 ist vorzugsweise eine
elektrische Pumpe mit konstanten Fluss, während die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 vorzugsweise
eine elektronisch gesteuerte Pumpe mit variabler Lieferung ist,
wie beispielsweise eine durch Hülsen
zugemessene Pumpe mit fester Verdrängung und variabler Lieferung.
Die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 setzt den Brennstoff auf
einen "mittlerem Druck" unter Druck und
liefert den unter Druck gesetzten Brennstoff zu einer Brennstoff-Common-Rail 17.
Obwohl die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 den Druck
des Brennstoffes variieren kann, der von der Pumpe 19 geliefert
wird, ist der "mittlere
Druck" des Brennstoffes
geringer als der Spitzeneinspritzdruck. Es sei bemerkt, dass der
mittlere Druck des Brennstoftes größer oder kleiner als der mittlere
Druck des Öls
von der Öl-Common-Rail 16 sein
kann, und zwar abhängig
von der erwünschten
Einspritzungsstrategie. Jede der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 hat einen
Brennstoffeinlass, der mit der Brennstoff-Common-Rail 17 über einen
getrennten Brennstoffverzweigungsdurchlass 15 verbunden
ist. Irgendwelcher Brennstoff, der von den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 nicht
verwendet wird, wird zum Brennstofftank 18 über die
Brennstoffrückleitung 35 rückzirkuliert,
die mit dem Niederdruck-Brennstoffauslass 65 verbunden
ist.
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Das Brennstoffeinspritzsystemen 12 wird
bezüglich
seines Betriebs durch ein elektronisches Steuermodul 22 über Steuerungskommunikationsleitungen 40, 21 und 41 gesteuert.
Die die Steuerkommunikationsleitung 40 steht in Verbindung
mit der Hochdruck-Ölpumpe 19 und
steuert ihre Lieferung und daher den Druck des Öls in der Common-Rail 16. In ähnlicher
Weise steht die Steuerkommunikationsleitung 21 in Verbindung
mit der Hochdruck-Brennstoftpumpe 29 und
steuert ihre Lieferung und daher den Druck in der Brennstoff-Common-Rail 17.
Die Steuerkommunikationsleitung 41 weist vier Drähte auf,
ein Paar für
jede elektrische Betätigungsvorrichtung
in jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 14. Der Fachmann
wird erkennen, dass durch Modifikation der Steuersignale ein Paar
von Drähten
verwendet werden könnte,
um zwei elektrische Betätigungsvorrichtungen
zu steuern. Zusätzlich
können
mehr Geräte
vorhanden sein, wie beispielsweise zur Leitung von Rückkoppelungssignalen
zu dem elektronischen Steuermodul. Diese jeweiligen Betätigungsvorrichtungen
innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtungen > 14 steuern den Fluss des Betätigungsströmungsmittels
zu den Einspritzvorrichtungen von der Rail 16 und das Öffnen und
Schließen
der Brennstoffeinspritzvorrichtungsprühdüse. Das elektronische Steuermodul 22 bestimmt
seine Steuersignale basierend auf verschiedenen Sensoreingangsgrössen, die in
der Technik bekannt sind. Diese sind beispielsweise von einem Öldrucksensor 42,
der an der Rail 16 angebracht ist, der ein Öldrucksignal über die
Sensorkommunikationsleitung 45 übermittelt, und von einem Brennstoffdrucksensor 51,
der an der Rail 17 angebracht ist, der ein Brennstoftdrucksignal über eine
Kommunikationsleitung 52 übermittelt. Zusätzlich übermit teln
ein Öltemperatursensor 43 und
ein Brennstofftemperatursensor 53, die ebenfalls an der Rail 16 bzw. 17 angebracht
sind, ein Öltemperatursignal
und ein Brennstofftemperatursignal an das elektronische Steuermodul 22 über jeweilige
Sensorkommunikationsleitungen 44 und 54. Das elektronische Steuermodul 22 nimmt
eine Vielzahl von anderen Sensorsignalen über eine (oder mehrere) Sensorkommunikationsleitung(en) 46 auf.
Diese Sensoren könnten
einen Drosselsensor bzw. Gaspedalsensor 47, einen Zeitsteuersensor 48,
einen Ladedrucksensor 49 und einen Drehzahlsensor 50 aufweisen,
sind jedoch nicht auf diese eingeschränkt.
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Zusätzlich mit Bezug auf die 2 und 3 weist jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 einen Einspritzvorrichtungskörper 61 auf,
der so angesehen werden kann, dass er einen Brennstoffdruckteil 66 und
einen Einspritzungsteil 68 aufweist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 kann
auch so angesehen werden, dass sie aufgeteilt ist zwischen einer
Brennstoffdruckanordnung 67 und einer direkt gesteuerten
Düsenanordnung 69.
Bei der veranschaulichten Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 ist
die Brennstoffdruckanordnung 67 in dem Brennstoftdruckteil 66 gelegen,
während
die direkt gesteuerte Düsenanordnung 67 in
dem Einspritzungsteil 68 gelegen ist. Obwohl die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 die
Brennstoffdruckanordnung 67 und die direkt gesteuerte Düsenanordnung 69 so
zeigt, dass sie zu einer Einspritzeinheit 14 verbunden
sind, wird der Fachmann erkennen, dass jene jeweiligen Anordnungen
in getrennten Körpern
angeordnet sein könnten,
die miteinander durch entsprechende Leitungen verbunden sind. Die
Brennstoffdruckanordnung 67 weist einen Druckverstärker 70 und
ein Flusssteuerventil 74 auf, welches betriebsmässig mit
einer ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 72 gekoppelt
ist. Die direkt gesteuerte Düsenanordnung 79 weist
ein Nadelsteuerventil 76 auf, welches betriebsmässig mit einer
zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 78 gekoppelt
ist, die in dem Einspritzteil 68 gelegen ist und an diesem
angebracht ist. Zusätzlich
wird ein direkt gesteuertes Nadelventil 79 beim Öffnen und Schließen durch
das Nadelsteuerventil 76 gesteuert, und daher durch die
zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78.
Unter Druck gesetztes Öl
tritt in den Einspritzvorrichtungskörper 61 durch seine
Oberseite bei einem Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlass 60 ein,
und verbrauchtes Niederdruck-Öl wird
zum Sumpf 24 über
einen Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelablauf 62 zurückzirkuliert. Brennstoff
wird zu dem Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 hin und
von diesen weg über
einen Brennstoffeinlass 64 für mittlerem Druck und einen
Niederdruck-Brennstoff
Auslass 65 zirkuliert.
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Der Druckverstärker 70 weist einen
gestuften oberen Verstärkerkolben 82 auf
und vorzugsweise einen frei schwimmenden Stössel 84. Der Verstärkerkolbens 82 ist
zu seiner zurückgezogenen
Position, wie gezeigt, durch eine Rückstellfeder 83 vorgespannt.
Der gestufte Oberteil des Verstärkerkolbens 82 gestattet,
dass die anfängliche
Bewegungsgrade, und daher möglicherweise
die anfängliche
Bewegungsrate geringer als möglich
ist, wenn der gestufte Oberteil eine Senkung freimacht. Die Rückstellfeder 83 ist
in einem Kolbenrückstellhohlraum 86 positioniert,
der direkt zu dem Bereich unter der Motorventilabdeckung über einen
nicht eingeschränkten
Entlüftungdurchlass 87 entlüftet ist.
Der frei schwimmende Stössel 84 ist
in Kontakt mit der Unterseite des Verstärkerkolbens 82 über dem
Niederdruck-Brennstoff vorgespannt, der auf ein Ende in der Brennstoffdruckkammer 90 wirkt.
Der Stössel 84 hat
vorzugsweise ein konvexes Ende in Kontakt mit der Unterseite des
Verstärkerkolbens
82, um die Effekte einer möglichen
Fehlausrichtung zu verringern. Zusätzlich ist der Stössel 84 vorzugsweise
symetrisch um drei senkrechte Achsen, so das die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 leichter
zusammengebaut werden kann, indem man irgendein Ende des Stössels 84 in die
Stösselbohrung
einführt,
die in dem Einspritzvorrichtungskörper 61 gelegen ist.
Wenn der Verstärkerkolben 70 seinen
Abwärtshub
ausführt
wird der Brennstoff innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 auf
Hochdruck-Einspritztpegel
angehoben. Irgendwelcher Brennstoff, der die Seite des Stössels 84 darauf
wandert, wird vorzugsweise zur Rückzirkulation über einen
Stössel
Entlüftungsring 88 und
einen Entlüftungsdurchlass 92 zurückgeleitet.
Der Druckverstärker 70 wird
nach unten getrieben, wenn das Flusssteuerventil 72, Betätigungsströmungsmitteldurchlässe 80/81
mit dem Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlass 60 verbindet.
Zwischen den druck verstärkten
einspritzt Ereignissen verbindet das Flusssteuerventil 72 die
Betätigungsströmungsmittel Durchlässe 80/81 mit
dem Niederdruck-Ablauf 62, was gestattet, dass der Verstärker 70 sich
zu seiner zurückgezogenen
Position zurückkehrt,
wie gezeigt, und zwar über
die Wirkung der Rückstellfeder 83 und dem
Brennstoffdruck, der auf die Unterseite des Stössels 84 wirkt. Wenn
somit der Druckverstärker 70 sich
zurückzieht,
wird frischer Brennstoff in die Brennstoffdruckkammer 90 über das
Rückschlagventil 93 über den
Brennstoffeinlass 64 gedrückt.
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Zusätzlich mit Bezug auf 4 weist das Flusssteuerventile 72 eine
erste elektrische Betätigungsvorrichtung 74 auf,
die in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel als Elektromagnet
gezeigt ist, die jedoch irgend eine andere geeignete elektrische
Betätigungsvorrichtung
sein könnte,
die in der Technik bekannt ist, wie beispielsweise Piezovorrichtungen,
Lautsprecherspulen bzw. Elektromagnetspulen usw., die jedoch nicht
auf diese eingeschränkt sind.
Das Flusssteuerventil 72 weist einen Ventilkörper auf,
der getrennte Durchlässe
aufweist, die mit dem Betätigungsströmungsmitteleinlass 60 verbunden
sind, weiter mit dem Betätigungsströmungsmittelablauf 62 bzw.
den Betätigungsströmungsmitteldurchlässen 80/81.
Das Flusssteuerventil 72 weist ein Kolbenventilglied 113 auf,
welches zu einer ersten Position hin vorgespannt ist, welches strömungsmittelmässig einen
Betätigungsströmungsmitteldurchlass 80/81 mit
dem Betätigungsströmungsmittelablauf 62 verbindet.
Wenn die elektrische Betätigungsvorrichtung 74 erregt
wird, bewegt sich das Ventilglied 113 zu einer zweiten
Position. In dieser erregten Position schließt das Kolbenventilglied 113 die Strömungsmittelverbindung
zwischen dem Betätigungsströmungsmitteldurchlass 80/81 und
dem Ablauf 62 und öffnet
den Hochdruck-Einlass 60 zu den Betätigungsströmungsmitteldurchlässen 80/81.
Die Steuerkommunikationsleitung 41 der 1, das elektronische Steuermodul 22 und
die elektrischen Anschlüsse,
die an dem Ventilkörper 113 angebracht sind,
sind elektrisch mit der elektrischen Betätigungsvorrichtung 74 in
herkömmlicher
Weise verbunden.
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Wenn der Druckverstärker 70 nach
unten getrieben wird, kann der Hoch druck-Brennstoff in der Brennstoffdruckkammer 90 über den
Düsenversorgungsdurchlass 107 zur
Düsenkammer 105 fließen, und
weiter aus den Düsenauslässe 104,
wenn das direkt gesteuerte Nadelventil 79 in einer offenen
Position ist. Auch wenn weiterhin der Druckverstärker 70 in der zurückgezogenen
Position ist, kann der Brennstoff mit "mittlerem Druck", der von der Brennstoff-Common-Rail 17 zur
Brennstoffdruckkammer 90 fließt, über den Düsenversorgungsdurchlass 107 zur
Düsenkammer 105 und
aus den Düsenauslässe 104 fließen, wenn
das direkt gesteuerte Nadelventil 79 in der offenen Position
ist. Wenn das direkt gesteuerten Nadelventils 79 in seiner
geschlossenen Position ist, wie gezeigt, ist die Düsenkammer 105 gegenüber einer
Strömungsmittelverbindung
zu den Düsenauslässen 104 abgeblockt.
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Das direkt gesteuerte Nadelventil 79 weist ein
Nadelventilglied auf, welches aufgebaut ist durch eine Nadel 112,
die von einem Kolben 109 durch einen Hubabstandshalter 106 getrennt
ist. Somit ist das Nadelventilglied in diesem Ausführungsbeispiel aus
mehreren Komponenten zur einfachen Herstellbarkeit und zur einfachen
Montage aufgebaut, könnte
jedoch durchaus einem einzigen festen Stück hergestellt sein. Das Nadelventilglied
weist eine hydraulische Öffnungsfläche 103 auf,
die dem Strömungsmitteldruck
in der Düsenkammer 105 ausgesetzt
ist, und eine hydraulische Verschlussfläche 101, die den Strömungsmitteldruck
in einer Nadelsteuerkammer 100 ausgesetzt ist. Die Dicke
des Hubabstandshalter 106 bestimmt vorzugsweise die maximale
Laufdistanz bei der Öffnung
des direkt gesteuerten Nadelventils 79. Das direkt gesteuerte
Nadelventil 79 ist zu seiner unteren geschlossenen Position
vorgespannt, wie gezeigt, und zwar durch eine Vorspannfeder 102, die
zwischen dem Hubabstandshalter 106 und einen Vop-Abstandshalter 108 (vop
= valve opening pressure = Ventilöffnungsdruck) zusammen gedrückt wird.
Somit kann der Ventilöffnungsdruck
des direkt gesteuerte Ventil 79 zum Zeitpunkt der Herstellung eingestellt
werden, indem man eine entsprechende Dicke für den Vop-Abstandshalter 108 auswählt.
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Die Nadelsteuerkammer 100 ist
strömungsmittelmässig entweder
mit dem Niederdruck-Brennstoffauslass 65 oder den Düsenversorgungsdurchlass 107 verbunden,
und zwar abhängig
von der Positionierung der Nadelsteuerventilanordnung 76. Wenn
die Nadelsteuerkammer 100 strömungsmittelmässig mit
dem Düsenversorgungsdurchlass 107 verbunden
ist, egal ob der Düsenversorgungsdurchlass 107 Hochdruck-Brennstoff
oder Brennstoff mit mittlerem Druck aufweist, wird das direkt gesteuerte Nadelventil 79 in
seiner geschlossenen Position bleiben oder zu dieser hin bewegt
werden, wie gezeigt, und zwar durch die Wirkung der Strömungsmitteldruckkräfte auf
der hydraulischen Verschlussfläche 101 und
aufgrund der Federkraft von der Vorspannfeder 102. Wenn
die Nadelsteuerkammer 100 strömungsmittelmässig mit
dem Brennstoffauslass 65 verbunden ist, während der
Düsenversorgungsdurchlass 107 und
daher die Düsenkammer 105 über einen
Ventilöffnungsdruck
sind, sind die Strömungsmittelkräfte, die
auf die hydraulische Öffnungsfläche 103 wirken,
ausreichend, um das direkt gesteuerte Nadelventil 79 nach
oben zu heben, und zwar zu seiner offenen Position gegen die Wirkung
der Vorspannfeder 102, um die Düsenauslässe 104 zu öffnen. Es
sei bemerkt, dass die Düsensteuerkammer 100 mit
irgend einem Durchlass zu verbinden ist, der auf einem niedrigeren
Druck ist als der "mittlere" Druck der Brennstoff-Common-Rail 17.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
ist das Nadelsteuerventil 76 ein Zwei-Positionen-Drei-Wege-Ventil, welches ein
Nadelsteuerventilglied 114 aufweist, welches bewegbar ist
zwischen einem Kontakt mit einem Hochdruck-Sitz und einem Niederdruck-Sitz. Abhängig von
der Position des Ventilgliedes 114 ist die Nadelsteuerkammer 100 strömungsmittelmässig mit
dem Düsenversorgungsdurchlass 107 über den Verbindungsdurchlass 110 oder
mit dem Brennstoffauslass 65 über den Niederdruck-Durchlass 111 verbunden.
Ein (nicht gezeigter) Nadelsteuerdurchlass verbindet strömungsmittelmässig die
Nadelsteuerkammer 100 entweder mit dem Verbindungsdurchlass 110 oder
mit dem Niederdruck-Durchlass 111. Das Nadelsteuerventil 76 weist
die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 auf,
die in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel eine Elektromagnetunteranordnung
ist, die jedoch auch eine andere Art einer elektrischen Betätigungsvorrichtung
sein könnte,
wie beispielsweise eine Piezo-Vorrichtung, eine Lautsprecherspule
(voice coil) usw. Die Elektromagnetunteranordnung weist einen Stator,
eine Spule und ein Paar von elektrischen Anschlüssen auf. Weibliche elektrische
Anschlüsse
bzw. Verbinder, die stattdessen auch männlich sein könnten, gestatten eine
elektrische Verlängerung,
um mit der Elektromagnet Unteranordnung innerhalb des Einspritzvorrichtungskörper 71 zusammen
zu passen, während
sie freigelegte Anschlüsse
für isolierte
Leiter 95 aus dem Brennstoffdruckteil 66 daraus
vorsehen. Das Ventilglied 114 ist nach unten vorgespannt,
um den Niederdruck-Sitz und den Niederdruck-Durchlass 111 zu schließen. Wenn
die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 erregt
ist, öffnet
das Ventilglied 114 den Niederdruck-Sitz (Durchlass 111)
und schließt dem
Hochdruck-Sitz (Durchlass 110).
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Während
jedes Motorzyklus hat jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 die
Fähigkeit,
bis zu fünf oder
mehr getrennte Schüsse
einzuspritzen. Während
ein Großteil
von diesem Einspritzereignissen auf oder nahe dem Übergang
von dem Kompressionschub zum Leistung Hub stattfinden wird, können Einspritzereignisse
zu jedem Zeitpunkt während
des Motorzyklus stattfinden, um irgend einen wünschenswerten Effekt zu erzeugen.
Beispielsweise könnte
ein zusätzliches
kleines Einspritzereignis auch sonst wo in dem Motorzyklus nützlich bei
der Verringerung von unerwünschten
Emissionen sein. Obwohl die vorliegende Erfindung eine bevorzugte
Anwendung bei Vier-Takt-Motoren
findet, könnte
sie genauso in Zwei-Takt-Motoren verwendet werden. Für die Zwecke
der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung werden die besprochenen
Einspritzungen in zwei Kategorien eingeteilt: (1) druckverstärkte Einspritzungen,
die im allgemeinen eine Einspritzung mit relativ hohen Druck erzeugen;
und (2) Common-Rail-Einspritzungen, die im allgemeinen eine Einspritzung
mit relativ geringem Druck erzeugen. Während jedes Motorzyklus kann
eine Anzahl von grundlegenden Schritten ausgeführt werden, um beide Arten
von Einspritzungen oder einer Zusammensetzung der Arten von Einspritzungen
zu erzeugen, und jeder dieser Schritte wird zu einem Zeitpunkt und mitentsprechender
Anzahl ausgeführt,
um eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzabfolgen zu erzeugen.
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Mit Bezug auf die 4a-4e sind beispielhafte Kurvendarstellungen
gezeigt, die die Brennstoffeinspritzungsrate, die Stösselbewegung,
die Bewegung des Flusssteuerventils, die Bewegung des Nadelsteuerventiles
und den sac-Druck jeweils gegenüber
der Zeit für
eine beispielhafte Einspritzsequenz gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulichen. Die beispielhafte Einspritzsequenz weist eine Pilot-
bzw. Voreinspritzung 115, einer Haupteinspritzung 116 und
einen Nacheinspritzung 117 auf. Die Voreinspritzung 115 und
die Nacheinspritzung 117 sind als Common-Rail-Einspritzvorrichtungen
veranschaulicht, und die Haupteinspritzung 116 ist als
eine Zusammensetzung bzw. hybride Version aus einer druckverstärkten Einspritzung
und einer Common-Rail-Einspritzung veranschaulicht. Es sei jedoch
bemerkt, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können,
um verschiedene Einspritzungsabfolgen zu erzeugen, die irgend eine Anzahl
von Einspritzungen bei verschiedenen Drücken aufweisen. Beispielsweise
kann durch Steuerung der Zeitsteuerung der Signale zu dem Flusssteuerventile
und dem Nadelsteuerventil ein Haupteinspritzungsereignis verschiedene
Ratenformen aufweisen, wie beispielsweise stiefelförmige, rampenförmige und
quadratische Ratenformen, wobei diese jedoch nicht darauf eingeschränkt sind.
Weiterhin kann eine Einspritzungssequenz mehr als eine Voreinspritzung
und/oder Nacheinspritzung aufweisenden oder kann keine Voreinspritzung
und/oder Nacheinspritzung aufweisenden. Eine Einspritzungssequenz,
die wünschenswert
sein kann, um Emissionen in einem Betriebszustand zu reduzieren,
kann in einem anderen Betriebszustand nicht wünschenswert sein. Somit wird
das elektronische Steuermodul 22 in herkömmlicher
Weise die Signale zum Flusssteuerventil 72, zum Nadelsteuerventil 76,
zur Hochdruck-Ölpumpe 29 und
zur Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 steuern, um eine Einspritzungssequenz
zu erzeugen, die für
den speziellen Betriebszustand wünschenswert
ist. Es ist in der Technik bekannt, dass das elektronische Steuermodul 22 programmiert
ist, um die ordnungsgemäße Einspritzungssequenz
für den
speziellen Betriebszustand zu bestimmen, und zwar basierend auf
den abgefühlten
Parametern, die von den verschiedenen Drucksensoren
42, 43, 47, 48, 49, 50 und 51 übermittelt
werden.
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Ebenfalls mit Bezug auf die 1-3 ist vor dem Beginn der beispielhaften
Einspritzungssequenz der Brennstoff aus dem Brennstofftank 18 durch
die Brennstofftransferpumpe 36 gezogen worden, und ist
zu der Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 geliefert
worden. Die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 wird den Druck
des Brennstoffes anheben, der zu der Brennstoff-Common-Rail 17,
geliefert werden soll. Weil die Ausgabe aus der Hochdruck-Brennstoftpumpe 19 elektronisch
gesteuert ist, wird der Druck innerhalb der Brennstoff-Common-Rail 17 durch
das elektronische Steuermodul 22 gesteuert. Wie früher besprochen
wird das elektronische Steuermodul 22, welches irgendein
Verfahren verwendet, welches in der Technik bekannt ist, den erwünschten Druck,
bei dem die Voreinspritzung 115 auftreten sollte und wird
das Signal für
die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 entprechend einstellen.
Vor der Einspritzungssequenz wird Öl von dem Ölsumpf 20 durch die Niederdruck-Ölpumpe 24 abgezogen
worden sein und wird zu der Hochdruck-Ölpumpe 29 geliefert
worden sein. Das elektronische Steuermodul 29 wird den erwünschten
Druck der Common-Rail 16 basierend auf dem erwünschten
Druck des Haupteinspritzungsereignisses 116 bestimmen und
das Signal für
die Hochdruck-Ölpumpe 29 entprechend
einstellen. Es sei bemerkt, dass der Druck innerhalb der Brennstoff-Common-Rail 17 und/oder
in der Öl-Common-Rail 16 durch
Vorrichtungen oder durch andere Pumpen als Pumpen 19 bzw. 29 mit
variabler Lieferung gesteuert werden könnte, einschließlich elektronisch
gesteuerten Ventilen, jedoch nicht auf diese eingeschränkt. Es
sei weiterhin bemerkt, dass der Druck des Öls innerhalb der Common-Rail 16 höher oder
niedriger als der Druck innerhalb der Brennstoft-Common-Rail 17 sein
kann, und zwar abhängig von
der erwünschten
Einspritzungssequenz. Das unter Druck gesetzte Öl wird zu dem Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 über die Öl-Common-Rail 16 und
die Verzweigungsdurchlässe 31 geliefert
werden, und der unter Druck gesetzte Brennstoff wird durch die Versorgungszweige 15 und
in die jeweiligen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 fließen.
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Weil die Einspritzvorrichtung 14 zwischen Einspritzungsereignissen
ist, wird der Druckverstärker 70,
der den Stössel 84 mit
einschließt,
entweder in der zurückgezogenen
Position seien oder beim Vorgang des Zurückziehens. Wenn der Stössel 84 beim
Vorgang des Zurückziehens
ist, wird der Brennstoff in die Brennstoffdruckkammer 90 über das Rückschlagventil 93 über den
Brennstoffeinlass 64 gezogen. Wenn der Stössel 84 sich
schon zurückgezogen
hat, reicht der Brennstoffdruck, der von der Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 erzeugt
wird, aus, um den Brennstoff in die Brennstoffdruckkammer 90 über das
Rückschlagventil 93 zu
drücken.
Weil das Nadelsteuerventil 76 vorgespannt ist, um die Nadelsteuerkammer
100 zum Düsenversorgungsdurchlass 107 zu öffnen, wird
der Brennstoff mit mittleren Druck innerhalb diesen Versorgungdurchlasses 107 nicht ausreichen,
um das direkt gesteuerten Nadelventilglied 79 zu öffnen. Der
Düsenauslass 104 wird
geschlossen bleiben, und der Brennstoff wird nicht eingespritzt.
Weil weiterhin das Flusssteuerventil 72 vorgespannt ist,
um strömungsmittelmässig die
Betätigungdurchlässe 80/81 mit
dem Betätigungsströmungsmittelablauf 62 zu
verbinden, wird der Stössel 84 nicht
vorlaufen und weiter den Brennstoff innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 unter
Druck setzen.
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Um die Voreinspritzung 115 einzuleiten
wird das elektronische Steuermodul 22 die zweite elektrische
Betätigungsvorrichtung 78 erregen,
die betriebsmässig
mit dem Nadelsteuerventil 76 gekoppelt ist. Das Nadelsteuerventil 76 wird
sich von seiner vorgespannten Position weg bewegen, die dem Niederdruck-Durchlass 111 blockiert.
Obwohl die vorliegende Erfindung das Nadelsteuerventil 76 so
veranschaulicht, dass es vorgespannt ist, um den Niederdruck-Durchlass 111 zu
blockieren, sei bemerkt, dass das Nadelsteuerventil 76 vorgespannt
sein könnte, um
den Hochdruck-Durchlass 111 zu blockieren. Die hydraulische
Verschlussfläche 101 des
direkt gesteuerten Nadelventilglied 79 wird den niedrigen
Druck innerhalb des Brennstoffablaufes ausgesetzt sein, der strömungsmittelmässig mit
dem Brennstoffauslass 65 verbunden ist, und somit wird
der Druck des Brennstoffes innerhalb der Nadelsteuerkammer 100, der
auf die hydraulische Öffnungsfläche 103 der
Nadel 112 wirkt, ausreichen, um das direkt gesteuerten Nadelventilglied 79 ge gen
die Feder 102 und den niedrigen Druck anzuheben, der auf
die hydraulische Verschlussfläche 101 wirkt,
um den Düsenauslass 104 zu öffnen. Der
Brennstoff aus der Brennstoff-Common-Rail 17 kann dann
direkt in den Motorzylinder als Voreinspritzung 115 eingespritzt
werden. Weil die voreinspritzungen im allgemeinen eine kleinere
Menge haben als die Haupteinspritzung können die niedrigeren Drücke, mit
denen die Voreinspritzung eingespritzt wird, ausgenutzt werden,
um die Genauigkeit der Einspritzungsmenge zu verbessern.
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Um die Voreinspritzung 115 zu
beenden wird das elektronische Steuermodul 22 aufhören, elektrischen
Strom zu der zweiten elektrische Betätigungsvorrichtung 78 zu
liefern, was bewirkt, dass das Nadelsteuerventil 76 sich
zu seiner vorgespannten Position bewegt, was die hydraulische Verschlussfläche 101 des
direkt gesteuerten Nadelventils 79 dem Druck innerhalb
des Düsenversorgungsdurchlasses 107 über den
Durchlass 110 aussetzt. Der Druck, der auf die hydraulische Öffnungsfläche 103 des
direkt gesteuerten Nadelventilglieds 79 wirkt, wird nicht ausreichen,
um das direkt gesteuerten Nadelventil 79 offen zu halten,
und die Nadel 112 wird sich schließen, wodurch der Düsenauslass 104 blockiert
wird. Während
der Voreinspritzung 115 veranschaulicht 4b, dass der Stössel 84 des Druckverstärkers 70 nicht
vorläuft,
und 4c veranschaulicht,
dass das Flusssteuerventil 72 sich nicht von seiner vorgespannten
Position wegbewegt. Weiterhin veranschaulicht 4e, dass während der vor Einspritzung 115 der
sac-Druck, der der Druck unter der Spitze der Nadel 112 ist,
auf dem Common-Rail-Druck ist.
Wenn das elektronische Steuermodul 22 bestimmt, dass das
Haupteinspritzungsereignis 116, welches in 4a veranschaulicht ist, wünschenswert
ist, wird das elektronische Steuermodul 22 wiederum die
zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 über die
Kommunikationsleitung 41 erregen. Wiederum, wie in 4d veranschaulicht, wird
das Nadelsteuerventil 76 sich bewegen, um strömungsmittelmässig die
Nadelsteuerkammer 100 mit dem Brennstoffauslass 65 zu
verbinden und somit die hydraulische Verschlussfläche 101 niedrigem
Druck aussetzen, was bewirkt, dass das direkt gesteuerte Nadelventil 79 den
Düsenauslass 104 öffnet. Wie in 4b veranschaulicht, bleibt
der Stössel 84 immer noch
in der zurückgezogenen
vorgespannten Position, und somit ist der Druck innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 niedrig
genug, dass der Brennstoff von der Common-Rail 17 über das
Rückschlagventil 93 in
die Brennstoffdruckkammer 90 und den Düsenversorgungsdurchlass 107 fließen kann.
Der Brennstoff von der Common-Rail 17 wird in den Motorzylinder
eingespritzt, um das Haupteinspritzungsereignis 116 zu
beginnen.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
nimmt der Druck der Haupteinspritzung 116 mit der Zeit
zu. Um den Druck zu steigern wird das elektronische Steuermodul 22 einen
elektrischen Strom zu der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 84 senden,
die betriebsmässig
mit dem Flusssteuerventil 72 gekoppelt ist, während sie
weiter fortfährt,
die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 zu
erregen, die betriebsmässig
mit dem Nadelsteuerventil 76 gekoppelt ist. Wie in 4c veranschaulicht, wird das
Flusssteuerventil 72 sich von seiner vorgespannten Position,
in der die Betätigungsdurchlässe 80/81 mit
dem Strömungsmittelbetätigungsablauf 62 verbunden
sind, zu seiner erregten Position bewegen, in der die Betätigungsdurchlässe 80/81 strömungsmittelmässig mit
dem Strömungsmittelbetätigungseinlass 60 verbunden
sind. Das Hochdruck-Öl,
welches zu der Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 geliefert wird,
ist durch die Hochdruck-Ölpumpe 29 unter Druck
gesetzt worden. Das Hochdruck-Öl,
welches von der Öl-Common-Rail 16 zur
Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 über das Flusssteuerventil 72 fließt, wird
auf die hydraulische Fläche 85 des
Druckverstärkers 70 wirken,
was bewirkt, dass der Stössel 84 vorläuft, wie
in 4b veranschaulicht.
Wenn der Stössel 84 vorläuft steigt
der Druck des Brennstoffes innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90.
Aufgrund des gesteigerten Druckes schließt sich das Rückschlagventil 93,
und der Brennstoff von der Brennstoff-Common-Rail 17 kann
nicht in die Brennstoffdruckkammer 90 fließen. Der
Brennstoff innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 wird
schließlich
auf einen relativ hohen Druck ansteigen, der eine Funktion des Öldruckes
ist, der auf die hydraulische Fläche 85 wirkt.
Somit resultiert der Druck der Haupteinspritzung 116 aus
der elektronischen Steuerung der Hochdruck-Ölpumpe 29. Obwohl
der "hohe Druck" variieren kann,
wird druckverstärkter
Brennstoff mit einem höheren
Druck eingespritzt als der Brennstoff mit "mittleren Druck", der nicht von dem Druckverstärker 70 druckverstärkt worden
ist.
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Der druckverstärkte Brennstoff wird in den Düsenversorgungsdurchlass 107 fließen und
auf die hydraulische Öffnungsflächen 103 der
Nadel 112 wirken. Wie in 4d veranschaulicht,
wird das Nadelsteuerventil 76 somit in der offenen Position
bleiben, was gestattet, dass der druckverstärkte Brennstoff in den Motorzylinder
eingespritzt wird. Wie in 4e veranschaulicht,
ist der sac-Druck der Haupteinspritzung 116 von dem Common-Rail-Druck
auf den verstärkten
Druck angestiegen, und zwar aufgrund der Vorwärtsbewegung des Stössels 84 während der Haupteinspritzung 116.
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Um den Druck der Haupteinspritzung 116 auf einen
dritten Druck herunter zu bringen, der geringer ist, als der "mittlere" Druck der Brennstoff-Common-Rail 17 kann
das elektronische Steuermodul 22 aufhören, elektrischen Strom zu
der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 74 zusenden,
die betriebsmässig
mit dem Flusssteuerventil 72 gekoppelt ist. Somit wird,
wie in 4c veranschaulicht,
das Flusssteuerventil 72 zu seiner vorgespannten Position
zurückkehren,
was den Fluss des Hochdruck-Öls aus
den Betätigungsdurchlässen 80/81 blockiert. Weil
es keinen hohen Druck gibt, der auf die hydraulische Oberfläche 85 wirkt,
wird sich der Stössel 84 in seiner
oberen Position unter der Wirkung der Rückstellfeder 83 und
dem Brennstoffdruck zurückziehen, der
auf den Stössel 84 wirkt.
Wenn sich der Stössel 84 zurückzieht,
fällt der
Druck innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90, und Brennstoff
von der Brennstoff-Common-Rail 17 wird hinein durch den
Brennstoffeinlass und über
das Rückschlagventil 93 gezogen.
Wenn sich der Stössel 84 weiterhin
zurückzieht, wird
die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 weiter Brennstoff
von der Brennstoffdruckkammer 90 und den Düsenversorgungsdurchlass 107 einspritzen, weil
das direkt gesteuerte Nadelventil 79 in der offenen Position
bleiben wird. Somit kann der Brennstoff, der eingespritzt wird,
wenn der Stössel 84 sich
zurückzieht,
mit einem geringeren Druck ein gespritzt werden als mit dem "mittleren Druck" der Brennstoff-Common-Rail 17 aufgrund
des sich zurückziehenden
Stössels 84.
Somit kann durch Einspritzung von Brennstoff, wenn der Stössel 84 sich
zurückzieht, kann
Brennstoff in den Motorzylinder auf dem dritten, relativ niedrigen
Druck eingespritzt werden.
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Um die Haupteinspritzung 116 zu
beenden wird das elektronische Steuermodul 22 aufhören, elektrischen
Strom an die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 zu
senden. Wie in 4d veranschaulicht,
wird das Nadelsteuerventil 76 zu seiner vorgespannten Position
zurückkkehren,
in der die Nadelsteuerkammer 100 in Strömungsmittelverbindung mit dem
Düsenversorgungsdurchlass 107 ist und
von einer Strömungsmittelverbindung
mit dem Brennstoffauslass 65 abgeschnitten ist. Daher ist
der Druck innerhalb des Düsenversorgungsdurchlasses 107,
der auf die hydraulische Öffnungsfläche 103 des direkt
gesteuerten Nadelventils 79 wirkt, nicht ausreichend, um
den Druck zu überwinden,
der auf die hydraulische Verschlussfläche 101 wirkt, und
auch noch die Vorspannung der Feder 102. Somit wird das direkt
gesteuerte Nadelventil 79 sich zu der geschlossenen Position
bewegen, die den Düsenauslass 104 blockiert.
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Die veranschaulichte Einspritzungssequenz weist
eine Nacheinspritzung 117 auf. Obwohl Nacheinspritzungen
von variierender Menge, mitvariierenden Zeitpunkten und variierenden
Druck ausgeführt werden
können,
treten Nacheinspritzungen oft mit kleineren Brennstoffmengen und
mit geringeren Drücken
auf als dies Haupteinspritzungen tun, falls möglich. In dem veranschaulichten
Ausführungsbeispiel sind
vor der Nacheinspritzung 117 sowohl das Flusssteuerventil 72 als
auch das Nadelsteuerventil 76 in ihrem vorgespannten Positionen.
Somit zieht sich der Stössel 84 immer
noch zurück,
und die Düsenauslässe 104 werden
geschlossen. Aufgrund des sich zurückziehenden Stössels 84 ist
der Druck innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 ausreichend
gering, so dass der Brennstoff über
das Rückschlagventil 93 in
die Brennstoffdruckkammer 90 und den Düsenversorgungsdurchlass 107 fließen kann.
Um die Nacheinspritzung 117 einzuleiten, wird das elektroni sche Steuermodul 22 die
zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 erregen.
Das Nadelsteuerventil 79 wird die Strömungsmittelverbindung zwischen
der Nadelsteuerkammer 100 und dem Brennstoffablauf 65 öffnen, was
bewirkt, dass der Brennstoff innerhalb des Düsenversorgungsdurchlasses 107 die
Nadel 112 anhebt und in den Motorzylinder einspritzt. Das Beispiel
zeigt das Nacheinspritzungsereignis, welches bei einem relativ geringem
Druck auf Grund des Zurückziehens
des Stössels
auftritt. Die elektrische Betätigungsvorrichtung 74,
die mit dem Flusssteuerventil 72 gekoppelt ist, wird nicht
erregt. Somit wird sich der Stössel 84 nicht
vorwärts
bewegen sondern wird sich weiter zurückziehen, wie in 4b veranschaulicht, und
die Nacheinspritzung 117 wird bei dem "dritten Druck" unter jenem in der Brennstoff-Common-Rail 17 auftreten,
wie in 4e veranschaulicht.
Um die Nacheinspritzung 117 zu beenden wird das elektronische
Steuermodul 22 aufhören,
die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 zu
erregen, die mit dem Nadelsteuerventil 79 gekoppelt ist, um
den Düsenauslass 104 zu
schließen.
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Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft,
weil sie eine größere Vielzahl
von Brennstoffeinspritzstrategien bietet, die für das Brennstoffeinspritzsystem 12 verfügbar sind,
was zu einer weiteren Verringerung von unerwünschten Emissionen und zu besserer
Leistung führen
kann. Obwohl der Betrieb der vorliegenden Erfindung für eine Einspritzungssequenz beschrieben
wurde, die eine Voreinspritzung 115, eine Nacheinspritzung 117 und
einer Haupteinspritzung 116 aufweist, die mit variierenden
Druck eingespritzt werden, kann die vorliegende Erfindung verwendet
werden, um Einspritzungsstrategien mit variierenden Anzahlen, Mengen
und Drücken
der Einspritzung zu erzeugen. Tatsächlich kann die vorliegende
Erfindung eine größere Vielzahl
von Einspritzungsstrategien erzeugen, weil die vorliegende Erfindung
zwei unabhängige
Mittel, d. h. die Hochdruck-Ölpumpe 29 und
die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19,
zur Steuerung des Einspritzdruckes aufweist. Beispielsweise kann
das elektronische Steuermodul 22 den Druck der Voreinspritzung 115 auf
den idealen Druck für
den speziellen Betriebszustand einstellen, und zwar durch Einstellung
des Signals zu der Hochdruck- Brennstoffpumpe 19.
Das elektronische Steuermodul 22 kann den Druck der Haupteinspritzung 116 auf
den Druck einstellen, der bei den speziellen Betriebszustand als
ideal befunden wird, und zwar ungeachtet des Druckes der Voreinspritzung 115 durch
Einstellung des Signals zu der Hochdruck-Ölpumpe 29.
Somit können
zwei Einspritzungen zeitlich sehr nahe aneinander, oder auch eine Einspritzung,
zwei unabhängig
ausgewählte
und gesteuerte Drücke
aufweisend, was eine größere Vielzahl
von möglichen
Einspritzungsstrategien erzeugt.
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Darüber hinaus können Ingenieure
durch Vorsehen von der Veränderungen
bei der Steuerung von Brennstoffeinspritzvorrichtungen neue Einspritzungsstrategien
erzeugen und testen, die zu noch weiteren Fortschritten bezüglich der
Leistung und der Reduktion von unerwünschten Emissionen führen könnten. Beispielsweise
ermöglicht
es die vorliegende Erfindung den Ingenieuren, hybride Druckeinspritzungen
bzw. gemischte Druckeinspritzungen zu erforschen, bei denen der
Druck der Einspritzung zwischen dem Brennstoff-Common-Rail-Druck, den verstärkten Druck
und dem dritten Druck verändert,
der eine Funktion des Common-Rail-Druckes und der Rate der Rückzugsbewegung
des Stössels
ist. Die Ingenieure kennen den Brennstoff-Common-Rail-Druck und/oder den Öl-Common-Rail-Druck
so einstellen, dass sie eine Vielzahl von Ratenformen erzeugen können, was
zu Kenntnissen bezüglich
dessen führt,
welche Ratenformen besser arbeiten, und welche unerwünschte Emissionen
bei welchen Betriebsbedingungen reduzieren. Weiterhin ist die vorliegende
Erfindung vorteilhaft, weil sie mehr Veränderlichkeiten bzw. Variationen
bei der Steuerung des Brennstoffeinspritzsystems vorsieht, ohne
beträchtliche
Veränderungen
an der Konstruktion des Systems zu erfordern. Weil viele Brennstoffeinspritzsysteme
zwei getrennte Strömungsmittelkreisläufe aufweisen,
kann die vorliegende Erfindung aufgebaut werden, in dem man sicherstellt, dass
das Nadelsteuerventil 76 strömungsmittelmässig mit
einer Druckquelle zu verbinden ist, die einen niedrigeren Druck
hat als der Druck innerhalb der Brennstoff-Common-Rail, so dass
Einspritzungen direkt aus der Common-Rail auftreten können.
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Die vorliegende Erfindung ist auch
vorteilhaft, weil sie die Leistung des Brennstoffeinspritzsystems 12 verbessern
kann. Weil das Brennstoffeinspritzsystem 12 Brennstoff
mit oder ohne Anwendung des Druckverstärkers 70 einspritzen
kann, weist das Brennstoffeinspritzsystem einen weiten Bereich von
Drücken
auf, mit denen Brennstoff eingepritzt werden kann. Somit kann das
Brennstoffeinspritzsystem 12 genauer Brennstoff mit dem
Druck einspritzen, der erforderlich ist, um die erwünschte Motordrehzahl
und Motorbelastung aufrecht zu erhalten. Wenn beispielsweise das
Fahrzeug im Leerlauf ist, kann der Druckverstärker 70 während der
gesamten Einspritzungssequenz stationär bleiben, was eine Einspritzung
mit dem niedrigeren Common-Rail-Druck zur Folge hat. Weiterhin kann
der Betrieb des Brennstoffeinspritzsystems 12 mit den Common-Rail-Drücken zu
genaueren kleineren Einspritzmengen führen, ohne zu verlangen, dass
die Ventile schnellere Ansprechzeiten auf Steuersignale von dem
elektronischen Steuermodul 22 zeigen. Somit können bei
niedrigeren Drücken
mehrfache Einspritzungen zeitlich enger und mit größerer Genauigkeit
auftreten.
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Es sei bemerkt, dass die obige Beschreibung nur
zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen ist und nicht den Umfang
der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken soll.
Wenn beispielsweise das Rückschlagventil 93 durch
ein anderes Ventil ersetzt werden würde, könnte Brennstoff von der Einspritzvorrichtung
zurück
zu einer der Rails verschoben werden, um möglicherweise diese unter Druck
zu setzen. Anders gesagt könnten
die Einspritzvorrichtungen als Pumpeneinheit für eine der Common-Rails wirken.
Somit wird der Fachmann erkennen, dass andere Aspekte, Ziele und
Vorteile der Erfindung durch ein Studium der Zeichnungen, der Offenbarung
und der beigefügten
Ansprüche
erlangt werden können.