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Technischer Bereich
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Treibstoffsystem und genauer auf ein Treibstoffsystem, welches Speicher und Strömungsbegrenzer aufweist.
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Stand der Technik
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„Common Rail”-Treibstoffsysteme weisen typischerweise mehrere Treibstoffinjektoren auf, um unter hohem Druck stehenden Treibstoff in Verbrennungskammern eines Motors einzuspritzen. Der unter hohem Druck stehende Treibstoff wird mittels einer „Common Rail” bzw. gemeinsamen Leitung oder einen Verteiler zu den Treibstoffinjektoren geleitet, welche entlang einer Seite des Motors befestigt ist, und individuellen Zuleitungsleitungen, die mit der „Common Rail” und jedem der Injektoren verbunden sind. In einigen Anordnungen können Strömungsbegrenzer in den Zuleitungsdurchlässen zwischen der „Common Rail” und jedem der Treibstoffinjektoren vorgesehen sein, um die Leckage von Treibstoff während eines katastrophalen Injektorversagens zu begrenzen, oder um Druckschwingungen zu dämpfen, die durch den normalen Betrieb der Treibstoffinjektoren verursacht werden.
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Obwohl in funktioneller Hinsicht angemessen, kann das oben beschriebene „Common Rail”-System teuer und zeitraubend in der Herstellung sein. Insbesondere wird die „Common Rail” im Allgemeinen aus schwerem Vollmaterial hergestellt. Das Vollmaterial muss auf voller Länge mittels Kanonenbohrern aufgebohrt werden, um eine Hauptbohrung herzustellen, die dicke Wände aufweist, die den erhöhten Drücken widerstehen kann. Zusätzlich muss jede Abzweigung der „Common Rail” mit den individuellen Zuleitungsleitungen quer in das Vollmaterial gebohrt und dann nachgearbeitet werden, beispielsweise mittels Autofrettage, elektrochemischem Abtragen (ECM), Extrusionshonen, etc., um dadurch zu helfen, eine hermetische Abdichtung der Abzweigungen bei geringer oder keiner Prozessverunreinigung sicherzustellen. Diese bei der Herstellung der „Common Rail” verwendeten Materialien und Prozesse steigern Kosten und Herstellungszeit des Treibstoffsystems.
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Ein Versuch, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, wird in dem
US-Patent Nr. 8,851,412 (dem '412er-Patent) von Jay, erteilt am 08. Februar 2005, offenbart. Insbesondere offenbart das '412er-Patent ein Treibstoffinjektorsystem, welches eine Injektordüse für jeden Zylinder eines Motors aufweist, und einen zugehörigen bzw. dedizierten Druckspeicher, der direkt mit jeder Düse verbunden ist. Die zugehörigen Druckspeicher ersetzen die für solche Treibstoffsysteme typische „Common Rail”. Jeder der Druckspeicher ist zumindest teilweise in einem Zylinderkopf des Motors derart angeordnet, dass der Zylinderkopf als stützendes Gehäuse für die Speicher dient, und erstreckt sich von außerhalb des Zylinderkopfes zu den Injektordüsen. Jeder Druckspeicher umfasst ein in Längsrichtung längliches Körperbauteil, das mindestens zwei getrennte Kammern definiert, die in offener strömungsmitteltechnischer Verbindung miteinander stehen und durch eine gemeinsame Zwischenwand begrenzt werden. Ein Gesamtvolumen jedes Druckspeichers ist mindestens 30 mal größer als das Volumen des von einer Injektordüse während eines einzelnen Verbrennungshubs des Motors eingespritzten Treibstoffs. Die Druckspeicher stehen miteinander mittels eines außerhalb des Zylinderkopfes liegenden Rohrsystems miteinander, wobei das Rohrsystem mit einer durch den Motor angetriebenen Hochdrucktreibstoffpumpe verbunden ist.
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Obwohl das '412er-Patent die Kosten eines Treibstoffsystems verringern kann, indem die „Common Rail” durch zugehörige Druckspeicher ersetzt wird, kann das System möglicherweise weiterhin nicht optimal sein. Insbesondere kann die Vielzahl an Kammern innerhalb jedes Speichers des '412er-Patents eine Komplexität des Speichers erhöhen, was den Speicher kostspielig und zeitaufwändig in der Herstellung macht. Zudem stellt das '412er-Patent keine Methode bereit, die Leckage von Treibstoff während eines katastrophalen Injektorausfalls zu begrenzen, oder um die durch den normalen Betrieb eines Injektors hervorgerufenen Druckschwingungen zu dämpfen. Das System der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben ausgeführten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik.
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Zusammenfassung
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf einen Treibstoffspeicher. Der Treibstoffspeicher kann einen ersten Körper aufweisen, welcher ein erstes Ende, ein zweites Ende, und eine einzelne Kammer, die sich in einer Längsrichtung des Körpers zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstreckt, besitzen kann. Der Treibstoffspeicher kann auch eine Kappe aufweisen, die gestaltet ist, um das erste Ende abzuschließen, und einen ersten Einlass und einen ersten Auslass aufweist, die in strömungsmitteltechnischer Verbindung mit der einzelnen Kammer des Körpers stehen, wobei sowohl der erste Einlass als auch der erste Auslass einen Durchmesser aufweisen. Die einzelne Kammer kann einen Querschnittsdurchmesser aufweisen, der größer ist als die Durchmesser des ersten Einlasses und des ersten Auslasses.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf einen Strömungsbegrenzer. Der Strömungsbegrenzer kann einen Körper aufweisen, der einen Einlass, einen Auslass und eine zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnete Vertiefung bzw. Aussparung aufweist. Der Treibstoffbegrenzer kann auch ein erstes Ventilelement aufweisen, das innerhalb der Vertiefung angeordnet und gestaltet ist, um einen im Wesentlichen uneingeschränkten Treibstofffluss von dem Einlass zu der Vertiefung zuzulassen und um den Treibstofffluss von der Vertiefung zu dem Einlass einzuschränken. Der Treibstoffbegrenzer kann zudem ein zweites Ventilelement aufweisen, das in der Vertiefung angeordnet und gestaltet ist, um den Treibstofffluss von der Vertiefung zu dem Auslass während eines ersten Zustandes zuzulassen, und den Treibstofffluss von der Vertiefung zu dem Auslass während eines zweiten Zustandes zu unterbinden.
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In noch einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Treibstoffsystem für einen Motor. Das Treibstoffsystem kann eine Pumpe aufweisen, die durch den Motor angetrieben wird, um Treibstoff mit Druck zu beaufschlagen, und eine Vielzahl von Treibstoffinjektoren, die gestaltet sind, unter Druck stehenden Treibstoff in damit verbundene Brennkammern des Motors einzuspritzen. Jeder der Vielzahl der Treibstoffinjektoren kann sich zumindest teilweise innerhalb eines anderen Zylinderkopfes des Motors befinden. Das Treibstoffsystem kann zudem eine Vielzahl von Treibstoffspeichern aufweisen, welche mit der Vielzahl von Treibstoffinjektoren verbunden sind. Jeder der Vielzahl der Treibstoffspeicher kann zumindest teilweise innerhalb eines anderen Zylinderkopf des Motors angeordnet sein, wobei er in strömungsmitteltechnischer Verbindung mit einem dazu gehörigen Treibstoffinjektor steht und in strömungsmitteltechnischer Verbindung mit benachbarten Treibstoffspeichern der Vielzahl der Treibstoffspeicher steht. Zumindest einer der Vielzahl der Treibstoffspeicher kann auch mit der Pumpe in strömungsmitteltechnischer Verbindung stehen. Das Treibstoffsystem kann zudem eine Vielzahl von Strömungsbegrenzern aufweisen, wobei jeder der Strömungsbegrenzer zwischen einem dazugehörigen Treibstoffspeicher der Vielzahl von Treibstoffspeichern und einem dazugehörigen Treibstoffinjektor der Vielzahl von Treibstoffinjektoren angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische und diagrammartige Darstellung eine beispielhaften offenbarten Treibstoffsystems;
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2 ist eine bildliche Darstellung beispielhafter offenbarter Zylinderkopfanordnungen, die mit dem Treibstoffsystem aus 1 verwendet werden können,
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3 ist eine Querschnittsdarstellung eines beispielhaften offenbarten Treibstoffspeichers, der mit jeder Zylinderkopfanordnung der 2 verwendet werden kann;
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4 ist ein Querschnittsdarstellung eines Teils bzw. Abschnitts des Treibstoffspeichers der 3.
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Detaillierte Beschreibung
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Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Motors 10, welcher ein Treibstoffsystem 12 aufweist, ist in 1 dargestellt. Für die Zwecke dieser Offenbarung wird der Motor 10 als Viertakt-Dieselmotor gezeigt und beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 10 jede andere Art von Verbrennungsmotor sein kann, wie beispielsweise ein mit Benzin- oder Gastreibstoff betriebener Motor sein kann. Der Motor 10 kann einen Motorblock 14, der zumindest teilweise eine Vielzahl von Zylindern 16, einen in jedem Zylinder gleitend bzw. verschiebbar angeordneten Kolben 18, und einen jedem Zylinder 16 zugeordneten Zylinderkopf 20 aufweisen.
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Zylinder 16, Kolben 18, und Zylinderkopf 20 können zusammen eine Brennkammer 22 bilden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Motor 10 vier Brennkammern 22 auf. Es ist jedoch vorgesehen, dass der Motor eine größere oder geringere Anzahl an Brennkammern 22 aufweisen kann und dass die Brennkammern in einer Reihenanordnung, einer V-Anordnung, oder in jeder anderen geeigneten Anordnung angeordnet sein können.
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Das Treibstoffsystem 12 kann Bestandteile bzw. Komponenten aufweisen, die zusammen wirken um Injektionen unter Druck stehenden Treibstoffs in jede Brennkammer 22 bereitzustellen. Insbesondere kann das Treibstoffsystem 12 einen Tank 24 aufweisen, der gestaltet ist um einen Vorrat an Treibstoff zu beinhalten, eine Treibstoffpumpanordnung 26, die gestaltet ist, um den Treibstoff mit Druck zu beaufschlagen, und eine Vielzahl von Treibstoffinjektoren 28, die gestaltet sind, um den unter Druck stehenden Treibstoff mittels einer Vielzahl verteilter Speicher 30 zu empfangen. Jeder Treibstoffinjektor 28 kann einem anderen Zylinderkopf 20 zugehörig sein, und betrieben werden, um eine Menge an unter Druck stehendem Treibstoff in eine dazu gehörige Brennkammer 22 zu bestimmten Zeiten mit bestimmten Treibstoffdrücken und Treibstofffließraten bzw. Treibstofffließgeschwindigkeiten einzuspritzen.
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Die Treibstoffpumpanordnung 26 kann eine oder mehrere Pumpvorrichtungen aufweisen, die wirken, um den Druck des Treibstoffs zu erhöhen und einen oder mehrere unter Druck stehende Ströme Treibstoffs zu den Speichern 30 und den Treibstoffinjektoren 28 zu leiten. In einem Beispiel kann die Treibstoffpumpanordnung 26 eine Niederdruckquelle 32 und eine Hochdruckquelle 34 aufweisen, die in Reihe angeordnet sind und mittels einer Treibstoffleitung strömungsmitteltechnisch miteinander verbunden sind. Die Niederdruckquelle 32 kann eine Transferpumpe sein, die gestaltet ist, um Treibstoff aus dem Tank 24 zu beziehen und einen Zufluss niedrigen Drucks für die Hochdruckquelle 34 bereitzustellen. Die Hochdruckquelle 34 kann gestaltet sein, um den Zufluss niedrigen Drucks zu empfangen und den Druck des Treibstoffs, in einigen Ausführungsbeispielen, auf ungefähr 200–400 MPa zu erhöhen. Die Hochdruckquelle 34 kann mit den Speichern 30 mittels einer Treibstoffleitung 38 verbunden sein. Ein Steuer- bzw. Rückschlagventil 40 kann in der Treibstoffleitung 38 angeordnet sein, um einen unidirektionalen Strom von Treibstoff von der Treibstoffpumpanordnung 26 zu den Speichern 30 bereitzustellen.
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Wie in 2 gezeigt, kann jeder Treibstoffinjektor 28 einem Speicher 30 zugeordnet sein, um unter Druck stehenden Treibstoff von diesem Speicher 30 zu empfangen. Die einander zugeordneten Treibstoffinjektor 28 und Speicher 30 kann zumindest teilweise innerhalb eines gemeinsamen Zylinderkopfs 20 angeordnet sein, wobei eine axiale Strömungsrichtung des Speichers 30 im Wesentlichen rechtwinklig zu einer axialen Strömungsrichtung des zugeordneten Treibstoffinjektor 28 ist. Der Treibstoffinjektor 28 kann sich von einer oberen Fläche 42 des Zylinderkopfes 20 durch eine untere Fläche 44 des Zylinderkopfes 20 und eine Strecke in die Brennkammer 22 (mit Bezug auf 1) erstrecken. Der Speicher 30 kann sich von einer Vorderseite 46 des Zylinderkopfes 20 ungefähr halb durch den Zylinderkopf 20 bis zu einer Stelle ungefähr in der Mitte entlang einer Länge des Treibstoffinjektors 28 erstrecken. Jeder Speicher 30 kann in strömungsmitteltechnischer mit jedem Treibstoffinjektor 28 und mit benachbarten Speichern 30 stehen. In einem Ausführungsbeispiel können die Speicher 30 hintereinander (d. h. strömungsmitteltechnisch in Reihe geschaltet) mittels individueller Zuführungsleitungen 48 verbunden sein, sodass einer oder mehrere der Speicher 30 unter Druck stehenden Treibstoff direkt von der Treibstoffleitung 38 empfangen können, und den Treibstoff zu seinem zugeordneten Treibstoffinjektor 28 und den verbleibenden in Strömungsrichtung unterhalb liegenden Speichern 30 weiterzuleiten. Obwohl in 2 ein Endspeicher 30 als derjenige Speicher 30 gezeigt ist, der direkt mit der Treibstoffleitung 38 verbunden ist, ist es vorgesehen, dass ein weiterer Speicher 30 alternativ oder zusätzlich direkt mit der Treibstoffleitung 38 verbunden sein kann, falls erwünscht.
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Jeder Speicher 30 kann einen Einlass 50 und einen Auslass 52 aufweisen, die in einer im Allgemeinen gegenüberliegenden Ausrichtung zueinander und rechtwinklig zur axialen Strömungsrichtung des Speichers 30 angeordnet sind. Der Einlass 50 desjenigen Speichers 30, der in Strömungsrichtung am weitesten oberhalb gelegen ist, kann strömungsmitteltechnisch mit der Treibstoffleitung 38 verbunden sein, während der Auslass 52 desjenigen Speichers, der in Strömungsrichtung am weitesten unterhalb gelegen ist, verstöpselt bzw. verschlossen oder auf andere Weise gedeckelt sein kann. Die Einlässe 50 der verbleibenden Speicher 30 können mit den Auslässen 52 der in Strömungsrichtung oberhalb liegenden Speichern 30 mittels Treibstoffleitungen 48 verbunden sein. Es ist vorgesehen, dass der Auslass 52 des in Strömungsrichtung am weitesten unterhalb gelegenen Speichers alternativ strömungsmitteltechnisch mit dem Tank 24 verbunden sein kann, falls gewünscht, beispielsweise mittels eines Überdruckventils (nicht gezeigt).
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Wie in 3 kann der Speicher 30 einen länglichen Körper 54 aufweisen, welcher ein erstes Ende 56 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 58 sowie eine Kappe 59 aufweist, die gestaltet ist, um mit dem ersten Ende 56 in Eingriff zu treten und dieses zu verschließen. Eine einzelne Kammer 60 kann sich in der axialen Strömungsrichtung des Körpers 54 erstrecken, zwischen den ersten und zweiten Enden 56, 58. Die Kammer 60 kann im Wesentlichen am ersten Ende 56 offen sein, und einen Auslass 62 an dem zweiten Ende 58 aufweisen. Die Kammer 60 kann einen Querschnittsdurchmesser aufweisen, der größer ist als der Durchmesser des Auslasses 62, und ein Volumen definieren, dass ungefähr 15–50 mal größer ist als eine maximale Einspritzmenge des Injektors 28 während eines einzelnen Zyklus der Motors 10 (mit Bezug auf 1). Der Körper 54 kann eine im Wesentlichen zylindrische und gestufte Außenfläche aufweisen, wobei mindestens eine äußere Nut 64 gestaltet ist, um ein Dichtungsbauteil 66 aufzunehmen. Das Dichtungsbauteil 66 kann gestaltet sein, um mit einer Bohrung des Zylinderkopfs 20 (mit Bezug auf die 1 und 2) in Eingriff zu treten und eine Strömungsmitteldichtung rund um den Speicher 30 zu bilden. Ein Flanschbauteil 67 kann sich von einer Außenfläche des Körpers 54 aus erstrecken um mit der Vorderseite 46 des Zylinderkopfes 20 in Eingriff zu treten (mit Bezug auf 2). In einem Ausführungsbeispiel können sich Verbindungselemente 69 (nur in 2 gezeigt) durch das Flanschbauteil 67 und in den Zylinderkopf 20 erstrecken, um den Speicher 30 an dem Zylinderkopf 20 zu befestigen.
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Die Kappe 59 kann zumindest teilweise den Einlass 50 und den Auslass 52 definieren, und einen zu dem Einlass 50 und dem Auslass 52 rechtwinkligen, im Wesentlichen hohlen Vorsprung 68 aufweisen, der von einer Vertiefung 70 des Körpers 54 aufgenommen wird, um die Kammer 60 an dem ersten Ende 56 abzuschließen. Die Kappe 59 kann auch Schultern 72 aufweisen, die mit dem ersten Ende 56 in Eingriff stehen, sowie eines oder mehrere Befestigungselemente 74, die durch die Kappe 59 hindurch treten und in das erste Ende 56 des Körpers 54 hineintreten, im die Kappe 59 an Ort und Stelle zu halten. Ein Dichtungsbauteil 76 kann innerhalb einer Außennut 78 des Vorsprungs 68 aufgenommen werden, um eine Strömungsmitteldichtung zwischen der Kappe 59 und dem Körper 54 zu bilden. Auf diese Weise kann die Kappe 59 den Einlass 50 und den Auslass 52 strömungsmitteltechnisch mit der Kammer 60 mittels des hohlen Vorsprungs 68 verbinden. Die Kammer 60 kann einen Querschnittsdurchmesser aufweisen, der größer ist als die Durchmesser des Einlasses 50 und des Auslasses 52.
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In einem Ausführungsbeispiel kann ein Einsatz 79 innerhalb des hohlen Vorsprungs 68 positioniert sein und innere Durchlässe 81 aufweisen, die strömungsmitteltechnisch des Einlass 50, den Auslass 52 und die Kammer 60 verbinden. Die internen Durchlässe 81 können im Wesentlichen T-förmig angeordnet sein, und kleiner Durchmesser aufweisen als derjenige der Kammer 60. Der Einsatz 79 kann aus einem Material oder mittels einer Verfahrens hergestellt sein, der sich von denen mit der Kappe 59 assoziierten unterscheidet, falls gewünscht. Beispielsweise kann der Einsatz 79 aus einem Material gefertigt sein, dass eine höhere Festigkeit aufweist und/oder mittels eines Verfahrens, das eine höhere Präzision aufweist. Durch die Verwendung des Einsatzes 79 können die mit der Herstellung der Kappe 59 assoziierten Kosten und die Zeit vergleichsweise gering sein.
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Jeder Treibstoffinjektor 28 kann ein Pumpe-Düse-Injektor sein, welcher ein Düsenbauteil 80 aufweist. Das Düsenbauteil 80 kann ein im Wesentlichen zylindrischer Körper sein, der gestaltet ist, um ein Nadelventil 82 aufzunehmen. Eine oder mehrere Öffnungen 84 können an einem spitzen Ende des Düsenbauteils 80 positioniert sein und durch das Nadelventil 82 wahlweise verschlossen und geöffnet werden, um Injektionen unter Druck stehenden Treibstoffs in eine dazu gehörigen Brennkammer 22 zu ermöglichen.
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In einigen Situationen kann es möglicherweise möglich sein, dass ein Teil des Düsenbauteils 80 erodiert, reißt, oder vollständig abbricht. Um eine unkontrollierte Leckage aus dem Düsenbauteil 80 in die Brennkammer 22 (mit Bezug auf 1) zu unterbinden, kann ein Strömungsbegrenzer 86 strömungsmitteltechnisch zwischen jedem Speicher 30 und jedem Treibstoffinjektor 28 angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der Strömungsbegrenzer 86 zumindest teilweise innerhalb einer Vertiefung 87 des Körpers 54 angeordnet sein, welcher sich an dem zweiten Ende 58 des Speichers 30 befindet.
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Eine Kupplung 90 kann ein Filtergehäuse 88 mit dem zweiten Ende 58 des Speichers 30 verbinden, um die Vertiefung 87 zu verschließen und dadurch den Strömungsbegrenzer 86 an Ort und Stelle zu halten. Das Filtergehäuse 88 kann einen zentralen Durchlass 89 aufweisen, der einen Filter 91, beispielsweise einen Kantenfilter, aufweist, der verwendet werden kann, um Bruchstücke aus dem von dem Speicher 30 zu dem Injektor 28 strömenden Treibstoff zu filtern. Die Kupplung 90 kann einen internen Flansch 92 aufweisen, der mit Schultern 94 des Filtergehäuses 88 in Eingriff tritt, und ein Gewinde 96, das mit den Schultern 58 des Speichers in Eingriff tritt. Mit dieser Anordnung kann eine Drehung der Kupplung dazu dienen, um eine Endfläche 100 des Filtergehäuses 88 gegen eine Eindringkante 102 des Speichers 30 zu drücken, um eine Strömungsmitteldichtung zu erzeugen. Ein spitzes Ende 98 des Filtergehäuses 88 kann direkt mit dem Treibstoffinjektor 28 an einem Einlass 104 in Eingriff treten, sodass Treibstoff, der von dem Speicher 30 durch den Strömungsbegrenzer 86 strömt, mittels des zentralen Durchlasses 89 zu dem Injektor 28 geleitet werden kann. Wenn Befestigungselemente 69 in dem Zylinderkopf 20 angebracht werden (mit Bezug auf 2), kann der Speicher 30 das spitze Ende 98 des Filtergehäuses 88 gegen den Injektor 28 drücken, um eine Dichtung an dem Einlass 102 zu erzeugen.
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Der Strömungsbegrenzer 86 kann gestaltet sein, um unkontrollierten Strömungsmittelfluss zu einem leckenden Treibstoffinjektor 28 aufgrund eines Druckunterschieds zwischen dem Speicher 30 und dem Treibstoffinjektor 28 zu verhindern. Das heißt, wenn die Unversehrtheit des Düsenbauteils 80 beeinträchtigt ist (z. B. wenn das Düsenbauteil 80 gerissen, erodiert, gebrochen ist etc.), kann der Treibstoff innerhalb des beeinträchtigten Treibstoffinjektors 28 im Wesentlichen ungehindert in die zugehörige Brennkammer 22 (mit Bezug auf 1) strömen. Als Ergebnis dieser verringerten Beschränkung, innerhalb des beeinträchtigten Treibstoffinjektors 28 zu strömen, kann der Druck des Treibstoffs innerhalb des beeinträchtigten Treibstoffinjektors 28 schnell um einen signifikanten Wert verringert werden. Der Druckunterschied zwischen dem Speicher 30 und dem beeinträchtigten Treibstoffinjektor 28 kann viel größer sein als der Druckunterschied zwischen dem Speicher 30 und einem funktionierenden Treibstoffinjektor 28 sein. Dieser erhöhte Druckunterschied kann, wie weiter unten beschrieben werden wird, bewirken, dass der Strömungsbegrenzer 86 tätig wird und den Strömungsmittelfluss zu dem beeinträchtigten Treibstoffinjektor 28 unterbindet.
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Wie in 4 dargestellt, kann der Strömungsbegrenzer 86 eine Mehrzahl an Komponenten aufweisen, die miteinander wirken um den Strömungsmittelfluss ansprechend auf einen Druckunterschied wahlweise zuzulassen oder zu blockieren. Insbesondere kann der Strömungsbegrenzer 86 ein erstes Ventilelement 106 und ein zweites Ventilelement 108 aufweisen. Das erste Ventilelement 106 kann ein tassenartiges Element sein, welches ein Stirnende 110 und ein offenes Ende 112 aufweist. Zylindrische Seitenwände 113 können sich von dem Stirnende 110 zu dem offenen Ende 112 erstrecken, und zumindest teilweise einen Inneren Durchlass 114 definieren. Eine eingeschränkte Zumessöffnung 116 kann in dessen Mitte durch das Stirnende 110 treten, um den inneren Durchlass 114 strömungsmitteltechnisch mit dem Auslass 62 des Speichers 30 zu verbinden.
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Das Stirnende 110 des ersten Ventilelements 106 kann eine äußere Fase 118 aufweisen, die gestaltet ist, um mit einer internen Fase 120 in Eingriff zu treten, die an einem in Strömungsrichtung oberhalb liegenden Ende der Vertiefung 87 angeordnet ist. Eine Feder 122, die sich zwischen dem offenen Ende 112 und internen Schultern 124 des Filtergehäuses 88 befindet, kann das erste Ventilelement 106 in Richtung einer geschlossenen Position vorspannen, in welcher die äußere Fase 118 mit der inneren Fase 120 in Eingriff steht. Wenn sich das erste Ventilelement 106 in der geschlossenen Position befindet, kann Treibstoff nur durch die eingeschränkte Zumessöffnung 116 hindurch treten. Wenn das erste Ventilelement 106 durch den Treibstoffdruck gedrückt wird, um die Feder 122 zu komprimieren, kann Treibstoff sowohl durch die eingeschränkte Zumessöffnung 116 und zwischen den zylindrischen Seitenwänden 113 des ersten Ventilelements 106 und den inneren Wänden der Vertiefung 87 (d. h., wenn das erste Ventilelement 106 in eine offene Position bewegt wird, kann Treibstoff im Wesentlichen ungehindert durch den Strömungsbegrenzer 86 zu dem Injektor 28 strömen).
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Das zweite Ventilelement 108 kann eine Kugel 126 aufweisen, die innerhalb eines Kragens 128 des ersten Ventilelements 106 aufgenommen ist und mittels einer Feder 130 von dem Treibstoffinjektor 28 fort in Richtung des Speichers 30 vorgespannt ist. Die Kugel 126, der Kragen 128, und die Feder 130 können innerhalb der Feder 122 des ersten Ventilelements 106 aufgenommen werden. Die Kugel 126 kann gestaltet sein, um im Falle des katastrophalen Versagens des Injektors 28 (d. h. während eines Versagens des Injektors 28, der zu einem Druckgradienten bzw. Druckgefälle durch den Begrenzer 86 hindurch führt, welcher größer ist als ein Schwellenwert) die Feder 122 zu komprimieren, und mit einem inneren konischen Sitz 131 des Filtergehäuses 88 in Eingriff zu treten. Wenn die Kugel 126 mit dem Sitz 131 in Eingriff tritt, kann wenig oder kein Treibstoff zu dem Injektor 28 strömen. Unter normalen Bedingungen (d. h. wenn ein spitzes Ende des Düsenbauteils 80 nicht beeinträchtigt ist), kann die Kugel 126 von dem Sitz 131 durch die Kraft der Feder 130 entfernt gehalten werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das Treibstoffsystem 12 der vorliegenden Offenbarung hat eine breite Anwendbarkeit in verschiedenen Motorarten, welche beispielsweise Dieselmotoren, Benzinmotoren, und mit gasförmigem Treibstoff betriebene Motoren umfasst. Das offenbarte Treibstoffsystem kann in jedem Motor eingesetzt werden, der eine Hochdruck-Treibstoffversorgung und Treibstoffinjektoren vom Typ der geschlossenen Öffnung verwendet, wobei Herstellungsdauer und Kosten Grund zur Sorge geben, und die Beschränkung des Stroms gewünscht ist. Der Betrieb des Treibstoffsystems 12 wird nun im Detail beschrieben werden.
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Mit Bezug auf 1 kann, während des Betriebs des Treibstoffsystems 12, die Pumpanordnung 26 Treibstoff aus dem Tank 24 ziehen, den Treibstoff mit Druck beaufschlagen, und den unter Druck stehenden Treibstoff zu dem in Strömungsrichtung am weitesten oberhalb liegenden Speicher 30 leiten. Der unter Druck stehende Treibstoff kann diesen Speicher 30 füllen und fortfahren, mittels Versorgungsdurchlässe 48 in Richtung des in Strömungsrichtung am weitesten unten liegenden Speichers weiterzuströmen. Sobald der Druck innerhalb jedes der Speicher 30 einen Schwellenwert erreicht, beispielsweise über 200–400 MPa, können die Treibstoffinjektoren 28 und der Motor vollständig betriebsbereit werden.
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Mit Bezug auf 3 kann der unter Druck stehende Treibstoff innerhalb der Speicher 30 von der Kammer 60 an dem Strömungsbegrenzer 86 vorbei und durch den Filter 91 zum Einlassdurchlass 104 des Injektors 28 strömen. Das Nadelventil 82, kann dann wahlweise von den Öffnungen 84 zu bestimmten Zeitpunkten und für bestimmte Zeitspannen fort bewegt werden, um gewünschte Mengen des Treibstoffs in die Brennkammer einzuspritzen. Wenn das Nadelventil 82 zurückkehrt und am spitzen Ende des Düsenbauteils 80 aufliegt, können die Öffnungen 84 blockiert sein und das Einspritzen des Treibstoffs kann enden.
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Das Zurückkehren des Nadelventils 82 gegen das spitze Ende des Düsenbauteils 80 kann Druckschwingungen innerhalb des Injektors 28 und des Speichers 30 hervorrufen. Insbesondere kann das Strömen von Treibstoff von dem Speicher 30 zu dem Injektor 28 während eines Einspritzvorgangs ein entsprechendes Moment aufweisen, das von der Strömungsrate bzw. Strömungsgeschwindigkeit und dem Strömungsvolumen abhängt. Das plötzliche Schließen des Nadelventils 82 am Ende des Einspritzens kann den Treibstoffstrom sofort unterbrechen und verursachen, dass das entsprechende Moment in die entgegengesetzte Richtung abprallt, was zu einer rückwärts gerichteten Druckwelle führt, die von dem Injektor 28 zurück durch den Speicher 30 wandert. Wenn sie unberücksichtigt bleibt, kann diese Druckwelle zu benachbarten Speichern 30 wandern und nachfolgende Einspritzvorgänge störend beeinflussen (d. h. die rückwärts wandernde Druckwelle könnte verursachen, dass das Nadelventil 82 des selben oder anderer Injektoren 28 zittert und zu früh öffnet, zu früh schließt, oder zusätzliche Male öffnet).
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Der Strömungsbegrenzer 86 kann helfen, die Druckschwingungen innerhalb des Treibstoffsystems 12 zu dämpfen. Mit Bezug auf 4 kann die oben beschriebene Druckwelle, wenn sie von dem Injektor 28 zurück zu dem Speicher 30 wandert, zuerst in die Vertiefung 87 des Strömungsbegrenzers 86 eintreten. Diese Druckwelle kann, zusammen mit der Vorspannung der Feder 122, das erste Ventilelement 106 in Richtung des Speichers 30 drängen, bis die äußere Fase 118 mit der inneren Fase 120 in Eingriff tritt und der Strom rund um einen Umfang des ersten Ventilelements im Wesentlichen blockiert ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die einzige strömungsmitteltechnische Verbindung zwischen dem Strömungsbegrenzer 86 und dem Speicher 30 durch den Durchlass 114 und die eingeschränkte Zumessöffnung 116 bestehen. Wenn die Druckwelle durch die eingeschränkte Zumessöffnung 116 hindurch zu dem Speicher 30 gelangt, kann eine Stärke der Druckwelle durch die damit verbundene Einschränkung verringert werden. Nachdem die Druckwelle durch den Strömungsbegrenzer 86 gelangt ist, kann der Druckunterschied zwischen dem Speicher 30 und dem Injektor 28 die Vorspannung der Feder 122 überwinden und das erste Ventilelement 106 in die offene Position zurückführen, an welcher Treibstoff von dem Speicher 30 im Wesentlichen uneingeschränkt sowohl durch als auch um das erste Ventilelement 106 passieren kann.
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Der Strömungsbegrenzer 86 kann auch während eines katastrophalen Versagens des Injektors 28 die Treibstoffzufuhr zu dem Injektor 28 unterbinden. Insbesondere wenn der Druckunterschied zwischen dem Speicher 30 und dem Injektor 28 einen Schwellenwert erreicht, der einen Zustand des Injektorversagens anzeigt, kann der Druckunterschied die Kugel 126 gegen die Vorspannung durch die Feder 130 bewegen, um mit dem Sitz 131 in Eingriff zu treten. In dieser Position kann wenig oder kein Treibstoff durch den Strömungsbegrenzer 86 zu dem Injektor 28 dringen. Sobald der Zustand des Injektorversagens behoben wurde, oder der Druckunterschied durch den Strömungsbegrenzer 86 hindurch anderweitig behoben wurde (beispielsweise durch das Abschalten des Motors), kann die Feder 130 die Kugel 126 von dem Sitz 131 fort bewegen, um den Strom von Treibstoff zu dem Injektor 28 wieder herzustellen.
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Viele Vorteile des offenbarten Treibstoffsystems können umgesetzt werde. Weil das offenbarte Treibstoffsystem einfache verteilte Speicher verwendet, die vergleichsweise einfach herzustellen sind, können beispielsweise die Gesamtkosten der Treibstoffsystems gering sein. Zudem können Verwendung und Positionierung von Strömungsbegrenzern helfen, Druckschwingungen innerhalb des Treibstoffsystems zu dämpfen, die normale Einspritzereignisse stören könnten, ebenso wie die Leckage, von Treibstoff während eines Versagenszustands einer in Strömungsrichtung unterhalb liegenden Komponente zu unterbinden.
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Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem Treibstoffsystem der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann bei Betrachtung der Erläuterung und Ausführung des hierin offenbarten Treibstoffsystems offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass die Erläuterungen und Beispiele lediglich als beispielhaft betrachtet werden sollen, wobei der wahre Umfang der Offenbarung durch die folgenden Patentansprüche und ihre Entsprechungen angezeigt werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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