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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Steuersystem gerichtet und insbesondere auf ein Steuersystem, das die Polarität wechselnde bzw. polaritätswechselnde Wellenformen implementiert.
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Hintergrund
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Common-Rail-Brennstoffeinspritzvorrichtungen bzw. Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit gemeinsamer Kraftstoffleitung sehen einen Weg vor, Brennstoff von einer gemeinsamen Versorgungsleitung in die Brennkammern eines Motors einzuführen. Typische Common-Rail-Brennstoffeinspritzvorrichtungen beinhalten einen Betätigungselektromagneten, der eine Brennstoffeinspritzvorrichtungsdüse öffnet, wenn an Wicklungen des Elektromagneten Energie mit einer bestimmten Stromwellenform geliefert wird, um einen metallischen Anker anzuziehen. Brennstoff wird dann als eine Funktion der Zeitdauer in die Brennkammer eingespritzt, während der die Wicklungen mit der Wellenform erregt bleiben. Ein Beispiel für eine solche Brennstoffeinspritzvorrichtung ist im
US-Patent Nr. 7,013,876 an Puckett und Andere offenbart, das am 21. März 2006 ausgegeben wurde ('876-Patent).
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Ein Problem, das mit dieser Art von Brennstoffeinspritzvorrichtung assoziiert ist, die in dem
'876-Patent offenbart wird, beinhaltet Restmagnetismus innerhalb des Stators und Ankers. Das heißt, dass über die Zeit, der Anker, der wiederholt einem bestimmten magnetischen Feld ausgesetzt ist, einen Magnetismus entwickeln kann, der bleibt, auch nachdem die Wicklungen des Elektromagneten nicht weiter mit der Stromwellenform erregt werden. Zusätzlich kann der Magnetismus innerhalb des Ankers fluktuieren, abhängig von der Frequenz und Dauer des Betriebs. Restmagnetismus, insbesondere fluktuierende Pegel von Restmagnetismus, können bewirken, dass sich der Anker inkonsistent bewegt, wenn die Wicklungen des Elektromagneten erregt und entregt bzw. nicht erregt werden. Eine inkonsistente Bewegung des Ankers kann die Leistungsfähigkeit der assoziierten Einspritzvorrichtung und des assoziierten Motors negativ beeinflussen.
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Das Steuersystem der vorliegenden Offenbarung adressiert eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zum Steuern eines Ankers gerichtet. Das Verfahren kann das Leiten einer ersten Stromwellenform mit einer ersten Polarität in Wicklungen beinhalten, die mit dem Anker assoziiert sind, und zwar während einer ersten Zeitperiode, um den Anker auf die erwünschte Weise zu bewegen. Das Verfahren kann auch das Leiten einer zweiten Stromwellenform mit einer zweiten Polarität in die Wicklungen während einer zweiten Zeitperiode aufweisen, um den Anker in der erwünschten Weise zu bewegen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Steuersystem gerichtet. Das Steuersystem kann einen Anker beinhalten, Wicklungen, die mit dem Anker assoziiert sind und mindestens eine Leistungsversorgung. Das Steuersystem kann auch eine Steuervorrichtung in Kommunikation mit den Wicklungen und mindestens eine Leistungsversorgung beinhalten. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Leiten einer ersten Stromwellenform mit einer ersten Polarität in die Wicklungen während einer ersten Zeitperiode, um den Anker auf eine erwünschte Weise zu bewegen, und zum Leiten einer zweiten Stromwellenform mit einer zweiten Polarität in die Wicklungen während einer zweiten Zeitperiode, um den Anker auf die erwünschte Weise zu bewegen.
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Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Brennstoffsteuersystem für einen Motor mit mindestens einer Brennkammer gerichtet. Das Brennstoffsteuersystem kann eine Quelle von unter Druck gesetztem Brennstoff beinhalten, und mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die konfiguriert ist, um den unter Druck gesetzten Brennstoff von der Quelle in die mindestens eine Brennkammer einzuspritzen. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung kann einen Anker haben, Wicklungen die mit dem Anker assoziiert sind, die konfiguriert sind zum Bewegen des Ankers, wenn er mit einer Stromwellenform erregt wird und ein Ventilelement, das betriebsmäßig mit dem Anker verbunden ist. Eine Bewegung des Ventilelements aus einer ersten Position in Richtung einer zweiten Position initiiert eine Einspritzung von unter Druck gesetztem Brennstoff in die mindestens eine Brennkammer. Das Brennstoffsteuersystem kann auch mindestens eine Leistungsversorgung und eine Steuervorrichtung in Kommunikation mit den Wicklungen der Brennstoffeinspritzvorrichtung und mit der mindestens einen Leistungsquelle beinhalten. Die Leistungssteuervorrichtung kann konfiguriert sein zum Leiten einer ersten Stromwellenform in eine erste Richtung durch die Wicklungen während einer ersten Zeitperiode, um ein erstes Einspritzereignis zu initiieren, und zum Leiten einer zweiten Stromwellenform durch die Wicklungen in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung während einer zweiten Zeitperiode, um ein zweites Einspritzereignis zu initiieren, das im Wesentlichen identisch ist zum ersten Einspritzereignis.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine quergeschnittene und schematische Teilansicht des beispielhaften offenbarten Motors;
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2 ist eine quergeschnittene und schematische Teilansicht eines beispielhaften offenbarten Brennstoffsteuersystems, das mit dem Motor der 1 verwendet werden kann; und
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3 ist ein Steuerdiagramm für das Brennstoffsteuersystem der 2.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 veranschaulicht einen Motor 10 und ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffsystems 12. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist der Motor 10 als ein Viertakt-Dieselmotor abgebildet und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 10 jegliche andere Art von Verbrennungsmotor sein kann, wie beispielsweise ein Benzinmotor oder ein mit einem gasförmigen Brennstoff angetriebener Motor. Der Motor 10 kann einen Motorblock 14 beinhalten, der eine Vielzahl von Zylindern 16, einen Kolben 18, der verschiebbar innerhalb jedes Zylinders 16 angeordnet ist, und einen Zylinderkopf 20, der mit jedem Zylinder 16 assoziiert ist, definiert.
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Der Zylinder 16, der Kolben 18 und der Zylinderkopf 20 können zusammen eine Brennkammer 22 bilden. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel beinhaltet der Motor 10 sechs Brennkammern 22. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Motor 10 eine größere oder geringere Anzahl von Brennkammern 22 beinhalten kann und dass die Brennkammern 22 in einer ”Reihenkonfiguration”, einer ”V-Konfiguration” oder in jeglicher anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.
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Wie auch in 1 gezeigt ist, kann der Motor 10 eine Kurbelwelle 24 beinhalten, die drehbar innerhalb des Motorblockes 14 angeordnet ist. Eine Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 26 kann jeden Kolben 18 mit der Kurbelwelle 24 verbinden, so dass eine gleitende Bewegung des Kolbens 18 innerhalb jedes jeweiligen Zylinders 16 zu einer Drehung der Kurbelwelle 24 führen kann. Auf ähnliche Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 zu einer gleitenden Bewegung des Kolbens 18 führen.
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Das Brennstoffsystem 12 kann Komponenten beinhalten, die zusammenwirken, um Einspritzungen von unter Druck gesetztem Brennstoff in jede Brennkammer 22 zu liefern. Insbesondere kann das Brennstoffsystem 12 Folgendes aufweisen: einen Tank 28, der konfiguriert ist, einen Vorrat an Brennstoff aufzunehmen, eine Brennstoffpumpanordnung 30, die konfiguriert ist, um den Brennstoff unter Druck zu setzen und den unter Druck gesetzten Brennstoff an eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 mittels einer gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. Common-Rail 34 zu leiten, und ein Steuersystem 35, das die Funktion hat, den Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 zu regulieren.
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Die Brennstoffpumpanordnung 30 kann eine oder mehrere Pumpvorrichtungen beinhalten, die arbeiten, um den Druck des Brennstoffes zu erhöhen und eine oder mehrere unter Druck gesetzte Ströme von Brennstoff an die Common-Rail 34 zu leiten. In dem offenbarten Beispiel beinhaltet die Brennstoffpumpanordnung 30 eine Niederdruckquelle 36 und eine Hochdruckquelle 38, die in Serie angeordnet und strömungsmittelmäßig mittels einer Brennstoffleitung 40 verbunden sind. Die Niederdruckquelle 36 kann eine Transferpumpe sein, die konfiguriert ist, um eine Niederdruckversorgung an die Hochdruckquelle 38 vorzusehen. Die Hochdruckquelle 38 kann konfiguriert sein, um die Niederdruckversorgung aufzunehmen und den Druck des Brennstoffes auf den Bereich von ungefähr 30–300 MPa zu erhöhen. Die Hochdruckquelle 38 kann mit der Common-Rail 34 mittels einer Brennstoffleitung 42 verbunden sein. Ein Rückschlagventil 44 kann innerhalb der Brennstoffleitung 42 angeordnet sein, um einen Fluss von Brennstoff in eine Richtung von der Brennstoffpumpanordnung 30 an die Common-Rail 34 vorzusehen.
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Die Niederdruckquelle 36 und/oder die Hochdruckquelle 38 kann betriebsmäßig mit dem Motor 10 verbunden sein und durch die Kurbelwelle 24 angetrieben werden. Die Nieder- und/oder Hochdruckquellen 36, 38 können mit der Kurbelwelle 24 auf eine Weise verbunden sein, die dem Fachmann leicht ersichtlich ist, wobei eine Rotation der Kurbelwelle 24 zu einer entsprechenden Drehung einer Pumpenantriebswelle führen wird. Zum Beispiel ist eine Pumpenantriebswelle 46 einer Hochdruckquelle 38 in 1 so gezeigt, dass sie mit der Kurbelwelle 24 durch einen Getriebe- bzw. Zahnradstrang 48 verbunden ist. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass eine oder beide der Nieder- und Hochdruckquellen 36, 38 alternativ elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf eine andere geeignete Weise angetrieben werden können.
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Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 können zumindest teilweise innerhalb Zylinderköpfen 20 angeordnet und mit der Common-Rail 34 mittels einer Vielzahl von Brennstoffleitungen 50 verbunden sein. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 kann betreibbar sein, um eine Menge an unter Druck gesetztem Brennstoff in eine assoziierte Brennkammer 22 zu vorbestimmten Zeiten, mit vorbestimmten Brennstoffdrücken und mit vorbestimmten Brennstoffflussraten einzuspritzen. Die Zeitsteuerung bzw. das Timing der Brennstoffeinspritzung in die Brennkammer 22 kann mit der Bewegung des Kolbens 18 synchronisiert werden. Zum Beispiel kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn sich der Kolben 18 der oberen Totpunktposition in einem Kompressionshub nähert, um eine kompressionsgezündete Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes zu gestatten. Alternativ kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 den Kompressionshub in Richtung einer oberen Totpunktposition beginnt, und zwar für einen HCCI-Betrieb (HCCI = homogenous charge compression ignition = homogene Kompressionszündung). Brennstoff kann auch eingespritzt werden, wenn sich der Kolben 18 von einer oberen Totpunktposition in Richtung einer unteren Totpunktposition bewegt, und zwar während eines Expansionshubes für eine späte Nacheinspritzung, um eine Reduktionsatmosphäre zur Nachbehandlungsregeneration zu erzeugen. Andere Einspritzzeitsteuerungsstrategien können auch genutzt werden, wenn dies erwünscht ist.
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Wie in 2 veranschaulicht, kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine Unit-Brennstoffeinspritzvorrichtung mit geschlossener Düse sein. Insbesondere kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 einen Einspritzvorrichtungskörper 52, ein Gehäuse 54, das betriebsmäßig mit dem Einspritzvorrichtungskörper 52 verbunden ist, eine Führung 55, die innerhalb des Gehäuses 54 angeordnet ist, ein Düsenglied 56, ein Nadelventilelement 58, das zumindest teilweise innerhalb der Führung 55 und des Düsengliedes 56 angeordnet ist und eine Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 aufweisen, die mit einem Ende des Körpers 52 gegenüber dem Düsenglied 56 verbunden ist. Es wird in Betracht gezogen, dass zusätzliche Komponenten innerhalb des Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 enthalten sein können, wie beispielsweise begrenzende Zumessöffnungen, Druckausgleichs-Durchlasswege, Akkumulatoren und andere Einspritzvorrichtungskomponenten, die in der Technik bekannt sind.
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Der Einspritzvorrichtungskörper 52 kann ein im Allgemeinen zylindrisches Glied sein, das konfiguriert ist zur Montage innerhalb des Zylinderkopfes 20 und mit einem oder mehreren Durchlasswegen. Insbesondere kann der Einspritzvorrichtungskörper 52 eine zentrale Bohrung 100 beinhalten, die konfiguriert ist, um eine Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59, einen Brennstoffeinlass 102 und einen Brennstoffauslass 104 in Kommunikation mit der zentralen Bohrung 100, und eine Steuerkammer 106 aufzunehmen. Die Steuerkammer 106 kann in Kommunikation mit der zentralen Bohrung 100 über einen Steuerdurchlassweg 108 und in direkter Kommunikation mit dem Nadelventilelement 58 sein. Aus der Steuerkammer 106 kann selektiv unter Druck gesetzter Brennstoff abgelassen oder diese damit versorgt werden, um eine Bewegung des Nadelventilelements 58 zu bewirken. Der Einspritzvorrichtungskörper 52 kann auch einen Versorgungsdurchlassweg 110 beinhalten, der die zentrale Bohrung 100 strömungsmittelmäßig mit dem Düsenglied 56 verbindet.
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Das Gehäuse 54 kann ein im Allgemeinen zylindrisches Glied mit einer zentralen Bohrung 60 zum Aufnehmen der Führung 55 und des Düsengliedes 56 und einer Öffnung 62 sein, durch die ein Spitzenende 64 des Düsengliedes 56 hervorragt. Ein Dichtungsglied, wie beispielsweise ein (nicht gezeigter) O-Ring kann zwischen der Führung 55 und dem Düsenglied 56 angeordnet sein, um eine Brennstoffleckage von der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu begrenzen.
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Die Führung 55 kann auch ein im Allgemeinen zylindrisches Glied mit einer zentralen Bohrung 68 sein, die konfiguriert ist, um das Nadelventilelement 58 und eine Rückholfeder 90 aufzunehmen. Die Rückholfeder 90 kann zwischen einem Anschlag 92 und einer Sitzfläche 94 angeordnet sein, um das Nadelventilelement 58 in Richtung des Spitzenendes 64 des Düsengliedes 56 axial vorzuspannen. Ein Abstandshalter 96 kann zwischen der Rückholfeder 90 und der Sitzfläche 94 angeordnet sein, um den Verschleiß der Komponenten innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu verringern. Es wird in Betracht gezogen, dass ein zusätzlicher (nicht gezeigte) Abstandshalter zwischen der Rückholfeder 90 und dem Anschlag 92 angeordnet sein kann, um den Komponentenverschleiß weiter zu verringern.
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Das Düsenglied 56 kann auf ähnliche Weise ein im Allgemeinen zylindrisches Glied mit einer zentralen Bohrung 72 und einer Druckkammer 71 verkörpern. Die zentrale Bohrung 72 kann konfiguriert sein, das Nadelventilelement 58 aufzunehmen. Die Druckkammer 71 kann unter Druck gesetzten Brennstoff, der von dem Versorgungsdurchlassweg 110 in Antizipation eines Einspritzereignisses geliefert wird, aufnehmen. Das Düsenglied 56 kann auch eine oder mehrere Zumessöffnungen 80 beinhalten, um es dem unter Druck gesetzten Brennstoff zu gestatten, von der Druckkammer 71 durch die zentrale Bohrung 72 in die Brennkammern 22 von Motor 10 zu fließen, wenn das Nadelventilelement 58 von den Zumessöffnungen 80 wegbewegt wird.
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Das Nadelventilelement 58 kann ein verlängertes zylindrisches Glied sein, das verschiebbar innerhalb der Führung 55 und dem Ventilglied 56 angeordnet ist. Das Nadelventilelement 58 ist axial zwischen einer ersten Position, in der ein Spitzenende von Nadelventilelement 58 einen Fluss von Brennstoff durch die Zumessöffnungen 80 verhindert, und einer zweiten Position, in der die Zumessöffnungen 80 offen sind, um einen Fluss von Brennstoff in die Brennkammer 22 zu gestatten, bewegbar. Es wird in Betracht gezogen, dass das Nadelventilelement 58 ein Element mit mehreren Gliedern ist, das ein Nadelglied und ein Kolbenglied oder ein einzelnes integrales Element hat, wie erwünscht.
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Das Nadelventilelement 58 kann mehrere hydraulische Antriebsflächen haben. Zum Beispiel kann das Nadelventilelement 58 eine Hydraulikfläche 112 haben, die darauf gerichtet ist, das Nadelventilelement 58 mit der Vorspannung der Rückholfeder 90 in Richtung einer ersten Position oder Zumessöffnungsblockierposition anzutreiben, wenn darauf durch den unter Druck gesetzten Brennstoff eingewirkt wird. Das Nadelventilelement 58 kann auch eine Hydraulikfläche 114 beinhalten, die der Vorspannung der Rückholfeder 90 entgegenwirkt, um das Nadelventilelement 58 in die entgegengesetzte Richtung in eine zweite Position oder Zumessöffnungsöffnungsposition anzutreiben, wenn darauf durch den unter Druck gesetzten Brennstoff eingewirkt wird.
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Die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 kann an einem Ende des Körpers 52 gegenüber dem Düsenglied 56 angeordnet sein und kann betreibbar sein, um die Kräfte zu variieren, die auf das Nadelventilelement 58 wirken, wodurch der Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 initiiert oder beendet wird. Insbesondere kann die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 Wicklungen 116 von geeigneter Form und Größe aufweisen, durch welche Strom fließen kann, um ein Magnetfeld aufzubauen. Die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 kann auch einen Anker 118 beinhalten, der mit den Wicklungen 116 assoziiert ist und betriebsmäßig mit einem Zwei-Positionen-Steuerventilelement 120 verbunden ist. Wenn die Wicklungen 116 erregt werden (d. h. wenn eine Stromwellenform durch die Wicklungen 116 geleitet wird), kann das magnetische Feld, das durch die Wicklungen 116 aufgebaut wird, den Anker 118 und das verbundene Steuerventilelement 120 gegen die Vorspannung einer Rückholfeder 123 aus einer ersten oder Nicht-Einspritzposition in eine zweite oder Einspritzposition drücken. Zum Beispiel kann das Steuerventilelement 120 zwischen einem unteren Sitz 122 und einem oberen Sitz 124 bewegt werden. In der Nicht-Einspritzposition (d. h. wenn das Steuerventilelement 120 auf dem unteren Sitz 122 ruht) kann Brennstoff vom Brennstoffeinlass 102 durch den Steuerdurchlassweg 108 in die Steuerkammer 106 fließen. Wenn sich Brennstoffdruck innerhalb der Steuerkammer 106 aufbaut, kann die abwärts gerichtete Kraft, die an der Hydraulikfläche 112 erzeugt wird, kombiniert mit der Kraft der Rückholfeder 90 die nach oben gerichtete Kraft an der Hydraulikfläche 114 überwinden, was bewirkt, dass das Nadelventilelement 58 die Zumessöffnung 80 schließt und die Brennstoffeinspritzung beendet. In der Einspritzungsposition (d. h. wenn das Steuerventilelement 120 auf dem oberen Sitz 124 ruht) kann Brennstoff von der Steuerkammer 106 zum Tank 28 über eine begrenzende Zumessöffnung 121, die zentrale Bohrung 100 und einen Brennstoffauslass 104 fließen. Wenn Brennstoff von der Steuerkammer 106 in den Tank 28 abfließt, kann die Kraft auf die Hydraulikfläche 112 abnehmen und die aufwärts gerichtete Kraft an der Hydraulikfläche 114 kann das Nadelventilelement 58 gegen die Rückholfeder 90 drücken, wodurch die Zumessöffnungen 80 geöffnet werden und die Brennstoffeinspritzung in die Brennkammern 22 initiiert wird. Wenn er nicht mehr mit Energie versorgt bzw. entregt wird, kann die Rückholfeder 123 den Anker 118 und das Steuerventilelement 120 in die Nicht-Einspritzposition zurückbringen.
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Das Steuersystem 35 kann Komponenten beinhalten, die die Steuerung jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 ermöglichen. Insbesondere kann das Steuersystem 35 eine Steuervorrichtung 53 beinhalten, die selektiv eine Niederspannungsquelle 200 (z. B. eine Batterie von Motor 10) und eine Hochspannungsquelle 202 (z. B. eine Kondensatorschaltung, die mit dem Motor 10 assoziiert ist) mit Anschlussenden 204, 206 der Wicklungen 116 innerhalb jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 verbinden, um Brennstoffeinspritztiming, -menge und/oder -dauer durch Übermitteln einer Stromwellenform oder einer Sequenz von Stromwellenformen an die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu steuern.
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Die Steuervorrichtung 53 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel zum Steuern eines Betriebs der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 beinhalten. Zahlreiche kommerziell erhältliche Mikroprozessoren können konfiguriert sein, um die Funktionen der Steuervorrichtung 53 auszuführen. Es sollte klar sein, dass die Steuervorrichtung 53 leicht eine allgemeine Arbeitsmaschine oder einen Motormikroprozessor verkörpern kann, der in der Lage ist, zahlreiche Arbeitsmaschinen oder Motorfunktionen zu steuern. Die Steuervorrichtung 53 kann all die Komponenten beinhalten, die erforderlich sind, um eine Anwendung laufen zu lassen, wie beispielsweise einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung und einen Prozessor, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit oder andere bekannte Mittel zum Steuern der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32. Verschiedene andere bekannte Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 53 assoziiert sein, einschließlich Leistungsversorgungsschaltungen, Signalkonditionierungsschaltungen, Elektromagnettreiberschaltungen, Kommunikationsschaltungen, Schaltungskreisläufen und anderen geeigneten Schaltungen.
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Das Timing bzw. die Zeitsteuerung und der Spannungspegel des Stroms, der in den Wicklungen 116 durch die Steuervorrichtung 53 induziert wird, kann variiert werden, um die Brennstoffeinspritzung zu beeinflussen. Zum Beispiel kann, wie in dem Steuerdiagramm der 3 gezeigt ist, ein erster Strom in den Wicklungen 116 zu einem Zeitpunkt T1 induziert werden, der eine Bewegung des Steuerventilelements 120 in Richtung der Einspritzungsposition während eines ersten Einspritzereignisses initiiert. Der erste Strom kann in den Wicklungen 116 durch Übertragen einer verstärkten Spannung (z. B. einer Spannung von Hochspannungsquelle 202) zum Anschlussende 204 der Wicklungen 116 induziert werden, während gleichzeitig das Anschlussende 206 geerdet wird. Der erste Strom kann vom Anschlussende 204 zum Anschlussende 206 in einer ersten Richtung durch die Wicklungen 116 fließen. Die Spannung des ersten Stroms kann ausreichend hoch sein, um Effekte der Trägheit innerhalb des Steuerungselementes 120 zu überwinden.
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Zu einem Zeitpunkt T2 kann Spannung, die an das Anschlussende 204 angelegt wird, verringert werden, um einen zweiten Strom innerhalb der Wicklungen 116 zu induzieren, der damit fortfährt, das Steuerventilelement 120 in Richtung der Einspritzposition zu bewegen. Da das Steuerventilelement 120 zum Zeitpunkt T2 bereits in Bewegung sein kann, kann die Spannung, die vom zweiten Strom benötigt wird, um die Bewegung fortzusetzen, geringer sein als die Spannung die vom ersten Strom benötigt wird, um die Bewegung zu initiieren. Der erste Strom kann innerhalb der Wicklungen 116 durch Übertragen bzw. Verbinden der Niederspannungsquelle 200 mit dem Anschlussende 204 induziert werden, während das Anschlussende 206 gleichzeitig geerdet wird.
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Zu einem Zeitpunkt T3 kann die Spannung, die durch die Wicklungen 116 hindurchfließt, weiter reduziert werden, um einen dritten Strom oder Haltestrom zu induzieren, der für die Dauer der Brennstoffeinspritzung bis zu einem Zeitpunkt T4 fortfährt. Die Steuervorrichtung 58 kann die Spannung des dritten Stroms durch selektives Chopping bzw. Unterbrechen (d. h. An- und Abschalten) des Stroms verringern, der von der Niederspannungsquelle 200 empfangen wird, und zwar durch jegliches in der Technik bekannte Chopping- bzw. Unterbrechungsverfahren. Der dritte Strom kann eine Spannung haben, die gerade hoch genug ist, um die Kraft der Rückholfeder 123 zu überwinden und das Steuerventilelement 120 in der Einspritzposition zu halten.
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Jeder der zweiten und dritten Ströme kann eine Spannung haben, die geringer ist als der vorige Strom (d. h. der zweite Strom kann eine Spannung haben, die geringer ist als der erste Strom, und der dritte Strom kann eine Spannung haben, die geringer ist als der zweite Strom), um Energie zu sparen und um die Kühlungsanforderungen der Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 zu verringern, während gleichzeitig die Kraftanforderungen des Steuerventilelements 120 erfüllt werden.
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Zum Zeitpunkt T4 kann die Spannung, die an das Anschlussende 204 angelegt wird, sogar noch weiter auf ungefähr Null verringert werden, um es der Rückholfeder 116 zu gestatten, den Anker 118 und das Steuerventilelement 114 in die Nicht-Einspritzposition zu bewegen, wodurch die Brennstoffeinspritzung beendet wird. Für die Zwecke dieser Offenbarung kann die Kombination der Spannungspegel, die innerhalb der Wicklungen 116 von Zeit T1 bis Zeit T4 induziert werden, zusammen mit der Zeitdauer der Spannungspegel, als eine erste Wellenform 208 betrachtet werden, die verwendet wird, um ein erstes Einspritzereignis zu erzeugen.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann die erste Wellenform 208 einen zusätzlichen Strom umgekehrter Polarität beginnend zum Zeitpunkt T5 beinhalten, der nur kurz an die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 angelegt wird, bevor der Strom auf ungefähr Null zurückgeführt wird. Um die Polarität des Stroms innerhalb der Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 umzukehren, kann die Steuervorrichtung 58 eine Spannung von der Niederspannungsquelle 200 an das Anschlussende 206 übermitteln, während gleichzeitig das Anschlussende 204 geerdet wird. Durch Kommunizieren von Spannung an das Anschlussende 206, während gleichzeitig das Anschlussende 204 geerdet wird, kann Strom, der durch die Wicklungen 116 hindurchfließt, in eine Rückwärtsrichtung relativ zu den anderen Strömen der erste Wellenform 208 fließen. Diese kurze Dauer von Strom mit umgekehrter Polarität, die zum Zeitpunkt T5 beginnt, kann dazu dienen, schnell Strom aus der Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 abzuleiten und dadurch Verzögerungen in der Einspritzdauer aufgrund von Induktion und Wirbelströmen innerhalb der Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 59 verringern.
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Eine zweite Wellenform 210 ist auch in 3 gezeigt. Die zweite Wellenform 210 kann eine Kombination von Strömen beinhalten, die innerhalb der Wicklungen 116 ab einem Zeitpunkt T6 bis zu einem Zeitpunkt T10 induziert werden, die gemeinsam ein zweites Einspritzereignis während des Betriebs vom Motor 10 erzeugen, das im Wesentlichen gleich dem ersten Einspritzereignis ist. Wie in 3 zu sehen ist, können die Beträge und Dauern der verschiedenen Spannungspegel der zweiten Wellenform 210 im Wesentlichen identisch sein zu den Beträgen und Dauern der verschiedenen Spannungspegel der ersten Wellenform 208. Die Polarität der zweiten Stromwellenform 210 kann jedoch entgegengesetzt sein zur Polarität der ersten Wellenform 208. Das heißt, die Spannung von Nieder- und Hochspannungsquellen 200, 202 kann durch die Steuervorrichtung 53 während dem Anlegen der zweiten Wellenform 210 an die Wicklungen 116 über das Anschlussende 206 (anstatt über das Anschlussende 204) gesteuert werden, während das Anschlussende 204 während dem Anlegen der zweiten Wellenform 210 geerdet werden kann (anstelle von Anschlussende 206). Entsprechend kann, während dem Anlegen der zweiten Wellenform 210, Strom durch die Wicklungen 116 in einer Richtung entgegengesetzt zur Stromflussrichtung während dem Anlegen der ersten Wellenform 208 fließen.
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Die Steuervorrichtung 53 kann selektiv erste und zweite Wellenformen 208, 210 durch die Wicklungen 116 der Einspritzvorrichtung 32 während erster bzw. zweiter Zeitperioden leiten, um Brennstoff in die Brennkammern 22 (mit Bezug auf 1) auf eine erwünschte Weise einzuspritzen, während auch die Wahrscheinlichkeit eines Restmagnetismus innerhalb des Ankers 118 verringert wird. Das heißt, die Verwendung der ersten Wellenform 208 kann ein erstes Magnetfeld erzeugen, das durch den Anker 118 in einer ersten Richtung hindurchgeht, die bewirkt, dass sich der Anker 118 auf erwünschte Weise bewegt und Brennstoffeinspritzungen initiiert bzw. einleitet, während die zweite Wellenform 210 ein zweites Magnetfeld erzeugen kann, das durch den Anker 118 in einer zweiten Richtung hindurchgeht, die im Wesentlichen entgegengesetzt ist zur ersten Richtung, um die erwünschte Bewegung des Ankers 118 zu bewirken. Durch Verwenden von sowohl ersten als auch zweiten Wellenformen 208, 210 kann Restmagnetismus, der innerhalb des Ankers 118 durch die Verwendung der ersten Wellenform 208 erzeugt wird, im Wesentlichen durch die umgekehrte Polarität der zweiten Wellenform 210 entfernt werden, und umgekehrt. In einem Beispiel kann die Steuervorrichtung 53 die Verwendung der ersten und zweiten Wellenformen 208, 210 für aufeinander folgende Einspritzereignisse abwechseln. In einem anderen Beispiel kann die Steuervorrichtung 53 primär die erste Wellenform 208 verwenden, und kann sie durch die zweite Wellenform 210 nur dann auf einer periodischen Basis ersetzen, nachdem bestimmt wurde, dass ein Schwellenbetrag an Restmagnetismus innerhalb des Ankers 118 erzeugt wurde oder nach einer Schwellenanzahl von Verwendungen der erste Wellenform 208. Indem die zweite Wellenform 210 nur basierend auf Bedarf oder auf periodischer Basis genutzt wird, kann die Berechnungskomplexität, die Kosten und oder der Verschleiß der Steuerungskomponenten verringert werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das Steuersystem der vorliegenden Offenbarung hat einen breiten Einsatzbereich in einer Vielzahl verschiedener Technologien. Insbesondere kann jegliche Vorrichtung, die eine Elektromagnetbetätigungsvorrichtung nutzt, in der Restmagnetismus innerhalb des Ankers der Betätigungsvorrichtung unerwünscht ist, von dem offenbarten Steuersystem profitieren. Das offenbarte Steuersystem findet jedoch insbesondere Anwendung in Motoren, insbesondere in Brennstoffeinspritzvorrichtungen von Motoren, bei denen die Gleichmäßigkeit und Genauigkeit der Leistung sowohl kritisch als auch negativ durch Restmagnetismus beeinflusst wird. In diesen Anwendungen kann Restmagnetismus des Ankers der Brennstoffeinspritzvorrichtung verringert, wenn nicht sogar vollständig eliminiert werden, und zwar durch selektives Wechseln bzw. Umschalten der Polarität der Wellenformen, die durch die assoziierten Wicklungen geleitet werden.
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Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Brennstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann durch eine Betrachtung der Beschreibung und eine praktische Ausführung der hierin offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtung offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und äquivalente Ausführungen angezeigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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