DE102013108922A1

DE102013108922A1 - Verfahren und Systeme für einen Motor

Info

Publication number: DE102013108922A1
Application number: DE201310108922
Authority: DE
Inventors: James Edward Arner; John P. Dowell; Shashi KIRAN; Alexis Gruschow; Milan Shah
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: DE102013108922B4; US9115641B2; US20140052360A1; AU2013213687B2; CN203532010U; ZA201305877B; AU2013213687A1; BR102013020842A2

Abstract

Es sind diverse Einspritzventilkühlstrukturen und verwandte Motorsysteme und Verfahren vorgesehen. In einem Beispiel beinhaltet eine Einspritzventilkühlstruktur einen Kühlkanal, der von einem Kühlmantel einer Turbine definiert wird. Eine Kühlbohrung ist wenigstens teilweise in dem Kühlmantel bereitgestellt, wobei die Kühlbohrung zur Aufnahme eines Düsenzapfens eines Einspritzventils gestaltet ist. Der Kühlkanal ist zum Umwälzen von Kühlmittel zum Kühlen des Einspritzventils gestaltet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen Einspritzventilkühlstrukturen für einen Motor und verwandte Motorsysteme und Verfahren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Während des Betriebs erzeugen Verbrennungsmotoren verschiedene Verbrennungsnebenprodukte, die in einem Abgasstrom aus dem Motor ausgestoßen werden. Zur Verringerung regulierter Emissionen können verschiedene Ansätze angewendet werden. In einigen Beispielen können Partikelemissionen reduziert werden, indem ein Nachbehandlungssystem mit einer Vorrichtung wie einem Partikelfilter in einem Abgaskanal des Motors eingesetzt wird. In einem Motorsystem können auch Turbolader verwendet werden, um den Druck von dem Motor zur Verbrennung zugeführten Luft zu erhöhen. In einem Beispiel beinhaltet der Turbolader eine Turbine, die mit einem Abgaskanal des Motors verbunden ist, wobei die Turbine einen Kompressor über eine Welle wenigstens teilweise antreibt, um den Ansaugluftdruck zu erhöhen.
Mit der Zeit kann eine Partikelbelastung des Partikelfilters so zunehmen, dass eine Regeneration des jeweiligen Filters erforderlich wird. Die Regeneration dient dazu, den Partikelfilter zu reinigen und dadurch beispielsweise einen unerwünschten Anstieg des Gegendrucks auf den Motor zu vermeiden. Ein Ansatz zum Reinigen des Partikelfilters beinhaltet das Erhöhen der Temperatur des Abgases zuströmseitig des Filters, um die Verbrennung kohlenstoffhaltiger Partikel, die sich im Filter angesammelt haben, zu fördern. In einem Beispiel kann das Erhöhen der Abgastemperatur durch eine aktive Regeneration des Filters durch Einspritzen von Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Kraftstoff, zuströmseitig des Partikelfilters erreicht werden. Um ein geeignetes Mischen der eingespritzten Kohlenwasserstoffe mit dem Abgasstrom zu erzielen, wird oft ein separater Kohlenwasserstoffmischer zwischen dem Einspritzort und dem jeweiligen Partikelfilter bereitgestellt.
Die Erfinder hiervon haben erkannt, dass, wenn ein Einspritzventil sich in einer Hochtemperaturumgebung wie einer Abgasanlage befindet, die starke Erhitzung des Einspritzventils zu einer Verkokung der Einspritzventilspitze, einer Verschlechterung des Einspritzventils und/oder einer anderen Bauteilfehlfunktion führen kann. Außerdem wird durch das Bereitstellen eines separaten Kohlenwasserstoffmischers in der Abgasanlage der erforderliche Einhäusungsraum und der konstruktionstechnische Kompliziertheitsgrad der Anlage erhöht, während gleichzeitig auch der vom Motor erfahrene Gegendruck insgesamt erhöht wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einer Ausführungsform beinhaltet eine Einspritzventilkühlstruktur daher einen Kühlkanal, der von einem Kühlmantel einer Turbine definiert wird. (Beispielweise kann die Turbine Teil eines Turboladers in einem Motorsystem sein, das einen Motor, den Turbolader und eine Abgasanlage beinhaltet). Eine Kühlbohrung befindet sich wenigstens teilweise in dem Kühlmantel, wobei die Kühlbohrung zur Aufnahme eines Düsenzapfens einer Einspritzdüse gestaltet ist. Der Kühlkanal ist zum Umwälzen von Kühlmittel zum Kühlen des Einspritzventils gestaltet. Vorteilhaft wird die Wärmeübertragung vom Turbinenabgasstrom auf den Düsenzapfen und das Einspritzventil durch Positionieren des Düsenzapfens in der Kühlbohrung reduziert, wodurch die Effizienz und Zuverlässigkeit des Einspritzventils erhöht wird.
In einer Ausführungsform kann ein Sprühende der Kühlbohrung in eine Abgaskammer der Turbine münden, damit der Düsenzapfen einen Zusatzstoff in die Abgaskammer einspritzen kann. Auf diese Weise kann die Abgaskammer der Turbine als Mischer dienen, um den Zusatzstoff im Abgasstrom zu verteilen. Dementsprechend kann durch Mischen des Zusatzstoffs in der Abgaskammer der Turbine die Gesamtlänge der Abgasrohrleitung reduziert werden. Ferner kann ein separater Mischer abströmseitig in der Abgasrohrleitung vermieden werden. Dadurch, dass ein separater Mischer eliminiert wird, kann vorteilhaft auch der von der Abgasanlage erzeugte Gegendruck insgesamt reduziert werden.
Es ist zu beachten, dass die Kurzdarstellung oben bereitgegestellt wird, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, in vereinfachter Form vorzustellen. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands bestimmen, dessen Umfang von den Ansprüchen, die der ausführlichen Beschreibung folgen, eindeutig definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausgestaltungen beschränkt, die irgendwelche der oben genannten oder in einem Teil dieser Offenbarung genannten Nachteile lösen.
ASPEKTE UND OPTIONEN
Die Erfindung betrifft eine Einspritzventilkühlstruktur, umfassend:
einen Kühlkanal, der von einem Kühlmantel einer Turbine definiert wird, und
eine wenigstens teilweise in dem Kühlmantel befindliche Kühlbohrung, wobei die Kühlbohrung zur Aufnahme
eines Düsenzapfens des Einspritzventils gestaltet ist,
wobei der Kühlkanal zum Umwälzen von Kühlmittel zum Kühlen des Einspritzventils gestaltet ist.
Die Einspritzventilkühlstruktur kann ferner eine Befestigungsnabe aufweisen, die sich von einem Eintrittsende der Kühlbohrung erstreckt, wobei die Befestigungsnabe zur Verbindung mit einem Befestigungsflansch des Einspritzventils gestaltet ist.
Die Einspritzventilkühlstruktur kann zusätzlich oder alternativ eine Befestigungsklemme aufweist, die zum lösbaren Verbinden der Befestigungsnabe mit dem Befestigungsflansch des Einspritzventils gestaltet ist, und wobei eine Verlängerung des Kühlmantels die Befestigungsklemme und die Befestigungsnabe seitlich von einer Abgaskammer der Turbine trennt.
Bei mindestens einer der vorgenannten Einspritzventilkühlstrukturen kann die Befestigungsklemme ein Band aufweisen, das zum Umgeben eines Umfangs der Befestigungsnabe und eines Umfangs des Befestigungsflanschs gestaltet ist.
Mindestens eine der vorgenannten Einspritzventilkühlstrukturen kann ferner einen Stützvorsprung aufweisen, der sich von dem Kühlmantel erstreckt, wobei der Stützvorsprung eine Nut beinhaltet, die zum Einsetzen von wenigstens dem Befestigungsflansch des Einspritzventils gestaltet ist.
Bei der vorgenannten Einspritzventilkühlstruktur kann sich wenigstens ein Teil des Stützvorsprungs seitlich neben dem Kühlkanal befindet.
Jede der vorgenannten Einspritzventilkühlstrukturen kann ferner eine Hülse aufweisen, die durch die Kühlbohrung verläuft, wobei die Hülse zur Aufnahme des Düsenzapfens des Einspritzventils gestaltet ist.
Bei jeder der vorgenannten Einspritzventilkühlstrukturen kann die Kühlbohrung ein Sprühende aufweisen, das in eine Abgaskammer der Turbine mündet, wobei das Sprühende so gestaltet ist, dass der Düsenzapfen einen Zusatzstoff in die Abgaskammer der Turbine einspritzen kann.
Bei der vorgenannten Einspritzventilkühlstruktur kann die Längsachse der Kühlbohrung zu einer Abgasströmungsrichtung in der Abgaskammer der Turbine an einer Stelle neben dem Sprühende der Kühlbohrung im Wesentlichen lotrecht angeordnet sein. Dabei kann das Sprühende der Kühlbohrung an einer Stelle in der Abgaskammer der Turbine positioniert sein, an der sich der Abgasstrom in der Abgaskammer im Wesentlichen in Richtung auf den Abgasauslass der Turbine bewegt.
Bei jeder der vorgenannten Einspritzventilkühlstrukturen kann der Kühlkanal fluidisch mit einem Kühlmittelsystem eines Motorsystems verbunden sein, um das Kühlmittel aus dem Kühlsystem zu erhalten.
Die Erfindung betrifft auch ein Motorsystem, umfassend:
ein Einspritzventil,
einen Turbolader,
einen Kühlmantel, der mit einer Turbine des Turboladers verbunden ist und einen zum Umwälzen von Kühlmittel gestalteten Kühlmantel beinhaltet, und
eine Kühlbohrung, die sich in dem Kühlmantel befindet und von dem Kühlkanal vollständig beabstandet ist, wobei die Kühlbohrung zur Aufnahme eines Düsenzapfens des Einspritzventils gestaltet ist, wobei das Einspritzventil zum Einspritzen eines Zusatzstoffs in eine Abgaskammer der Turbine gestaltet ist.
Die Kühlbohrung kann ein Sprühende beinhalten, das sich durch eine Innenwand des Kühlmantels erstreckt, wobei das Sprühende so gestaltet ist, dass der Düsenzapfen des Einspritzventils den Zusatzstoff in die Abgaskammer einspritzen kann.
Bei dem Motorsystem kann die Längsachse der Kühlbohrung zu einer Abgasströmungsrichtung in der Abgaskammer der Turbine an einer Stelle neben dem Sprühende der Kühlbohrung im Wesentlichen lotrecht ausgerichtet sein. Dabei kann das Sprühende der Kühlbohrung an einer Stelle in der Abgaskammer der Turbine positioniert sein, an der sich der Abgasstrom in der Abgaskammer im Wesentlichen in Richtung auf den Abgasauslass der Turbine bewegt.
jedes der vorgenannten Motorsysteme kann ferner Folgendes aufweisen:
eine Befestigungsnabe, die mit einem Eintrittsende der Kühlbohrung in Eingriff ist, und
eine Befestigungsklemme, die zum lösbaren Verbinden der Befestigungsnabe mit einem Befestigungsflansch des Einspritzventils gestaltet ist, und wobei eine Verlängerung des Kühlmantels die Befestigungsklemme seitlich von der Abgaskammer der Turbine trennt.
Jedes vorgenannte Motorsystem kann ferner ein Kühlmittelsystem aufweisen, das zum Kühlen der Turbine und des Einspritzventils fluidisch mit dem Kühlkanal gekoppelt ist und zum Zuführen des Kühlmittels zu dem Kühlkanal gestaltet ist, wobei das Kühlmittel ein flüssiges Kühlmittel umfasst.
Au0erdem kann jedes vorgenannte Motorsystem ferner ein Nachbehandlungssystem aufweisen, das abströmseitig der Turbine angeordnet ist und einen Partikelfilter aufweist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein an einem Einspritzventil anwendbares Verfahren, umfassend:
das Überwachen wenigstens einer Betriebsbedingung eines Motorsystems und
das Einstellen einer Menge eines von dem Einspritzventil in eine Turbine des Motorsystems eingespritzten Zusatzstoffs auf der Basis der wenigstens einen Betriebsbedingung, wobei die Turbine einen Kühlmantel beinhaltet, wobei das Einspritzventil durch eine Kühlbohrung in dem Kühlmantel verläuft.
Bei dem Verfahren kann die wenigstens eine Betriebsbedingung eine Motordrehzahl, eine Motorlast oder eine Motortemperatur umfassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird durch Lesen der folgenden Beschreibung nichtbeschränkender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die angehängten Begleitzeichnungen besser verständlich, wobei unten:
1 ein schematisches Diagramm eines Motorsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, das einen Turbolader mit einer Einspritzventilkühlstruktur beinhaltet, wobei das Motorsystem in einem Schienenfahrzeug positioniert ist,
2 eine etwa maßstabgerechte Schnittansicht einer Ausführungsform einer Einspritzventilkühlstruktur und einer Abgaskammer einer Turbine zeigt,
3 eine weitere, etwa maßstabgerechte Schnittansicht der Einspritzventilkühlstruktur und der Abgaskammer der Turbine von 2 zeigt,
4 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren für ein Einspritzventil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft verschiedene Ausführungsformen einer Einspritzventilkühlstruktur für ein Motorsystem, das einen Turbolader und ein Nachbehandlungssystem beinhaltet. In einer Ausführungsform beinhaltet die Einspritzventilkühlstruktur einen Kühlkanal, der von einem Kühlmantel einer Turbine definiert wird. Eine Kühlbohrung, die sich wenigstens teilweise in dem Kühlmantel befindet, ist zur Aufnahme eines Düsenzapfens eines Einspritzventils gestaltet. Der Kühlkanal ist zum Umwälzen von Kühlmittel zum Kühlen des Einspritzventils gestaltet (d.h. der Kühlkanal ist zum Umwälzen von Kühlmittel in ihm gestaltet). Vorteilhaft wird die Übertragung von Wärme vom Turbinenabgasstrom auf den Düsenzapfen und das Einspritzventil durch Positionieren des Düsenzapfens in der Kühlbohrung reduziert, wodurch die Effizienz und Zuverlässigkeit des Einspritzventils erhöht wird.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform beinhaltet ein Motorsystem einen Turbolader, der eine Turbine mit einem Kühlmantel hat, wobei die Turbine dafür ausgeführt ist, über Abgas von einem Motor angetrieben zu werden. Der Kühlmantel beinhaltet einen Kühlkanal, der zum Umwälzen von Kühlmittel gestaltet ist. Eine Kühlbohrung in dem Kühlmantel ist von dem Kühlkanal vollständig beabstandet und zur Aufnahme eines Düsenzapfens eines Einspritzventils gestaltet. Das Einspritzventil ist zum Einspritzen eines Zusatzstoffes in eine Abgaskammer der Turbine gestaltet. In einer derartigen Ausführungsform kann das Einspritzventil zum direkten Einspritzen von Kohlenwasserstoffen in die Abgaskammer der Turbine betrieben werden. Auf diese Weise ermöglicht das Einspritzventil ein verbessertes Mischen der Kohlenwasserstoffe mit den Abgasen zuströmseitig des Nachbehandlungssystems zur aktiven Regeneration eines Partikelfilters des Systems. Eine derartige Konfiguration kann auch die Notwendigkeit für ein separates Mischbauteil in der Abgasanlage des Motors aufheben. Ferner kann durch Verbinden der Einspritzventilbefestigungsstruktur mit dem Turbinenkühlmantel eine starke Erhitzung des Einspritzventils vermieden werden.
In einer Ausführungsform kann der Turbolader mit einem Motor in einem Fahrzeug verbunden sein. Zur Veranschaulichung von einem der Fahrzeugtypen, die Motoren haben, an denen der Turbolader angebracht sein kann, wird ein Lokomotivensystem verwendet. Zu anderen Fahrzeugtypen können andere Straßenfahrzeuge und Geländefahrzeuge als Lokomotiven oder andere Schienenfahrzeuge wie z.B. Bergbaumaschinen und Wasserfahrzeuge zählen. Andere Ausführungsformen der Erfindung können auch für Turbolader verwendet werden, die mit stationären Motoren verbunden sind. Der Motor kann ein Dieselmotor sein oder er kann einen anderen Kraftstoff oder eine andere Kraftstoffkombination verbrennen. Zu derartigen alternativen Kraftstoffen können Benzin, Kerosin, Biodiesel, Erdgas und Ethanol zählen. Geeignete Motoren können Kompressionszündung und/oder Funkenzündung verwenden.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausgestaltung eines Fahrzeugsystems 100, das hierin als eine Lokomotive oder ein anderes Schienenfahrzeug 104 abgebildet ist, das zum Betrieb über eine Vielzahl von Rädern 112 auf einer Schiene 108 gestaltet ist. Wie abgebildet, beinhaltet das Schienenfahrzeug 104 ein Motorsystem 116 mit einem Motor 120 wie einem Verbrennungsmotor. Bei einigen Ausführungsformen kann der Motor 120 ein Zweitaktmotor sein, der einen Verbrennungszyklus über eine Umdrehung (z.B. 360 Grad Drehung) einer Kurbelwelle durchführt. In anderen Ausführungsformen kann der Motor 120 ein Viertaktmotor sein, der den Verbrennungszyklus über zwei Umdrehungen (z.B. 720 Grad Drehung) der Kurbelwelle durchführt. Des Weiteren kann der Motor 120 in einigen Beispielen ein V-12-Motor mit zwölf Zylindern sein. In anderen Beispielen kann der Motor ein V-6-, V-8-, V-10-, V-16-, 4-Zylinder-Reihen-, 6-Zylinder-Reihen-, 8-Zylinder-Reihen-, 4-Zylinder-Boxermotor oder ein anderer Motorentyp sein.
Der Motor 120 erhält Ansaugluft zur Verbrennung von einem Ansaugstutzen wie einem Ansaugkrümmer 124. Der Ansaugstutzen kann eine geeignete Leitung oder Leitungen sein, durch die Gase zum Eintritt in den Motor strömen. Zum Beispiel kann der Ansaugstutzen den Ansaugkrümmer 124, einen Ansaugkanal 128 und dergleichen beinhalten. Der Ansaugkanal 128 erhält Umgebungsluft von einem Luftfilter (nicht gezeigt), der Luft von außerhalb des Schienenfahrzeugs 104 filtert. Von der Verbrennung im Motor 120 herrührendes Abgas wird einem Auspuff wie einem Abgaskanal 130 zugeführt. Der Abgaskanal kann eine beliebige geeignete Leitung sein, durch die Gase aus dem Motor strömen. Zum Beispiel kann der Auspuff einen Abgaskrümmer 136, den Abgaskanal 130 und dergleichen beinhalten. Abgas strömt durch den Abgaskanal 130 zu einem Nachbehandlungssystem 132 mit einem Partikelfilter und zu einem Endrohr des Schienenfahrzeugs 104 hinaus.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform strömt Ansaugluft durch einen Wärmetauscher wie einen Ladeluftkühler 140, um die Temperatur der Ansaugluft zu senken (z.B. kühlen), bevor sie zur Verbrennung in den Motor 120 eintritt. Der Ladeluftkühler 140 kann zum Beispiel ein Luft-Luft- oder ein Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein.
Wie in 1 abgebildet, beinhaltet das Fahrzeugsystem 100 ferner einen Turbolader 144, der zwischen dem Ansaugkanal 128 und dem Abgaskanal 130 angeordnet ist. Der Turbolader 144 erhöht die Luftaufladung aus Umgebungsluft, die in den Ansaugkanal 128 eingesaugt worden ist, um während der Verbrennung eine größere Aufladungsdichte bereitzustellen, um die Leistungsabgabe und/oder die Effizienz des Motorbetriebs zu erhöhen. Wie abgebildet, beinhaltet der Turbolader eine Turbine 148, die einen Kompressor 152 über eine Welle 156 antreibt, welche die Turbine 148 mechanisch mit dem Kompressor 152 verbindet.
Das Fahrzeugsystem 100 beinhaltet ferner einen Bypass 158 mit einem Bypasssteuerelement 160 wie einem Wastegate, das zum Einstellen des Abgasstroms um die Turbine 148 gesteuert werden kann. Durch Einstellen des Abgasstroms um (oder durch) die Turbine 148 kann die durch die Turbine aus dem Abgasstrom gewonnene Energiemenge variiert werden. Zum Beispiel ist das Bypasssteuerelement 160 funktionell mit dem Bypass 158 verbunden, so dass eine Stellung des Bypasssteuerelements 160 reguliert, wie weit der Bypass 158 zum Durchlassen von Fluid wie Abgas offen ist. Das Bypasssteuerelement 160 kann z.B. geöffnet werden, um den Abgasstrom von der Turbine 148 weg umzuleiten. So kann die Drehzahl des Kompressors 152 und somit die dem Motor 120 vom Turbolader 144 verliehene Leistungssteigerung reguliert werden. Folglich kann die vom Turbolader 144 aus dem Abgasstrom durch die Turbine 148 gewonnene Energiemenge eingestellt werden. Das Bypasssteuerelement 160 kann jedes beliebige Element sein, das zum selektiven teilweisen oder vollständigen Blockieren eines Kanals gesteuert werden kann. Zum Beispiel kann das Bypassventil ein Schieber, ein Absperrventil, ein Sitzventil, eine verstellbare Klappe oder dergleichen sein.
In andere Ausführungsformen können die Zylinder des Motors 120 in zwei Sätze unterteilt sein, wobei Abgas von einem Zylindersatz immer durch die Turbine 148 strömt und Abgas von dem zweiten Satz auf der Basis der Stellung eines Bypasssteuerelements selektiv durch die Turbine strömt.
Das Motorsystem 116 beinhaltet ferner eine Einspritzventilkühlstruktur 164, die einen Kühlmantel 166 beinhaltet, der mit einer Außenfläche der Turbine 148 verbunden ist. In einer Ausführungsform kann der Kühlmantel 166 eine Außenfläche der Turbine 148 im Wesentlichen umgeben. In weiteren Beispielen kann der Kühlmantel 166 an einem Teil oder Teilen der Außenfläche der Turbine 148 entlang verlaufen.
Eine Kühlbohrung 202 in dem Kühlmantel 166, wobei auch auf 2 und 3 Bezug genommen wird, ist zur Aufnahme des Düsenzapfens 210 eines Einspritzventils 172 zum Einspritzen eines Zusatzstoffs in die Turbine 148, der die Regeneration des Partikelfilters im nachgeschalteten Nachbehandlungssystem 132 ermöglicht, gestaltet. Der Düsenzapfen 210 beinhaltet eine Einspritzöffnung (nicht gezeigt), durch welche der Zusatzstoff eingespritzt werden kann. Der Zusatzstoff kann z.B. Dieselkraftstoff, Dieselabgasfluid wie Harnstoff und/oder andere geeignete Katalysatoren zum Erhöhen der Temperatur des Abgasstroms aufweisen, um die aktive Regeneration von im Nachbehandlungssystem 132 gefangenem Partikelmaterial zu ermöglichen.
In anderen Beispielen können im Kühlmantel 166 zwei oder mehr Kühlbohrungen und zugeordnete Einspritzventile bereitgestellt sein, um Zusatzstoffe in die Turbine 148 einzuspritzen. In noch weiteren Beispielen kann das Motorsystem 116 einen zweiten Turbolader beinhalten, um ein zweistufiges Turboladersystem zu bilden, das einen Hochdruck-Turbolader und einen Niederdruck-Turbolader beinhaltet. In derartigen Beispielen können eine oder mehrere Kühlbohrung(en) und zugeordnete Einspritzventile im Kühlmantel der Turbine im Hochdruck-Turbolader oder im Niederdruck-Turbolader vorgesehen sein. In weiteren Beispielen können eine oder mehrere Kühlbohrung(en) und zugeordnete Einspritzventile in den Kühlmänteln der Turbinen des Hochdruck-Turboladers und des Niederdruck-Turboladers vorgesehen sein.
Der Kühlmantel 166 steht mit einem Kühlmittelsystem 168 des Motorsystems 116 in Fluidkommunikation und erhält über Kühlleitung 170 Kühlmittel aus dem Kühlmittelsystem. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, steht der Kühlmantel 166 mit wenigstens einem Teil der Oberfläche der Turbine 148 in thermischem Kontakt. Auf diese Weise ermöglicht das in dem Kühlmantel 166 zirkulierende Kühlmittel die Wärmeübertragung von der Turbine und dem erhitzten Auspuff innerhalb der Turbine auf das Kühlmittel. Nach dem Durchlaufen des Kühlmantels 166 wird das Kühlmittel durch das Kühlsystem 168 geleitet, das Wärme aus dem Kühlmittel abweist (das Kühlmittel kühlt) und das gekühlte Kühlmittel zum Kühlmantel 166 zurückführt. Das Kühlmittelsystem 168 kann auch den Motor 120 und andere Bauteile des Motorsystems 116 mit Kühlmittel versorgen. In einigen Beispielen kann das Kühlmittelsystem 168 die Form eines Wärmetauschers, Kühlers, Ladeluftkühlers oder eines anderen geeigneten Bauteils haben, das die Wärmeübertragung von einem Wärmetransportfluid zu einem anderen bereitstellt.
Kühlmittel, wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein Wärmetransportfluid wie eine Flüssigkeit, ein halbflüssiges Material oder Gas. Zu Beispielen für geeignete Kühlmittel zählen Wasser, Glykol, Salzlösungen, Alkohole, Ansaugluft und Gemische aus zwei oder mehr der Vorangehenden. In einigen Ausgestaltungen werden exotischere Materialien und/oder leistungsbeeinflussende Zusatzstoffe erwogen und können Korrosionshemmer, Entschäumungsmittel, Anti-Schlamm-Mittel, Detergentien, Antigeliermittel, biozide Mittel, Leckverhütungsmittel (wie Silicate) oder Markierungsstoffe (wie Farbstoff), Frostschutzmittel (wie die oben erwähnten Glykole und Alkohole) und dergleichen beinhalten.
Das Schienenfahrzeug 104 beinhaltet einen Controller 180, der zum Steuern verschiedener, mit dem Fahrzeugsystem 100 in Beziehung stehender Bauteile konfiguriert sein kann. Zum Beispiel kann der Controller 180 zum Einstellen des Einspritzventils 172 (z.B. durch Erzeugen von (einem) Steuersignal(en), auf das/die das Einspritzventil anspricht) konfiguriert sein, um die Einspritzung von Zusatzstoff in die Turbine 148 zu steuern. Auf diese Weise kann eine Abgastemperatur abströmseitig der Turbine 148 und zuströmseitig des Nachbehandlungssystems 132 erhöht werden, so dass der Partikelfilter im Nachbehandlungssystem 132 regeneriert werden kann. Es ist zu beachten, dass der Controller 180 auch den Betrieb des Motors 120, des Kühlsystems 168, des Nachbehandlungssystems 132, des Bypasssteuerelements 160 und anderer Bauteile des Motorsystems 116 steuern kann.
In einem Beispiel beinhaltet der Controller 180 ein Computersteuersystem. Der Controller 180 beinhaltet ferner nichtflüchtige, computerlesbare Speichermedien (nicht gezeigt) mit Code zum Ermöglichen der Bordüberwachung und Bordsteuerung des Betriebs von Schienenfahrzeugen. Der Controller 180 kann, während er die Steuerung und das Management des Fahrzeugsystems 100 leitet, zum Empfangen von Signalen von verschiedenen Motorsensoren konfiguriert sein, wie hierin weiter ausgeführt wird, um Betriebsparameter und Betriebsbedingungen zu ermitteln, und verschiedene Motorstellglieder entsprechend einstellen, um den Betrieb des Schienenfahrzeugs 104 zu steuern. Zum Beispiel kann der Controller 180 Signale von diversen Motorsensoren empfangen, einschließlich u. a. Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur, Ladedruck, Umgebungsdruck, Kühlmitteltemperatur, Kühlmitteldruck, Abgastemperatur, Abgasdruck usw. Dementsprechend kann der Controller 180 das Fahrzeugsystem 100 steuern, indem er Befehle an verschiedene Bauteile wie Fahrmotoren, Lichtmaschine, Zylinderventile, Drosselklappe, Wärmetauscher, Pumpen, Bypassventile oder andere Ventile oder Strömungsregelungselemente usw. sendet.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Einspritzventilkühlstruktur 164 und eines zugeordneten Kühlmantels 166 beschrieben, die mit einer Turbine 148 eines Turboladers verbunden sind und ein Einspritzventil 172 aufnehmen, wobei jetzt auf 2 und 3 Bezug genommen wird. Die folgende Beschreibung bespricht die Einspritzkühlstruktur 164 mit dem Motorsystem 116 und damit in Beziehung stehenden Bauteilen, wie in 1 gezeigt und oben beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Einspritzventilkühlstruktur 164 auch mit anderen Motorsystemen und verwandten Bauteilen verwendet werden kann, die eine andere Konfiguration und/oder einen anderen Aufbau haben.
Die Einspritzventilkühlstruktur 164 beinhaltet einen Kühlkanal 206, der von dem Kühlmantel 166 definiert wird und fluidisch mit dem Kühlmittelsystem 168 des Motorsystems 116 verbunden ist. Auf diese Weise kann Kühlmittel in dem Kühlkanal 206 umgewälzt werden, wie von Aktionspfeilen 212 angezeigt wird. In einer Ausführungsform können der Kühlkanal 206 und der Kühlmantel 166 einen Abgasabschnitt 222 der Turbine 148 im Wesentlichen umgeben. In anderen Beispielen können der Kühlkanal 206 und der Kühlmantel 166 an einem Teil oder Teilen eines Abgasabschnitts 222 der Turbine 148 entlang verlaufen. In noch weiteren Beispielen kann der Kühlmantel 166 den Abgasabschnitt 222 im Wesentlichen umgeben, während der Kühlmantel an einem Teil oder Teilen des Abgasabschnitts 222 entlang verläuft.
Der Kühlkanal 206 kann eine Innenwand 214 beinhalten, die mit wenigstens einem Teil einer Außenwand 218 eines Abgasabschnitts 222 der Turbine 148 in Kontakt ist. Die Außenwand 218 des Abgasabschnitts 222 definiert wenigstens einen Teil einer Abgaskammer 226 des Abgasabschnitts. Die Geometrie des Abgasabschnitts 222 kann den Abgasstrom, der von Aktionspfeilen 230, 230’ angezeigt wird, zu einem Abgasauslass 234 der Turbine 148 lenken. Wie unten noch ausführlicher erläutert wird, kann ein Sprühende 238 der Kühlbohrung 202 an einer Stelle in der Abgaskammer 226 der Turbine 148 positioniert sein, an der sich der Abgasstrom 230, 230’ in der Abgaskammer im Wesentlichen in Richtung auf den Abgasauslass 234 der Turbine bewegt. Bei einem Vorteil, der in der Ausübung von einigen der hierin offenbarten Ausführungsformen realisiert werden kann, kann diese Konfiguration für ein verbessertes Mischen eines Zusatzstoffs sorgen, der von dem Einspritzventil 172 in die Abgaskammer 226 eingespritzt wird.
Die Kühlbohrung 202 der Einspritzventilkühlstruktur 164 kann sich wenigstens teilweise im Kühlmantel 116 befinden. Wie in den 2 und 3 veranschaulicht wird, beinhaltet der Kühlmantel 166 in einem Beispiel eine Verlängerung 242 mit einem oberen Teil 272 und einem unteren Teil 250, die über den Kühlkanal 206 verlaufen. In diesem Beispiel verläuft die Kühlbohrung 202 durch die Verlängerung 242 des Kühlmantels 166.
Wie oben erwähnt, kann die Geometrie des Abgasabschnitts 222 den Abgasstrom 230/230´ zu einem Abgasauslass 234 der Turbine 148 lenken. In einem Beispiel, und um vorteilhaft für ein verbessertes Mischen eines eingespritzten Zusatzstoffs mit dem Abgasstrom 230/230´ zu sorgen, kann das Sprühende 238 der Kühlbohrung 202 an einer Stelle, an der der Abgasstrom hohe Strömungsgeschwindigkeit und Gleichförmigkeit aufweist, in die Abgaskammer 226 münden. Auf diese Weise kann der von Aktionspfeilen 252 angezeigte eingespritzte Zusatzstoff und der Abgasstrom 230, 230´ ein verbessertes Mischen in der Abgaskammer 226 und im Abgaskanal 130 abströmseitig des Abgasauslasses 234 erzielen.
Um derartiges verbessertes Mischen zu erreichen, kann in einem Beispiel das Sprühende 238 der Kühlbohrung 202 neben dem Abgasauslass 234 der Turbine 148 liegen. In diesem Beispiel ist das Sprühende der Kühlbohrung an einer Stelle in der Abgaskammer der Turbine positioniert, wo der Abgasstrom in der Abgaskammer sich im Wesentlichen in Richtung auf den Abgasauslass der Turbine bewegt.
Die Kühlbohrung 202 kann auch so positioniert sein, dass eine Längsachse 246 der Kühlbohrung zu einer Richtung eines Teils des Abgasstroms 230´ in der Abgaskammer 226 an einer Stelle neben dem Sprühende 238 der Kühlbohrung im Wesentlichen lotrecht ist. Wie in 2 gezeigt wird, kann in einem Beispiel die Geometrie der Abgaskammer 226 so gestaltet sein, dass wenigstens ein Teil des Abgasstroms, der von Aktionspfeil 230´ angezeigt wird, sich im Wesentlichen an der Außenwand 218 der Abgaskammer entlang und aufwärts in Richtung auf den Abgasauslass 234 bewegt. Auf diese Weise und mit zur Richtung des Abgasstroms 230´ im Wesentlichen lotrecht positionierter Längsachse 246 der Kühlbohrung 202 kann von dem Düsenzapfen 210 entlang seiner Längsachse ausgestoßener Zusatzstoff anfänglich in einem lotrechten Winkel mit dem Abgasstrom 230´ in Eingriff kommen, um für ein besseres anfängliches Mischen des Zusatzstoffs mit dem Abgasstrom zu sorgen.
Wie in den 2 und 3 gezeigt wird, befindet sich die Kühlbohrung 202 über den unteren Teil 250 der Verlängerung 242 in thermischer Kommunikation mit dem Kühlkanal 206, um die Wärmeübertragung vom Düsenzapfen 210 und anderen Bauteilen der Einspritzventilkühlstruktur 16 auf das Kühlmittel im Kühlkanal zu ermöglichen. In dem in den 2 und 3 veranschaulichten Beispiel trennt der untere Teil 250 der Verlängerung 242 die Kühlbohrung 202 vom Kühlkanal 206. Die Kühlbohrung 202 ist so vollständig von dem Kühlkanal 206 beabstandet, so dass kein Teil der Kühlbohrung durch den Kühlkanal verläuft.
In einem Beispiel beinhaltet die Einspritzventilkühlstruktur 164 ferner eine Hülse 254, die sich in der Kühlbohrung 202 befindet und durch sie verläuft, wobei die Hülse zur Aufnahme des Düsenzapfens 210 des Einspritzventils 172 gestaltet ist. Wie in 2 gezeigt wird, beinhaltet die Hülse 254 eine Aufnahmebohrung 258, die den Düsenzapfen 210 aufnimmt und positioniert. Die Hülse 254 kann aus wärmeleitfähigem Material wie Aluminium oder Kupfer bestehen, um die Wärmeübertragung vom Düsenzapfen 210 auf den Kühlkanal 206 zu ermöglichen. In einigen Beispielen können verschiedene Hülsen mit Aufnahmebohrungen mit verschiedenen Durchmessern verwendet werden, um Einspritzventilen mit Düsenzapfen mit verschiedenen Durchmessern gerecht zu werden. In anderen Beispielen nutzt die Einspritzventilkühlstruktur 164 möglicherweise keine Hülse im Inneren der Kühlbohrung 202. Bei diesen Beispielen ist der Innendurchmesser der Kühlbohrung 202 so bemessen, dass er den Düsenzapfen 210 des Einspritzventils 172 direkt aufnimmt.
In Ausführungsformen erstreckt sich eine Befestigungsnabe 260 seitlich von einem Eintrittsende 262 der Kühlbohrung 202. Die Befestigungsnabe 260 beinhaltet eine zentrale Bohrung 264, die mit der Längsachse 246 der Kühlbohrung 202 koaxial ist und durch die der Düsenzapfen 210 sich in die Kühlbohrung erstrecken kann. Die Befestigungsnabe 260 ist zur Verbindung mit einem Befestigungsflansch 266 des Einspritzventils 172 gestaltet. In einem Beispiel kann eine Befestigungsklemme 268 zum lösbaren Verbinden der Befestigungsnabe 260 mit dem Befestigungsflansch 266 des Einspritzventils 172 gestaltet sein. Die Befestigungsklemme kann ein Band 270 beinhalten, das zum Umgeben eines Umfangs der Befestigungsnabe 260 und eines Umfangs des Befestigungsflanschs 266 des Einspritzventils 172 gestaltet ist. Vorteilhafterweise ermöglicht die Befestigungsklemme 268 es, dass das Einspritzventil 172 leicht eingebaut und zwecks Reparatur oder Austausch ausgebaut werden kann.
In der in den 2 und 3 veranschaulichten Konfiguration trennen der untere Teil 250 der Verlängerung 242 und der obere Teil 272 der Verlängerung die Befestigungsklemme 268 und die Befestigungsnabe 260 seitlich von der Abgaskammer 266 der Turbine 148. Vorteilhafterweise sind die Befestigungsklemme 268 und die Befestigungsnabe 260 bei dieser Gestaltung durch wenigstens einen Teil der Verlängerung 242 thermisch von der Abgaskammer 226 getrennt. Außerdem können der untere Teil 250 und der obere Teil 272 der Verlängerung 242 Wärme von der Befestigungsklemme 268 und der Befestigungsnabe 260 zum Kühlkanal 206 ableiten. Diese Gestaltung der Einspritzventilkühlstruktur 164 kann so die Übertragung von Wärme von der Abgaskammer 226 auf die Befestigungsklemme 268 und die Befestigungsnabe 260 verringern, wodurch die thermische Ermüdung an diesen Bauteilen, die zur Fehlfunktion und kürzerer Bauteillebensdauer führen kann, verringert wird.
Die Einspritzventilkühlstruktur 164 kann alternativ oder außerdem einen Stützvorsprung 274 beinhalten, der sich von einer Außenwand 276 des Kühlmantels 166 erstreckt. Der Stützvorsprung 274 beinhaltet eine Nut 278, die zum Einsetzen von wenigstens dem Befestigungsflansch 266 des Einspritzventils 172 gestaltet ist. Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist die Nut 278 in einem Beispiel zum Aufnehmen und Einsetzen des Befestigungsflansches 266 und der runden Befestigungsnabe 260 gestaltet, die von dem Band 270 der Befestigungsklemme 268 verbunden werden. In einer Ausführungsform befindet sich wenigstens ein Teil des Stützvorsprungs 274 seitlich neben dem Kühlkanal 206. Zum Beispiel kann sich der Stützvorsprung 274 seitlich nahe dem Kühlkanal 206 befinden, d.h. neben (in einer Richtung, die zu einer Längs- oder Mittelachse des Kühlkanals lotrecht ist) und eng genug an dem Kühlkanal für eine Wärmeübertragung von wenigstens 100 Watt (d.h. 100 J/s) zwischen dem Einspritzventil 172 und dem Kühlkanal, wenn z.B. eine Einspritzventiltemperatur 50 Grad Celsius ist und der Kühlkanal 5 Grad Celsius hat. Vorteilhaft kann der Stützvorsprung 274 bei dieser Gestaltung auch Wärme von dem Befestigungsflansch 266, der Befestigungsnabe 260 und dem Düsenzapfen 210 des Einspritzventils 172 zum Kühlkanal 206 ableiten, um die thermische Ermüdung an der Befestigungsklemme 268, der Befestigungsnabe 260 und dem Einspritzventil 172 und seinen zugeordneten Bauteilen weiter zu verringern.
In 4, auf die jetzt Bezug genommen wird, wird ein Flussdiagramm gezeigt, das eine Ausführungsform eines Verfahrens 400 für ein Einspritzventil wie das oben mit Bezug auf die 1 bis 3 beschriebene Einspritzventil 172 und Motorsystem 116 veranschaulicht. Vorteilhaft ermöglicht das Verfahren 400 die Überwachung von einer oder mehreren Betriebsbedingungen eines Motors und das Einstellen einer Menge eines Zusatzstoffs, der in eine Turbine des Motors eingespritzt wird, wobei die Turbine einen Kühlmantel und eine Kühlbohrung in dem Kühlmantel beinhaltet. Die folgende Beschreibung des Verfahrens 400 und anderer Verfahrensbeispiele, die unten beschrieben werden, wird mit Bezug auf die Bauteile und Gestaltung des beispielhaften Motorsystems 116 und der oben beschriebenen und in den 1 bis 3 gezeigten Einspritzventilkühlstruktur 164 bereitgestellt. Es ist zu beachten, dass das Verfahren 400 und die anderen unten beschriebenen Verfahrensbeispiele unter Verwendung anderer geeigneter Motoren, Bauteile und Gestaltungen auch in anderen Zusammenhängen und Umgebungen durchgeführt werden können.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren 400 an 402 das Überwachen von wenigstens einer Betriebsbedingung des Motorsystems 116. Wie oben angegeben, kann der Controller 180 Signale von verschiedenen Motorsensoren empfangen. Dementsprechend kann der Controller 180 eine oder mehrere verschiedene Motorbetriebsbedingung(en) wie Motordrehzahl 406, Motorlast 410 oder Motortemperatur 414 überwachen. Zu anderen Motorbedingungen, die überwacht werden können, zählen Ladedruck, Umgebungsdruck, Abgastemperatur, Abgasdruck, Kühlmitteltemperatur, Kühlmitteldruck usw.
An 418 und auf der Basis von wenigstens einer Betriebsbedingung, die überwacht wird, kann das Verfahren 400 das Einstellen einer Menge eines Zusatzstoffs beinhalten, der von dem Einspritzventil 172 in die Turbine 148 des Motorsystems 116 eingespritzt wird, wobei die Turbine den Kühlmantel 166 und das durch die Kühlbohrung 202 in der Kühljacke verlaufende Einspritzventil 172 beinhaltet. Zum Beispiel kann durch Überwachen von einer oder mehreren Betriebsbedingung(en) des Motorsystems 116 eine Partikelladung des Partikelfilters im Nachbehandlungssystem 132 geschätzt werden. Als ein Beispiel kann die Partikelladung auf der Basis eines Druckabfalls am Partikelfilter ermittelt werden. Als ein weiteres Beispiel kann die Partikelladung anhand eines Rußmodells auf der Basis einer abgefangenen Rußmenge und einer mit der Zeit oxidierten Rußmenge ermittelt werden. Als noch ein weiteres Beispiel kann die Partikelladung auf Basis von einem oder mehreren Rußsensoren ermittelt werden, die sich zu- oder abströmseitig des Partikelfilters befinden.
Wenn die geschätzte Partikelladung über einem Partikelladungsschwellenwert liegt, dann kann die Menge des in die Turbine 148 eingespritzten Zusatzstoffs vergrößert werden. Ein Partikelladungsschwellenwert kann eine Partikelladung sein, bei der ein Gegendruck im Abgaskanal 130 zuströmseitig des Partikelfilters zu steigen beginnt und/oder bei der die Effizienz des Motors 120 abzunehmen beginnt. Dementsprechend kann die Temperatur des Abgases durch Vergrößern der eingespritzten Zusatzstoffmenge entsprechend erhöht werden, um die Regeneration des Partikelfilters im Nachbehandlungssystem 132 zu ermöglichen.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Motorsystem. Das Motorsystem weist einen Turbolader auf, der eine Turbine hat, wobei ein Kühlmantel mit der Turbine verbunden ist. Der Kühlmantel beinhaltet einen Kühlkanal, der zum Umwälzen von Kühlmittel gestaltet ist. Eine Kühlbohrung im Kühlmantel ist vollständig von dem Kühlkanal beabstandet. Die Kühlbohrung ist zur Aufnahme eines Düsenzapfens eines Einspritzventils gestaltet, wobei das Einspritzventil zum Einspritzen eines Zusatzstoffs in eine Abgaskammer der Turbine gestaltet ist.
Eine weitere Ausführungsform betrifft einen Herstellungsartikel. Der Artikel beinhaltet eine Turbine, die einen Abgasauslass zum Ablassen eines Abgasstroms zu einem Abgaskanal hat, und ein abströmseitiges Nachbehandlungssystem mit einem Partikelfilter. Der Artikel beinhaltet ferner einen Kühlmantel, der mit der Turbine verbunden ist und einen Kühlkanal beinhaltet, der zum Umwälzen von Kühlmittel gestaltet ist, das er von einem Kühlmittelsystem erhält. Der Artikel beinhaltet ferner eine Kühlbohrung in der Kühljacke, wobei die Kühlbohrung zur Aufnahme eines Düsenzapfens eines Einspritzventils gestaltet ist. Das Einspritzventil ist zum Einspritzen eines Zusatzstoffs in eine Abgaskammer der Turbine zum Ermöglichen der Regeneration des Partikelfilters in dem Nachbehandlungssystem gestaltet.
In einer Ausführungsform wie in einer der anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kann das Nachbehandlungssystem ein System für die selektive katalytische Reduktion (SCR) sein, das einen oder mehrere SCR-Katalysator(en) beinhaltet. Die SCR-Katalysatoren können zum Beispiel ein oder mehrere als Träger verwendete keramische Materialien und eine oder mehrere aktive katalytische Komponenten wie z.B. Molybdän, Vanadium, Wolfram oder eine beliebige andere geeignete katalytische Komponente beinhalten. In einer derartigen Ausführungsform kann das Einspritzventil zur Direkteinspritzung von Zusatzstoffen in die Abgaskammer der Turbine betätigt werden. Zu derartigen Zusatzstoffen können z.B. Harnstoff, wässriges Ammoniak, wasserfreies Ammoniak oder ein beliebiges anderes geeignetes Reduktionsmittel zählen.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Motorsystem, das einen Motor und einen funktionell mit dem Motor verbundenen Turbolader umfasst. Der Turbolader weist eine Turbine und einen die Turbine wenigstens teilweise umgebenden Kühlmantel auf. Der Kühlmantel definiert einen Kühlkanal zum Erhalten eines Kühlmittels und es gibt eine Bohrung, die sich wenigstens teilweise in dem Kühlmantel befindet. Eine Befestigungsnabe ist an einem Eintrittsende der Bohrung an dem Kühlmantel angebracht und erstreckt sich aus dem Kühlmantel heraus. Das Motorsystem weist ferner ein Einspritzventil mit einem Düsenzapfen und einem Befestigungsflansch auf. Der Düsenzapfen ist in der Bohrung aufgenommen. Der Befestigungsflansch ist an der Befestigungsnabe in Anlage und das Motorsystem weist ferner eine Befestigungsklemme auf, welche die Befestigungsnabe lösbar mit dem Befestigungsflansch des Einspritzventils verbindet. Im Betrieb wird zum Kühlen des Einspritzventils Kühlmittel durch den Kühlkanal umgewälzt. Das Einspritzventil wird zum Einspritzen eines Zusatzstoffs in eine Abgaskammer der Turbine gesteuert.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Motorsystem, das einen Motor und einen funktionell mit dem Motor verbundenen Turbolader umfasst. Der Turbolader weist eine Turbine auf, die eine Turbinenwand hat, die wenigstens teilweise eine Abgaskammer definiert (zum Beispiel kann ein drehbares Laufrad mit der Abgaskammer eingebaut sein, so dass durch die Abgaskammer hindurchströmendes Abgas auf es wirkt). Die Turbine weist ferner einen Kühlmantel auf, der an der Turbinenwand in Anlage oder anderweitig mit der Turbinenwand in thermischer Verbindung ist. Der Kühlmantel definiert einen Kühlkanal zum Aufnehmen eines Kühlmittels. Eine Bohrung, die von dem Kühlkanal beabstandet, aber in thermischer Verbindung mit ihm ist (d.h. Wärme kann von der Bohrung auf den Kühlkanal übertragen werden), verläuft von einem Eintrittsende zu einem Sprühende durch den Kühlmantel, das Sprühende mündet in die Abgaskammer. Eine Befestigungsnabe ist am Eintrittsende der Bohrung an dem Kühlmantel angebracht und erstreckt sich aus dem Kühlmantel heraus. Das Motorsystem weist ferner eine Einspritzdüse mit einem Düsenzapfen und einem Befestigungsflansch auf. Der Düsenzapfen ist in der Bohrung aufgenommen und beinhaltet eine Einspritzöffnung, die fluidisch mit der Abgaskammer verbunden ist, so dass ein von dem Einspritzventil durch den Düsenzapfen und zur Einspritzöffnung hinaus eingespritzter Zusatzstoff in die Abgaskammer eintritt. Der Befestigungsflansch ist an der Befestigungsnabe in Anlage und das Motorsystem weist ferner eine Befestigungsklemme auf, welche die Befestigungsnabe lösbar mit dem Befestigungsflansch des Einspritzventils verbindet. Das Motorsystem weist ferner ein Kühlsystem auf, das fluidisch mit dem Kühlkanal verbunden ist. Im Betrieb wird zum Kühlen von wenigstens dem Düsenzapfen des Einspritzventils flüssiges Kühlmittel von dem Kühlsystem durch den Kühlkanal umgewälzt. Das Einspritzventil wird zum Einspritzen eines Zusatzstoffs in eine Abgaskammer der Turbine gesteuert. Die Begriffe „Hochdruck” und „Niederdruck”, wie sie in der Beschreibung oben verwendet werden, sind relativ und bedeuten, dass „Hoch”-Druck ein höherer Druck als ein „Nieder”-Druck ist. Umgekehrt ist ein „Nieder”-Druck ein niedrigerer Druck als ein „Hoch”-Druck. Außerdem ist ein Element oder Schritt, das/der im Singular vorgetragen wird und dem das Wort „ein” oder „eine” vorangestellt ist, so zu verstehen, dass es den Plural der genannten Elemente oder Schritte nicht ausschließt, es sei denn, ein derartiger Ausschluss ist ausdrücklich angegeben. Es ist nicht vorgesehen, dass die Bezugnahme auf „eine Ausführungsform” oder „eine einzelne Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung das Vorhandensein zusätzlicher Ausführungsformen, die ebenfalls die vorgetragenen Merkmale beinhalten, ausschließt. Darüber hinaus, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, können Ausführungsformen, die ein Element oder eine Vielzahl von Elementen mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen”, „beinhalten” oder „haben”, zusätzliche derartige Elemente beinhalten, die diese Eigenschaft nicht besitzen. Die Begriffe „die Folgendes beinhalten“ und „bei der/dem/denen“ werden als Äquivalente in einfacher Sprache der Begriffe „umfassend” bzw. „wobei” verwendet.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der Erfindung, einschließlich der besten Art der Ausführung, und auch, um einer Durchschnittsfachperson die Ausübung der Erfindung zu ermöglichen, einschließlich der Herstellung und Benutzung jedweder Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung eingebundener Verfahren. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann weitere Beispiele beinhalten, die Durchschnittsfachpersonen einfallen werden. Es ist vorgesehen, dass derartige weitere Beispiele in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von den wörtlichen Sprachen der Ansprüche beinhalten.
Es sind diverse Einspritzventilkühlstrukturen und verwandte Motorsysteme und Verfahren vorgesehen. In einem Beispiel beinhaltet eine Einspritzventilkühlstruktur einen Kühlkanal, der von einem Kühlmantel einer Turbine definiert wird. Eine Kühlbohrung ist wenigstens teilweise in dem Kühlmantel bereitgestellt, wobei die Kühlbohrung zur Aufnahme eines Düsenzapfens eines Einspritzventils gestaltet ist. Der Kühlkanal ist zum Umwälzen von Kühlmittel zum Kühlen des Einspritzventils gestaltet.

Claims

Einspritzventilkühlstruktur, umfassend: einen Kühlkanal, der von einem Kühlmantel einer Turbine definiert wird, und eine wenigstens teilweise in dem Kühlmantel befindliche Kühlbohrung, wobei die Kühlbohrung zur Aufnahme eines Düsenzapfens des Einspritzventils gestaltet ist, wobei der Kühlkanal zum Umwälzen von Kühlmittel zum Kühlen des Einspritzventils gestaltet ist.
Einspritzventilkühlstruktur nach Anspruch 1, die ferner eine Befestigungsnabe aufweist, die sich von einem Eintrittsende der Kühlbohrung erstreckt, wobei die Befestigungsnabe zur Verbindung mit einem Befestigungsflansch des Einspritzventils gestaltet ist.
Einspritzventilkühlstruktur nach Anspruch 2, die ferner eine Befestigungsklemme aufweist, die zum lösbaren Verbinden der Befestigungsnabe mit dem Befestigungsflansch des Einspritzventils gestaltet ist, und wobei eine Verlängerung des Kühlmantels die Befestigungsklemme und die Befestigungsnabe seitlich von einer Abgaskammer der Turbine trennt.
Einspritzventilkühlstruktur nach Anspruch 2, die ferner einen Stützvorsprung aufweist, der sich von dem Kühlmantel erstreckt, wobei der Stützvorsprung eine Nut beinhaltet, die zum Einsetzen von wenigstens dem Befestigungsflansch des Einspritzventils gestaltet ist.
Einspritzventilkühlstruktur nach Anspruch 1, die ferner eine Hülse aufweist, die durch die Kühlbohrung verläuft, wobei die Hülse zur Aufnahme des Düsenzapfens des Einspritzventils gestaltet ist.
Einspritzventilkühlstruktur nach Anspruch 1, wobei die Kühlbohrung ein Sprühende beinhaltet, das in eine Abgaskammer der Turbine mündet, wobei das Sprühende so gestaltet ist, dass der Düsenzapfen einen Zusatzstoff in die Abgaskammer der Turbine einspritzen kann.
Einspritzventilkühlstruktur nach Anspruch 6, wobei eine Längsachse der Kühlbohrung zu einer Abgasströmungsrichtung in der Abgaskammer der Turbine an einer Stelle neben dem Sprühende der Kühlbohrung im Wesentlichen lotrecht ist und/oder wobei das Sprühende der Kühlbohrung an einer Stelle in der Abgaskammer der Turbine positioniert ist, an der sich der Abgasstrom in der Abgaskammer im Wesentlichen in Richtung auf den Abgasauslass der Turbine bewegt.
Motorsystem, umfassend: ein Einspritzventil, einen Turbolader, einen Kühlmantel, der mit einer Turbine des Turboladers verbunden ist und einen zum Umwälzen von Kühlmittel gestalteten Kühlmantel beinhaltet, und eine Kühlbohrung, die sich in dem Kühlmantel befindet und von dem Kühlkanal vollständig beabstandet ist, wobei die Kühlbohrung zur Aufnahme eines Düsenzapfens des Einspritzventils gestaltet ist, wobei das Einspritzventil zum Einspritzen eines Zusatzstoffs in eine Abgaskammer der Turbine gestaltet ist.
Motorsystem nach Anspruch 78, mit einem Injektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren für ein Einspritzventil, umfassend: das Überwachen wenigstens einer Betriebsbedingung eines Motorsystems und das Einstellen einer Menge eines von dem Einspritzventil in eine Turbine des Motorsystems eingespritzten Zusatzstoffs auf der Basis der wenigstens einen Betriebsbedingung, wobei die Turbine einen Kühlmantel beinhaltet, wobei das Einspritzventil durch eine Kühlbohrung in dem Kühlmantel verläuft.