DE102017100203A1

DE102017100203A1 - Mehrlochkraftstoffeinspritzventil mit sequenzieller kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE102017100203A1
Application number: DE102017100203.0A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2017-07-20
Also published as: RU2016150122A; CN106979112A; RU2016150122A3; CN106979112B; RU2686359C2; US20170204826A1; US9964088B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zur Kraftstoffdirekteinspritzung bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst ein Kraftstoffeinspritzventilsystem eine Einspritzventilnadel mit einem Einspritzventilzapfen mit einem gekrümmten Kraftstoffkanal um den Außenumfang des Einspritzventilzapfens herum, der entlang der Länge des gekrümmten Kraftstoffkanals mit einem Kraftstoffbehälter in dem Einspritzventilzapfen strömungsverbunden ist. Ein mit der Einspritzventilnadel gekoppelter Aktuator kann die Einspritzventilnadel zur Herstellung einer Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem oder mehreren Düsenlöchern des Kraftstoffeinspritzventils bei jeder Position, wobei Kraftstoff lediglich aus diesen Düsenlöchern abgegeben wird, wodurch eine Kraftstoffstrahleninteraktion auf ein Minimum reduziert wird, sequenziell bewegen und positionieren.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Systeme zum Steuern von Kraftstoffdirekteinspritzung in einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.
Hintergrund / Kurzdarstellung
Verbrennungsmotoren können Kraftstoffdirekteinspritzung verwenden, wobei eine präzise gesteuerte Menge an Kraftstoff unter Hochdruck in jeden Motorzylinder eingespritzt wird, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad und die Leistungsabgabe des Motors verbessert werden. Bei herkömmlichen Kraftstoffdirekteinspritzventilen können die Kraftstoffeinspritzventildüsenlochkonfiguration und -geometrie Verbrennungseigenschaften regulieren und Fahrzeugemissionen beeinflussen. Der Kraftstoff wird in der Regel von einem Sack an der Spitze der Kraftstoffeinspritzventilnadel durch mehrere Löcher, die verschiedenartig zur Erhöhung der Zerstäubung und Verbesserung der Luft-Kraftstoff-Vermischung konfiguriert sind, in den Motorzylinder eingespritzt.
Ein beispielhafter Ansatz zur Verbesserung der Luft-Kraftstoff-Vermischung mit einem Direkteinspritzventil wird durch die WO 2004053326 gezeigt. Dort umfasst eine Kraftstoffeinspritzventildüse mehrere Düsenlöcher und eine frei bewegliche Kugel, die in einem Kraftstoffdralldurchgang in der Kraftstoffdüse positioniert ist. Der durch eine Einspritzventilnadel erzeugte Drall, der die frei bewegliche Kugel dahingehend herumwirbelt, Löcher in der Kraftstoffeinspritzventildüse zu sperren, steuert die Kraftstoffeinspritzung durch die Löcher der Kraftstoffeinspritzventildüse.
Die vorliegenden Erfinder haben jedoch einige Probleme mit dem obigen Ansatz erkannt. Beispielsweise kann die Position der frei beweglichen Kugel in dem Kraftstoffdralldurchgang möglicherweise nicht präzise dahingehend gesteuert werden, spezielle Düsenlöcher zu schließen oder zu öffnen, wodurch es zu einem willkürlichen Kraftstoffstrahlenmuster durch die Düsenlöcher kommt, das zu einer Kraftstoffstrahleninteraktion führen kann. Darüber hinaus kann die willkürliche Positionierung der frei beweglichen Kugel zum Sperren von Kraftstoffstrahlen durch die Düsenlöcher dazu führen, dass einige Düsenlöcher mehr als andere Düsenlöcher verwendet werden, was zu einer längeren Kraftstoffeindringung und verschlechterten Emissionen führen kann.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein Kraftstoffeinspritzventilsystem angegangen werden, das einen Einspritzventilkörper mit mehreren Düsenlöchern und eine Einspritzventilnadel, die mit einem Einspritzventilzapfen gekoppelt ist, umfasst. Der Einspritzventilzapfen umfasst einen gekrümmten Kraftstoffkanal in Strömungsverbindung mit einem Kraftstoffbehälter in dem Einspritzventilzapfen. Die Einspritzventilnadel und der Einspritzventilzapfen sind in dem Einspritzventilkörper untergebracht, und der gekrümmte Kraftstoffkanal ist zur Strömungsverbindung mit den mehreren Düsenlöchern, wenn die Einspritzventilnadel betätigt wird, konfiguriert.
Als ein Beispiel kann ein mit der Nadel gekoppelter Aktuator dahingehend aktiviert werden, die Nadel nach unten zu drücken, wodurch der Zapfen durch mehrere Positionen hindurch nach unten bewegt wird. Bei jeder Position ist bzw. sind ein oder mehrere spezielle Kraftstoffeinspritzventildüsenlöcher über den gekrümmten Kraftstoffkanal mit dem Kraftstoffbehälter strömungsgekoppelt, während alle anderen Düsenlöcher gesperrt sind. Auf diese Weise spritzt bei Bewegung des Zapfens nach unten jeder Satz Düsenlöcher Kraftstoff ein. Die Düsenlöcher und die Krümmung des Kraftstoffkanals können derart angeordnet sein, dass benachbarte Düsenlöcher nicht gleichzeitig Kraftstoff einspritzen, wodurch eine Interaktion zwischen Kraftstoffstrahlen von benachbarten Düsenlöchern vermieden wird. Dadurch kann die Anzahl an Düsenlöchern erhöht werden und die Strahlzerstäubung kann verbessert werden, während die Strahleindringtiefe reduziert wird, wodurch die Kraftstoffvermischung gefördert und der Verbrennungswirkungsgrad erhöht wird.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang einzig durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil der vorliegenden Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Abbildung eines Verbrennungsmotors.
2 zeigt ein Beispiel einer in dem Motor von 1 verwendeten Kraftstoffdirekteinspritzventilanordnung in einer deaktivierten Position.
3 stellt eine Einspritzventilnadel mit einem Einspritzventilzapfen dar, der einen gekrümmten Kraftstoffkanal um einen Außendurchmesser des Einspritzventilnadelzapfens herum aufweist.
4 zeigt eine Ansicht einer umgedrehten Einspritzventildüse mit sechzehn Düsenlöchern, die radial um eine Mittelkammer des Kraftstoffeinspritzventils von 2 herum angeordnet sind.
5 zeigt die Kraftstoffdirekteinspritzventilanordnung von 2 in einer zweiten Position.
6 zeigt die Kraftstoffdirekteinspritzventilanordnung von 2 in einer sechsten Position.
7 zeigt die Kraftstoffdirekteinspritzventilanordnung von 2 in einer zehnten Position.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben der Kraftstoffdirekteinspritzventilanordnung von 2 zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffdirekteinspritzventils, das in einen Motor gemäß der Darstellung in 1 integriert sein kann. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung mit mehreren Düsenlöchern und einer Einspritzventilnadel mit einem gekrümmten Kraftstoffkanal. Die sequenzielle Positionierung der Einspritzventilnadel kann den Kraftstoffkanal mit einem speziellen Düsenloch strömungsverbinden, wodurch eine Kraftstoffeinspritzung durch dieses Düsenloch ermöglicht wird. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Einspritzventilnadel mit dem gekrümmten Kraftstoffkanal, und 4 zeigt die Kraftstoffeinspritzventildüsenlöcher. Die Position der Einspritzventilnadel wird durch einen Aktuator und durch mit der Einspritzventilnadel gekoppelte Haltefedern reguliert. In 2 befindet sich die Kraftstoffeinspritzventilanordnung in einer deaktivierten Position. In 5, 6 und 7 befindet sich die Kraftstoffeinspritzventilanordnung in einer zweiten, einer sechsten bzw. einer zehnten aktivierten Position. Eine Motorsteuerung kann Steuersignale zu einem mit einer Nadel des Kraftstoffdirekteinspritzventils gekoppelten elektrischen Aktuator zur Einstellung der Position der Düse und des zugehörigen Zapfens gemäß der Darstellung in 2 und 5–7 senden. Die Steuerung kann eine Steuerroutine, wie z. B. die beispielhafte Routine von 8, zur Überführung der Düse aus einer deaktivierten Standardstellung, in der alle Einspritzventildüsenlöcher geschlossen sind, zum sequenziellen Positionieren der Einspritzventilnadel dort, wo spezielle Einspritzventildüsenlöcher Kraftstoff einspritzen, durchführen. 8 stellt ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff durch die in 2–7 beschriebene Kraftstoffeinspritzventilanordnung dar.
Mit Bezug auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, der mehrere Zylinder umfasst, wobei einer der Zylinder in 1 gezeigt wird, durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 umfasst eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32, wobei ein Kolben 36 darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Ein Schwungrad 97 und ein Zahnkranz 99 sind mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt. Ein Anlasser 96 umfasst eine Ritzelwelle 98 und ein Ritzel 95. Die Ritzelwelle 98 kann das Ritzel 95 zum Eingriff mit dem Zahnkranz 99 selektiv vorrücken. Der Anlasser 96 kann direkt an der Vorderseite des Motors oder der Rückseite des Motors befestigt sein. Bei einigen Beispielen kann der Anlasser 96 der Kurbelwelle 40 über einen Riemen oder eine Kette selektiv Drehmoment zuführen. In einem Beispiel befindet sich der Anlasser 96 in einem deaktivierten Zustand, wenn er nicht mit der Kurbelwelle des Motors in Eingriff steht. In der Darstellung steht die Brennkammer 30 über ein Einlassventil 52 und Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 bzw. einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
In der Darstellung ist ein Kraftstoffdirekteinspritzventil 66 dahingehend positioniert, Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einzuspritzen, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 führt flüssigen Kraftstoff im Verhältnis zu einer Spannungsimpulsbreite oder einer Kraftstoffeinspritzventilimpulsbreite eines Signals von der Steuerung 12 zu. Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt), das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffverteilerleitung (nicht gezeigt) umfasst, zugeführt. Darüber hinaus steht der Einlasskrümmer 44 in der Darstellung mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung, die eine Position der Drosselklappenplatte 64 dahingehend einstellt, einen Luftstrom vom Lufteinlass 42 zum Einlasskrümmer 44 zu steuern. Eine verteilerlose Zündanlage 88 liefert als Reaktion auf die Steuerung 12 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken zur Brennkammer 30. In der Darstellung ist eine UEGO-Sonde 126 stromaufwärts eines Katalysators 70 mit dem Auslasskrümmer 48 gekoppelt. Als Alternative dazu kann anstelle der UEGO-Sonde 126 eine Zweizustands-Lambdasonde eingesetzt werden.
Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysator-Bricks umfassen. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungsvorrichtungen, jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwege-Katalysator sein.
In der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit (CPU) 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, einen Nurlesespeicher (ROM) 106 (zum Beispiel einen nichtflüchtigen Speicher), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen herkömmlichen Datenbus umfasst. Die Steuerung 12 empfängt in der Darstellung neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, darunter die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem an die Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen mit einem Fahrpedal 130 gekoppelten Positionssensor 134 zur Erfassung der durch den Fuß 132 angelegte Kraft; einen mit einem Bremspedal 150 gekoppelten Positionssensor 154 zur Erfassung der durch den Fuß 152 angelegten Kraft; eine Messung eines Einlasskrümmerdrucks (MAP) von dem mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 122; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung der in dem Motor eintretenden Luftmasse vom Sensor 120; und eine Messung der Drosselklappenstellung vom Sensor 58. Es kann auch Barometerdruck zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Bei einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen, aus denen die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
Bei einigen Beispielen kann der Motor mit einem Elektromotor/Batterie-System in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Ferner können in einigen Beispielen andere Motorkonfigurationen eingesetzt werden, beispielsweise ein Dieselmotor mit mehreren Kraftstoffeinspritzventilen. Ferner kann die Steuerung 12 Zustände, wie z. B. eine Verschlechterung von Komponenten, zu einer Leuchte oder alternativ dazu einem Anzeigefeld 171 kommunizieren.
Im Betrieb erfährt jeder Zylinder in dem Motor 10 in der Regel einen Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Während des Ansaughubs schließt sich allgemein das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Brennkammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird in der Regel von dem Fachmann als unterer Totpunkt (uT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 an seinem Hubende befindet und der am nächsten zum Zylinderkopf liegt (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (oT) bezeichnet. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch ein bekanntes Zündmittel, wie zum Beispiel eine Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 36 zum uT zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum oT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges lediglich als Beispiel gezeigt wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern.
Wie oben erläutert wird, kann ein Kraftstoffdirekteinspritzventil dazu verwendet werden, einem Zylinder eines Motors Kraftstoff direkt zuzuführen, wie in 1 gezeigt wird. Zur Erhöhung der Zerstäubung des Kraftstoffes können Direkteinspritzventile mehrere Löcher umfassen, durch die der Kraftstoff zugeführt wird. Da der Kraftstoff dem Direkteinspritzventil unter hohem Druck zugeführt wird, wird der Kraftstoff in der Regel mit einer relativ hohen Kraft von dem Direkteinspritzventil eingespritzt. Dies kann während der Abgabe des Kraftstoffs durch mehrere Einspritzventillöcher eine Kraftstoffstrahleninteraktion verursachen, was zu einer reduzierten Kraftstoffstrahlzerstäubung führt, wodurch letztlich Emissionen beeinträchtigt werden können. Gemäß im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen kann ein Kraftstoffeinspritzventil eine Einspritzventilnadel aufweisen, die zur sequenziellen Bewegung durch mehrere Positionen hindurch konfiguriert ist, wobei bei jeder Position Kraftstoff durch lediglich eine oder zwei spezifische Düsenlöcher eines Mehrlochdüseneinspritzventils eingespritzt wird, wodurch eine Kraftstoffstrahleninteraktion beseitigt wird.
Mit Bezug auf 2 wird ein Beispiel einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 in einem Motorzylinder 208 dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 kann ein nicht einschränkendes Beispiel des Einspritzventils 66 von 1 sein. Die Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 umfasst einen Einspritzventilkörper 206, in dem eine Einspritzventilnadel 205 mit einem Einspritzventilzapfen 210 entlang einer Längsachse 203 des Einspritzventilkörpers 206 (die auch als eine Mittelachse des Einspritzventilkörpers bezeichnet wird) beweglich untergebracht ist. In dem Einspritzventilkörper 206 ist auch ein Kraftstoffdurchgang 220 untergebracht, der mit einer Kraftstoffzufuhr (z. B. einer Hochdruck-Kraftstoffverteilerleitung, Kraftstoffzufuhrleitung(en), Kraftstoffpumpe(n) und einem Kraftstofftank) gekoppelt ist. Ein Aktuator 202 kann mit der Einspritzventilnadel 205 gekoppelt sein. Bei dem Aktuator 202 kann es sich um einen elektrischen Aktuator handeln. In anderen Beispielen kann das Kraftstoffeinspritzventil durch andere Aktuatoren, wie z. B. elektromagnetisch, piezoelektrisch, hydraulisch usw., betätigt werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In dem in 2 dargestellten Beispiel ist die Längsachse 203 der Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 senkrecht zu einer Querachse 201 des Zylinders 208 und des Einspritzventilkörpers. Jedoch kann das Einspritzventil in anderen Beispielen in einem anderen Winkel zur Querachse des Zylinders positioniert sein. Die Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 umfasst ein Basisende 211, das in dem Zylinder 208 positioniert ist, in den der Kraftstoff eingespritzt werden kann. Die Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 umfasst des Weiteren ein Kopfende 209 gegenüber dem Basisende 211.
Der Kraftstoffeinspritzventilkörper 206 umfasst einen Mitteldurchgang 207, der mit einer Mittelkammer 215 verbunden ist, in der die Kraftstoffeinspritzventilnadel 205 mit dem Kraftstoffeinspritzventilzapfen 210 untergebracht ist, wie in 2 dargestellt wird. Die Kraftstoffeinspritzventilnadel 205 zusammen mit dem Kraftstoffeinspritzventilzapfen 210 ist in einer Abwärtsrichtung oder in einer Aufwärtsrichtung in dem Mitteldurchgang 207 und der Mittelkammer 215 des Einspritzventilkörpers 206 beweglich. Die Kraftstoffeinspritzventilnadel 205 ist auch mit einem Paar Haltefedern 213 gekoppelt. Jede mit der Einspritzventilnadel 205 gekoppelte Haltefeder 213 kann auf eine Fläche in dem Mitteldurchgang 207 des Einspritzventilkörpers 206 eingesetzt und daran verankert sein und wirkt dahingehend, die Einspritzventilnadel 205 in einer Aufwärtsrichtung entlang der Längsachse 203 (z. B. von dem Zylinder 208 weg) vorzuspannen. Der Aktuator 202 kann die Nadel 205 entlang der Längsachse 203 in einer Abwärtsrichtung (z. B. zu dem Zylinder 208 hin) entgegen der Kraft der Federn bewegen. Eine an der Oberseite der Kraftstoffeinspritzventilnadel 205 angebrachte Anschlagführung 218 kann die Abwärtsbewegung der Einspritzventilnadel beschränken, wenn die Anschlagführung 218 mit dem Einspritzventilkörper 206 in Flächenkontakt steht, wie im Folgenden mit Bezug auf 7 beschrieben wird.
Die Kraftstoffeinspritzventilnadel 205 mit dem Kraftstoffeinspritzventilzapfen 210 kann in dem Mitteldurchgang 207 und der Mittelkammer 215 untergebracht sein. Der Einspritzventilzapfen 210 kann mit der Innenfläche der Mittelkammer 215 in Flächenkontakt stehen, wenn sich der Einspritzventilzapfen 210 zusammen mit der Einspritzventilnadel 205 entlang der Längsachse 203 nach unten oder oben bewegt. Der Einspritzventilzapfen 210 kann zylinderförmig sein und kann einen Kraftstoffbehälter 212 und einen gekrümmten Kraftstoffkanal 204 um den Umfang der Außenfläche des Kraftstoffeinspritzventilzapfens 210 herum umfassen, wie in einer schematischen Darstellung 300 in 3 dargestellt wird. Der Kraftstoffbehälter 212 kann mit dem Kraftstoffdurchgang 220 in dem Einspritzventilkörper 206 verbunden sein, wobei der Kraftstoffdurchgang 220 mit einem Hochdruck-Kraftstoffsystem strömungsgekoppelt sein kann. Der Kraftstoffbehälter 212 kann mit dem gekrümmten Kraftstoffkanal 204 entlang der Länge des gekrümmten Kraftstoffkanals 204 in Strömungsverbindung stehen. Der gekrümmte Kraftstoffkanal 204 kann entlang der Länge des gekrümmten Strömungskanals zu der Mittelkammer 215 hin strömungsoffen sein. In einem Beispiel kann der gekrümmte Kraftstoffkanal eine Öffnung in der Wand des Zapfens, die um den gesamten Zapfen herum verläuft, umfassen. Ein enger Flächenkontakt zwischen dem Einspritzventilzapfen 210 und der Innenwand der Mittelkammer 215 kann ein Austreten von Kraftstoff aus dem gekrümmten Kraftstoffkanal 204 in die Mittelkammer 215 verhindern.
Mit Bezug auf 3 kann der gekrümmte Kraftstoffkanal 204 von einer hohen Ebene 250 zu einer niedrigeren Ebene 252 entlang der Außenfläche des Einspritzventilzapfens 210 gekrümmt sein. Die Krümmung des Kraftstoffkanals von der hohen Ebene 250 zur niedrigen Ebene 252 kann beidseits der hohen Ebene 250 symmetrisch sein, wobei der gekrümmte Kraftstoffkanal 204 die Außenfläche des Einspritzventilzapfens 210 symmetrisch umgeben kann. Die relative Positionierung der hohen Ebene 250 und der niedrigen Ebene 252 am Einspritzventilzapfen 210 kann die Krümmung/Neigung des gekrümmten Kraftstoffkanals 204, der den Einspritzventilzapfen 210 umgibt, bestimmen. Der gekrümmte Kraftstoffkanal 204 kann um den gesamten Zapfen herum gekrümmt sein, z. B. kann er sich 360 Grad um die Umfangsfläche des Zapfens herum krümmen. Der gekrümmte Kraftstoffkanal kann einen ersten Symmetriepunkt auf der hohen Ebene 250 aufweisen, der die maximale vertikale Verschiebung des gekrümmten Kraftstoffkanals bezüglich der Unterseite des Zapfens darstellt. Der gekrümmte Kraftstoffkanal kann einen zweiten Symmetriepunkt auf der niedrigen Ebene 252 aufweisen, der die minimale vertikale Verschiebung des gekrümmten Kraftstoffkanals bezüglich der Unterseite des Zapfens darstellt, und die maximale und die minimale vertikale Verschiebung können verschieden sein. Der gekrümmte Kraftstoffkanal kann bezüglich einer Querachse des Einspritzventilzapfens abgewinkelt sein, wie in 3 gezeigt wird, die niedrige Ebene 252 kann zur Querachse parallel sein, und bei der niedrigen Ebene kann der Kraftstoffkanal in einem Winkel, der über null liegt, wie z. B. einem Winkel von 15–30 Grad, abgewinkelt sein. Der gekrümmte Kraftstoffkanal kann eine erste Hälfte, von dem ersten Symmetriepunkt zu dem zweiten Symmetriepunkt, umfassen, die als eine halbe Windung einer Spirale in einer Abwärtsrichtung geformt ist. Der gekrümmte Kraftstoffkanal kann eine zweite Hälfte, von dem zweiten Symmetriepunkt zurück zu dem ersten Symmetriepunkt, umfassen, die als eine halbe Windung einer Spirale in einer Aufwärtsrichtung geformt ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 umfasst der Kraftstoffeinspritzventilkörper 206 eine Einspritzventildüsenbasis 219 an dem Basisende 211 des Kraftstoffeinspritzventils. Ein Nadelsitz 216 kann von der Einspritzventildüsenbasis 219 in die Mittelkammer 215 vorstehen. Der Nadel 216 kann mit dem Einspritzventilzapfen 210, der in der Mittelkammer 215 untergebracht ist, in Flächenkontakt kommen. Mehrere Düsenlöcher verbinden die Mittelkammer 215 des Kraftstoffeinspritzventils mit der Außenseite des Kraftstoffeinspritzventilkörpers 206. 4 zeigt eine schematische Darstellung des umgedrehten Kraftstoffeinspritzventilkörpers 206 mit sechzehn Düsenlöchern, 230–245, die die Mittelkammer 215 mit der Außenseite des Kraftstoffeinspritzventilkörpers 206 strömungsverbinden. Die sechzehn Düsenlöcher 230–245 können radial um die Mittelkammer 215 herum angeordnet sein. In anderen Beispielen können mehr als sechzehn oder weniger als sechzehn Düsenlöcher vorliegen. Die Verteilung der Düsenlöcher um die Mittelkammer 215 herum kann symmetrisch mit gleichem Abstand zwischen jedem der aufeinanderfolgenden Düsenlöcher sein. In einem anderen Beispiel kann die Anordnung von Düsenlöchern um die Mittelkammer herum nicht symmetrisch sein. Die Düsenlöcher können durch den Einspritzventilkörper 206 in einem Winkel zur Längsachse 203 hindurchgehen, beispielsweise können sich die Düsenlöcher 230 und 238 in einem Winkel von 60° zur Längsachse 203 befinden. Die Düsenlöcher 230–245 können gemäß der Darstellung in einer einzigen vertikalen Ebene angeordnet sein. Die Düsenlöcher können jedoch in anderen Beispielen in zwei oder mehr vertikalen Ebenen angeordnet sein.
2 zeigt die Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 in einer deaktivierten ersten Position (in der keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt), wobei der Aktuator 202 nicht aktiviert ist und die Haltefedern 213 die Einspritzventilnadel 205 nach oben vorspannen. Der Einspritzventilzapfen 210 steht nicht mit dem Einspritzventilnadelsitz 216 in Flächenkontakt, und der gekrümmte Kraftstoffkanal 204 steht nicht mit einem der Düsenlöcher der sechzehn Düsenlöcher 230–245 des Kraftstoffeinspritzventils (in 4 dargestellt) in Strömungsverbindung, einschließlich keiner Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und den Düsenlöchern 230 und 238, wie in 2 dargestellt wird. Entsprechend wird ein Austreten von Kraftstoff durch den gekrümmten Kraftstoffkanal 204 zu einem der Düsenlöcher 230–245 gesperrt und es erfolgt keine Kraftstoffeinspritzung.
5 zeigt die Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 in einer zweiten Position 500, wobei der Aktuator 202 aktiviert ist und die Einspritzventilnadel 205 und den Einspritzventilzapfen 210 entgegen der Kraft der Haltefedern 213 nach unten (z. B. zu dem Zylinder hin) bewegt. Der Einspritzventilzapfen 210 bewegt sich innerhalb der Mittelkammer 215, die den gekrümmten Kraftstoffkanal 204 mit dem Düsenloch 230 strömungsverbindet, nach unten, wodurch ein Hochdruck-Kraftstoffstrom von dem Kraftstoffbehälter 212 des Zapfens 210, durch den gekrümmten Kraftstoffkanal 204 und durch das Düsenloch 230 zur Außenseite des Einspritzventilkörpers und in den Zylinder 208 erzeugt wird. In der zweiten Position ist eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und allen anderen Düsenlöchern gesperrt (z. B. eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt lediglich durch das Düsenloch 230).
Der Aktuator kann daraufhin die Einspritzventilnadel 205 weiter nach unten in eine dritte Position (nicht gezeigt) bewegen, so dass die Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal 204 und dem Düsenloch 230 gesperrt ist, während gleichzeitig eine Strömungsverbindung zwischen mindestens einem anderen Düsenloch und dem gekrümmten Kraftstoffkanal auf einer anderen Ebene des gekrümmten Kraftstoffkanals hergestellt wird. Da der offene gekrümmte Kraftstoffkanal entlang dem Umfang des Einspritzventilzapfens 210 vorgesehen ist und symmetrisch gekrümmt ist, kann der gekrümmte Kraftstoffkanal in bestimmten Einspritzventilnadelpositionen mit zwei Düsenlöchern in Strömungsverbindung stehen, beispielsweise in der dritten Position kann der gekrümmte Kraftstoffkanal 204 mit dem Düsenloch 231 und dem Düsenloch 245 (die Düsenlöcher werden in 4 gezeigt) in Strömungsverbindung stehen. In der dritten Position wird Kraftstoff lediglich durch die Düsenlöcher 231 und 245 eingespritzt, während andere Düsenlöcher nicht mit dem gekrümmten Kraftstoffkanal 204 in Strömungsverbindung stehen.
Daraufhin kann der Aktuator die Einspritzventilnadel 205 und den Einspritzventilzapfen 210 weiter entlang der Mittelkammer 215 in eine vierte Position (in der der gekrümmte Kraftstoffkanal 204 mit den Düsenlöchern 232 und 244 verbunden ist), gefolgt von einer fünften Position (in der der gekrümmte Kraftstoffkanal 204 mit den Düsenlöchern 233 und 243 verbunden ist) bewegen, und Kraftstoff wird durch die jeweiligen Düsenlöcher bei jeder Position (Positionen nicht gezeigt) abgegeben.
Durch Bewegung der Einspritzventilnadel 205 weiter nach unten kann sich die Einspritzventilnadel in einer sechsten Position 600 befinden, wodurch eine Strömungsverbindung und ein Kraftstoffstrom durch die Düsenlöcher 234 und 242 hergestellt wird, wie in 6 gezeigt wird. Der Aktuator kann die Einspritzventilnadel weiter nach unten bewegen, wodurch eine Strömungsverbindung bei einer siebten Position mit den Düsenlöcher 235 und 241, bei einer achten Position mit den Düsenlöchern 236 und 240, bei einer neunten Position mit den Düsenlöchern 237 und 239 (Positionen nicht gezeigt) hergestellt wird. Das Einspritzventil kann dann zu einer zehnten Position 700 bewegt werden, bei der eine Strömungsverbindung zum Düsenloch 238 bereitgestellt wird.
7 stellt die Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 in der zehnten Position 700 dar, wobei der gekrümmte Kraftstoffkanal 204 mit dem Düsenloch 238 strömungsgekoppelt ist, während die Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und anderen Düsenlöchern gesperrt sein kann. In der zehnten Position kann die Einspritzventilnadelanschlagführung 218 mit dem Einspritzventilkörper 206 in Flächenkontakt stehen, und der Nadelsitz 216 kann mit dem Zapfen 210 in der Mittelkammer 215 in Flächenkontakt stehen, wodurch eine weitere Bewegung der Einspritzventilnadel 205 und des Einspritzventilzapfens 210 nach unten beschränkt wird. Obgleich die Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 gemäß der vorliegenden Beschreibung zehn Positionen, einschließlich der deaktivierten Position, aufweist, können mehr oder weniger Positionen der Kraftstoffeinspritzventilanordnung in Abhängigkeit von der Anzahl an Düsenlöchern vorliegen. Das bei jeder Position eingespritzte Kraftstoffvolumen kann von der Zeitdauer, die die Position gehalten wird, abhängig sein und/oder auf einer Größe des Düsenlochs bzw. der Düsenlöcher bei dieser Position basieren.
Zum Ende der Kraftstoffeinspritzung kann der Aktuator deaktiviert werden und die mit der Einspritzventilnadel gekoppelten Haltefedern 213 können die Einspritzventilnadel und den Einspritzventilzapfen nach oben, von dem Zylinder 208 weg, drücken, wodurch die Kraftstoffeinspritzventilanordnung in die deaktivierte erste Position von 2 bewegt wird. Während der Aufwärtsbewegung der Einspritzventilnadel und des Einspritzventilzapfens kann das Kraftstoffeinspritzventil von der zehnten Position in die zweite Position und letztlich in die deaktivierte erste Position übergehen. Beim Zurückbewegen aus der zehnten Position in die erste Position kann ein geringes Volumen von Restkraftstoff abgegeben werden, während jede jeweilige Position wieder eine Strömungsverbindung mit den spezifischen Düsenlöchern und dem gekrümmten Kraftstoffkanal herstellt. In einem Beispiel kann die Kontaktdauer sehr kurz mit minimaler oder keiner Kraftstoffabgabe durch die Düsenlöcher, während sich die Einspritzventilnadel von der zehnten in die erste Position bewegt, sein.
Somit umfasst ein Kraftstoffeinspritzventil einen Kraftstoffeinspritzventilkörper, der mehrere Düsenlöcher umfasst, die radial um eine Mittelachse des Einspritzventilkörpers herum angeordnet sind. In dem Einspritzventilkörper ist eine mit einem Zapfen gekoppelte Nadel untergebracht. Der Zapfen umfasst einen Kraftstoffbehälter und einen gekrümmten Kraftstoffkanal in Strömungsverbindung mit dem Kraftstoffbehälter. Der gekrümmte Kraftstoffkanal ist in mehrere Richtungen gekrümmt, darunter eine Krümmung um den Umfang des Zapfens herum (z. B. ist der Kanal als ein Kreis oder eine Ellipse geformt) und eine vertikale Krümmung im Umlauf um den Zapfen herum (z. B. ist er zu einer Querachse des Einspritzventilkörpers/-zapfens abgewinkelt). Bei Bewegung der Nadel und des Zapfens nach unten bezüglich des Einspritzventilkörpers stellt der Kraftstoffkanal eine sequenzielle Strömungsverbindung mit jedem Düsenloch her. In einem Beispiel weist der Kraftstoffkanal einen hohen Symmetriepunkt und einen niedrigen Symmetriepunkt auf. Wenn der Kraftstoffkanal mit einem Düsenloch an dem hohen Punkt strömungsgekoppelt ist (z. B. wenn sich der hohe Punkt auf derselben vertikalen Ebene wie die Düsenlöcher befindet), nur eine Strömungsverbindung zwischen dem Kraftstoffkanal und einem Düsenloch hergestellt. Gleichermaßen wird, wenn der Kraftstoffkanal mit einem Düsenloch an dem niedrigen Punkt strömungsgekoppelt ist (z. B. wenn sich der niedrige Punkt auf derselben vertikalen Ebene wie die Düsenlöcher befindet), nur eine Strömungsverbindung zwischen dem Kraftstoffkanal und einem anderen Düsenloch hergestellt. Wenn der Kraftstoffkanal mit einem Düsenloch an einem beliebigen Punkt zwischen dem niedrigen Punkt und dem hohen Punkt strömungsgekoppelt ist, wird nur eine Strömungsverbindung zwischen dem Kraftstoffkanal und zwei anderen Düsenlöchern hergestellt. Somit kann sich die Nadel bei einem Betätigungsereignis der Nadel durch neun geöffnete Positionen hindurch bewegen, wobei Kraftstoff zunächst aus einem Düsenloch heraus eingespritzt wird, dann aus sieben Paaren Düsenlöcher sequenziell eingespritzt wird und dann aus einem verbleibenden Düsenloch heraus eingespritzt wird.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren 800 zum Einspritzen von Kraftstoff mit einem Kraftstoffdirekteinspritzventil, wie z. B. der Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 von 2–7, darstellt. Zumindest Teile des Verfahrens 800 können von einer Steuerung (z. B. Steuerung 12) auf Basis von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems, wie zum Beispiel den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden, ausgeführt werden. Darüber hinaus können Teile des Verfahrens 800 in der physikalischen Welt durchgeführte Handlungen zur Umwandlung eines Betriebszustands eines Aktuators oder einer Vorrichtung, wie z. B. des Aktuators 202 der Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200, sein.
Das Verfahren 800 beginnt bei 802, wo Motorbetriebsparameter detektiert werden. Die detektierten Motorbetriebsparameter können unter anderem Motorzustand (z. B. ein oder aus), Motordrehzahl und -last, gegenwärtige Motorposition, Motortemperatur und andere Parameter umfassen. Bei 804 kann sich ein Kraftstoffeinspritzventil des Motors in einer deaktivierten ersten Position ohne Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil befinden. In einem Beispiel kann das Kraftstoffeinspritzventil die in 2 dargestellte Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 sein, wobei die Einspritzventilnadel 205 in der deaktivierten ersten Position keine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal 204 und einem der Düsenlöcher des Kraftstoffeinspritzventils ermöglicht. Somit wird kein Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt.
Bei 806 stellt das Verfahren 800 fest, ob es einen Befehl zum Einspritzen von Kraftstoff gibt. Kraftstoff kann als Reaktion darauf, dass eine Motorlast über einem Schwellenwert liegt, und/oder als Reaktion darauf, dass die Zündfolge des Motors und die Motorposition anzeigen, dass das Einspritzventil zur Initiierung einer Verbrennung in dem Zylinder Kraftstoff einspritzen soll, eingespritzt werden. Wenn kein Befehl zum Einspritzen von Kraftstoff empfangen wird, springt das Verfahren 800 zu 804 zurück und hält das Kraftstoffeinspritzventil weiterhin in der deaktivierten ersten Position. Wenn der Befehl zur Kraftstoffeinspritzung empfangen wird, geht das Verfahren 800 zu 808 über, um einen Aktuator (z. B. den Aktuator 202) zu aktivieren, der mit einer Einspritzventilnadel (z. B. der Nadel 205) des Kraftstoffeinspritzventils gekoppelt sein kann. Eine Aktivierung des Aktuators führt zu einer sequenziellen Bewegung der Einspritzventilnadel nach unten (zu dem Motorzylinder hin) aus der deaktivierten ersten Position in mehrere aktivierte Positionen zur Ermöglichung einer Kraftstoffeinspritzung. Beispiele aktivierter Positionen der Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200 werden in 5–7 dargestellt. In einem Beispiel können die aktivierten Positionen sequenzielles Bewegen der Einspritzventilnadel 205 aus der deaktivierten Position in die zweite bis zehnte aktivierte Position umfassen, wie oben mit Bezug auf 2–7 beschrieben wird.
Bei 810 wird eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und spezifischen Düsenlöchern des Einspritzventils bei jeder Position hergestellt. Beispielsweise kann bei 812 der gekrümmte Kraftstoffkanal in der zweiten Position mit einem ersten Düsenloch des Einspritzventils mit sechzehn Düsenlöchern in Strömungsverbindung stehen, wie in 5 dargestellt wird. In einem weiteren Beispiel kann die Einspritzventilnadel bei 814 in der sechsten Position zu einer Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem fünften und einem dreizehnten Düsenloch der sechzehn Düsenlöcher des Einspritzventils (z. B. den Düsenlöchern 234 und 242 der Kraftstoffeinspritzventilanordnung 200, wie in 6 dargestellt wird) führen. In einem weiteren Beispiel kann die Einspritzventilnadel bei 816 in der zehnten Position zu einer Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und dem achten Düsenloch der sechzehn Düsenlöcher des Einspritzventils (z. B. dem Düsenloch 238 der Kraftstoffeinspritzventilanordnung) führen, wie oben mit Bezug auf 7 beschrieben wird.
Bei 818 wird für jede aktivierte Position des Einspritzventils Kraftstoff durch das spezifische Düsenloch, das bei dieser Position mit dem gekrümmten Kraftstoffkanal in Strömungsverbindung steht, abgegeben. Beispielsweise wird bei der zweiten Position Kraftstoff aus dem Düsenloch 230 abgegeben, wie in 5 dargestellt wird. In der sechsten Position wird Kraftstoff aus den Düsenlöchern 234 und 242 abgegeben, wie in 6 dargestellt wird. In der zehnten Position wird Kraftstoff aus dem Düsenloch 238 abgegeben, wie in 7 dargestellt wird.
Das Ausmaß der Abwärtsbewegung der Nadel und der Zeitdauer, für die die Nadel in dieser Position gehalten wird, kann durch den elektrischen Aktuator dahingehend gesteuert werden, das Volumen an eingespritztem Kraftstoff und die Strahleindringung des eingespritzten Kraftstoffs bei jeder Position des Kraftstoffeinspritzventils zu steuern. In einigen Beispielen können gewisse Einspritzventilpositionen länger als andere Positionen gehalten werden, beispielsweise während hoher Motorlast können die Zweilochpositionen länger als die Einlochposition gehalten werden. Das Gegenteil trifft während niedriger Motordrehzahl und/oder -last zu.
Bei 820 bestimmt das Verfahren 800, ob das Ende des Kraftstoffeinspritzungsereignisses erreicht ist. Die Dauer des Kraftstoffeinspritzungsereignisses kann auf dem Volumen der in den Zylinder eingelassenen Ladeluft und dem angesteuerten Luft-Kraftstoff-Verhältnis basieren, wobei das Volumen der Ladeluft auf Motorparametern, wie z. B. Motordrehzahl, Motorlast usw., basieren kann. Wenn das Ende des Kraftstoffeinspritzungsereignisses nicht erreicht ist, springt das Verfahren 800 zurück zu 818, um weiter Kraftstoff einzuspritzen, wobei sich die Kraftstoffeinspritzventilanordnung sequenziell von der zweiten bis zur zehnten Position bewegt und eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kanal und spezifischen Düsenlöchern herstellt. Wenn das Ende des Kraftstoffeinspritzungsereignisses erreicht ist, deaktiviert das Verfahren 800 den Aktuator. Zum Ende eines Kraftstoffeinspritzungsereignisses kann der Aktuator deaktiviert werden und ein Paar Haltefedern können die Einspritzventilnadel aus der zehnten Position in die erste deaktivierte Position, wie in 2 dargestellt wird, bewegen, wodurch die Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten offenen Kraftstoffkanal und den Düsenlöchern unterbrochen wird. Während die Einspritzventilnadel nach oben bewegt wird, kann sie sequenziell aus der zehnten Position in die deaktivierte erste Position übergehen, wobei während dessen etwas Restkraftstoff durch jedes der Düsenlöcher, die mit dem offenen Kanal in Strömungsverbindung stehen, abgegeben werden kann. Wenn die Einspritzventilnadel die erste Position erreicht, kann die Kraftstoffabgabe aufhören, und das Verfahren 800 kehrt zurück.
Durch das oben beschriebene Verfahren zum dahingehenden Steuern der Position der Kraftstoffeinspritzventilnadel, eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und dem spezifischen Düsenloch des Kraftstoffeinspritzventils bei jeder Position zu ermöglichen oder zu trennen, kann der Kraftstoffstrom zu dem Zylinder reguliert und eine Kraftstoffstrahleninteraktion auf ein Minimum reduziert werden.
Somit kann eine Kraftstoffeinspritzventilanordnung mit einer Einspritzventilnadel mit einem gekrümmten Kraftstoffkanal sequenziell dahingehend positioniert werden, eine Strömungsverbindung und eine Kraftstoffabgabe durch ein spezifisches Düsenloch bei einer gegebenen Position zu ermöglichen, wodurch eine Kraftstoffstrahleninteraktion in dem Mehrlochkraftstoffeinspritzventil auf ein Minimum reduziert und der Verbrennungswirkungsgrad erhöht wird.
Die technische Wirkung von Kraftstoffeinspritzung durch ein Mehrlochkraftstoffeinspritzventil mit minimaler Kraftstoffstrahleninteraktion zwischen Kraftstoffstrahlen, die aus den Düsenlöchern abgegeben werden, besteht in einer reduzierten Kraftstoffeindringung und einer Erhöhung der Luft-Kraftstoff-Vermischung, wodurch es zu einer effizienteren Verbrennung und reduzierten Emissionen kommen kann.
Eine Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzventilsystems umfasst einen Einspritzventilkörper mit mehreren Düsenlöchern und eine Einspritzventilnadel, die mit einem Einspritzventilzapfen gekoppelt ist, wobei der Einspritzventilzapfen einen gekrümmten Kraftstoffkanal in Strömungsverbindung mit einem Kraftstoffbehälter in dem Einspritzventilzapfen umfasst, wobei die Einspritzventilnadel und der Einspritzventilzapfen in dem Einspritzventilkörper untergebracht sind, wobei der gekrümmte Kraftstoffkanal dazu konfiguriert ist, mit den mehreren Düsenlöchern in Strömungsverbindung zu stehen, wenn die Einspritzventilnadel betätigt wird. In einem ersten Beispiel des Kraftstoffeinspritzventilsystems umfasst das System ferner einen Aktuator, der mit der Einspritzventilnadel gekoppelt ist, und eine Steuerung, die nicht flüchtige Anweisungen speichert, bei deren Ausführung die Steuerung dazu veranlasst wird, als Reaktion auf einen Befehl zum Einspritzen von Kraftstoff den Aktuator dahingehend zu aktivieren, die Einspritzventilnadel in eine Abwärtsrichtung zu drücken und sequenziell eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und jedem Düsenloch herzustellen. Ein zweites Beispiel des Systems umfasst optional das erste Beispiel und umfasst ferner, dass, wenn der Aktuator die Einspritzventilnadel in eine erste Position drückt, eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem ersten Düsenloch hergestellt wird. Ein drittes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder beide des ersten und des zweiten Beispiels und umfasst ferner, dass, wenn der Aktuator die Einspritzventilnadel in eine zweite Position drückt, eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem zweiten Düsenloch und zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem dritten Düsenloch hergestellt wird. Ein viertes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis dritten Beispiels und umfasst ferner, dass, wenn der Aktuator die Einspritzventilnadel in die erste Position drückt, eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und dem zweiten Düsenloch gesperrt wird und eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und dem dritten Düsenloch gesperrt wird. Ein fünftes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels und umfasst ferner, dass, wenn der Aktuator die Einspritzventilnadel in die zweite Position drückt, eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und dem ersten Düsenloch gesperrt wird. Ein sechstes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis fünften Beispiels und umfasst ferner, dass, wenn der Aktuator aktiviert wird, eine Strömungsverbindung sequenziell zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und lediglich einem ersten Düsenloch, dann einem ersten Satz Düsenlöcher, dann einem zweiten Satz Düsenlöcher, dann einem dritten Satz Düsenlöcher, dann einem vierten Satz Düsenlöcher, dann einem fünften Satz Düsenlöcher, dann einem sechsten Satz Düsenlöcher, dann einem siebten Satz Düsenlöcher und dann lediglich einem letzten Düsenloch hergestellt wird. Ein siebtes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis sechsten Beispiels und umfasst ferner, dass die mehreren Düsenlöcher sechzehn Düsenlöcher, die radial um eine Mittelachse des Einspritzventilkörpers herum angeordnet sind, umfasst. Ein achtes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis siebten Beispiels und umfasst ferner, dass jedes der mehreren Düsenlöcher in derselben vertikalen Ebene positioniert ist. Ein neuntes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis achten Beispiels und umfasst ferner, dass sich der gekrümmte Kraftstoffkanal 360 Grad um eine Umfangsfläche des Einspritzventilzapfens herum krümmt. Ein zehntes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis neunten Beispiels und umfasst ferner, dass der gekrümmte Kraftstoffkanal in einem Winkel zu einer Querachse des Einspritzventilzapfens positioniert ist, so dass der gekrümmte Kraftstoffkanal mit seiner Krümmung um die Umfangsfläche des Einspritzventilzapfens herum durch mehrere vertikale Ebenen verläuft. Ein elftes Beispiel des Systems umfasst optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis zehnten Beispiels und umfasst ferner, dass der Kraftstoffbehälter in dem Einspritzventilzapfen mit einer Kraftstoffzufuhr strömungsgekoppelt ist.
Eine Ausführungsform für ein Verfahren für ein Kraftstoffeinspritzventil umfasst dahingehendes Betätigen einer in einem Körper des Kraftstoffeinspritzventils untergebrachten Nadel, die Nadel sequenziell aus einer geschlossenen Position durch mehrere offene Positionen hindurch nach unten zu bewegen, wobei ein gekrümmter Kraftstoffkanal des Kraftstoffeinspritzventils mit mindestens einem Düsenloch des Kraftstoffeinspritzventils bei jeder offenen Position der mehreren offenen Positionen strömungsverbunden wird. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner Zuströmen von Kraftstoff von einer Kraftstoffzufuhr zu einem Kraftstoffbehälter in der Nadel, wobei der Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter durch den gekrümmten Kraftstoffkanal und durch jedes jeweilige Düsenloch des Kraftstoffeinspritzventils strömt, während sich die Nadel nach unten bewegt. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst optional das erste Beispiel und umfasst ferner, dass Betätigen der Nadel Betätigen der Nadel als Reaktion auf einen Befehl zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder, in dem das Kraftstoffeinspritzventil untergebracht ist, umfasst. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst optional eines oder beide des ersten und des zweiten Beispiels und umfasst ferner, dass dahingehendes Betätigen der Nadel, die Nadel sequenziell aus einer geschlossenen Position durch die mehreren offenen Positionen hindurch nach unten zu bewegen, dahingehendes Betätigen, die Nadel sequenziell durch neun offene Positionen hindurch zu bewegen, umfasst. Ein viertes Beispiel des Verfahrens umfasst optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis dritten Beispiels und umfasst ferner, dass Betätigen der Nadel zur sequenziellen Bewegung durch neun offene Positionen hindurch Folgendes umfasst: Betätigen der Nadel zur Bewegung in eine erste offene Position, in der eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem ersten Düsenloch hergestellt wird; Betätigen der Nadel zur Bewegung in eine zweite bis achte offene Position, wobei in jeder der zweiten bis achten offenen Position eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem jeweiligen Paar Düsenlöchern hergestellt wird; und Betätigen der Nadel zur Bewegung in eine neunte offene Position, in der eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem letzten Düsenloch hergestellt wird.
Eine Ausführungsform eines Systems umfasst einen Motor mit einem Zylinder; eine Kraftstoffzufuhr; ein mit dem Zylinder gekoppeltes Kraftstoffeinspritzventil, wobei das Kraftstoffeinspritzventil Folgendes umfasst: einen Einspritzventilkörper mit mehreren Düsenlöchern, wobei der Einspritzventilkörper einen mit der Kraftstoffzufuhr gekoppelten Kraftstoffdurchgang umfasst; eine mit einem Einspritzventilzapfen gekoppelte Einspritzventilnadel, wobei der Einspritzventilzapfen durch einen gekrümmten Kraftstoffkanal in Strömungsverbindung mit einem Kraftstoffbehälter in dem Einspritzventilzapfen umgeben wird, wobei der Einspritzventilzapfen in dem Einspritzventilkörper untergebracht ist, wobei der Kraftstoffbehälter mit dem Kraftstoffdurchgang in Strömungsverbindung steht; und einen mit der Einspritzventilnadel gekoppelten Aktuator; und eine Steuerung, die nicht flüchtige Anweisungen in einem Speicher speichert, bei deren Ausführung die Steuerung dazu veranlasst wird, als Reaktion auf einen Befehl zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder den Aktuator dahingehend zu aktivieren, die Nadel in eine Abwärtsrichtung zu drücken und sequenziell eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem jeweiligen Düsenloch der mehreren Düsenlöcher herzustellen. In einem ersten Beispiel des Systems umfassen die mehreren Düsenlöcher sechzehn Düsenlöcher, die radial um eine Mittelachse des Einspritzventilkörpers herum angeordnet sind, wobei jedes der mehreren Düsenlöcher in derselben vertikalen Ebene positioniert ist. Ein zweites Beispiel des Systems umfasst optional das erste Beispiel und umfasst ferner, dass sich der gekrümmte Kraftstoffkanal 360 Grad um eine Umfangsfläche des Einspritzventilzapfens herum krümmt.
Es ist zu beachten, dass hier enthaltene beispielhafte Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht flüchtigem Speicher gespeichert werden und können durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motorhardware umfasst, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen bestimmten Routinen können eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, zu erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen einen in den nicht flüchtigen Speicher des rechnerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmierenden Code graphisch darstellen, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Kraftmaschinenhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung umfasst, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die oben genannte Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden, ein.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004053326 [0003]

Claims

Kraftstoffeinspritzventilsystem, das Folgendes umfasst: einen Einspritzventilkörper mit mehreren Düsenlöchern; und eine Einspritzventilnadel, die mit einem Einspritzventilzapfen gekoppelt ist, wobei der Einspritzventilzapfen einen gekrümmten Kraftstoffkanal in Strömungsverbindung mit einem Kraftstoffbehälter in dem Einspritzventilzapfen umfasst, wobei die Einspritzventilnadel und der Einspritzventilzapfen in dem Einspritzventilkörper untergebracht sind, wobei der gekrümmte Kraftstoffkanal dazu konfiguriert ist, mit den mehreren Düsenlöchern in Strömungsverbindung zu stehen, wenn die Einspritzventilnadel betätigt wird.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Aktuator, der mit der Einspritzventilnadel gekoppelt ist; und eine Steuerung, die nicht flüchtige Anweisungen speichert, bei deren Ausführung die Steuerung dazu veranlasst wird, als Reaktion auf einen Befehl zum Einspritzen von Kraftstoff den Aktuator dahingehend zu aktivieren, die Einspritzventilnadel in eine Abwärtsrichtung zu drücken und sequenziell eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und jedem Düsenloch herzustellen.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 2, wobei, wenn der Aktuator die Einspritzventilnadel in eine erste Position drückt, eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem ersten Düsenloch hergestellt wird.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 3, wobei, wenn der Aktuator die Einspritzventilnadel in eine zweite Position drückt, eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem zweiten Düsenloch und zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem dritten Düsenloch hergestellt wird.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 4, wobei, wenn der Aktuator die Einspritzventilnadel in die erste Position drückt, eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und dem zweiten Düsenloch gesperrt wird und eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und dem dritten Düsenloch gesperrt wird.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 4, wobei, wenn der Aktuator die Einspritzventilnadel in die zweite Position drückt, eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und dem ersten Düsenloch gesperrt wird.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 2, wobei, wenn der Aktuator aktiviert wird, eine Strömungsverbindung sequenziell zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und lediglich einem ersten Düsenloch, dann einem ersten Satz Düsenlöcher, dann einem zweiten Satz Düsenlöcher, dann einem dritten Satz Düsenlöcher, dann einem vierten Satz Düsenlöcher, dann einem fünften Satz Düsenlöcher, dann einem sechsten Satz Düsenlöcher, dann einem siebten Satz Düsenlöcher und dann lediglich einem letzten Düsenloch hergestellt wird.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 1, wobei die mehreren Düsenlöcher sechzehn Düsenlöcher umfassen, die radial um eine Mittelachse des Einspritzventilkörpers herum angeordnet sind.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 1, wobei jedes der mehreren Düsenlöcher in derselben vertikalen Ebene positioniert ist.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 1, wobei sich der gekrümmte Kraftstoffkanal 360 Grad um eine Umfangsfläche des Einspritzventilzapfens herum krümmt.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 10, wobei der gekrümmte Kraftstoffkanal in einem Winkel zu einer Querachse des Einspritzventilzapfens positioniert ist, so dass der gekrümmte Kraftstoffkanal mit seiner Krümmung um die Umfangsfläche des Einspritzventilzapfens herum durch mehrere vertikale Ebenen verläuft.
Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffbehälter in dem Einspritzventilzapfen mit einer Kraftstoffzufuhr strömungsgekoppelt ist.
Verfahren für ein Kraftstoffeinspritzventil, das Folgendes umfasst: dahingehendes Betätigen einer in einem Körper des Kraftstoffeinspritzventils untergebrachten Nadel, die Nadel sequenziell aus einer geschlossenen Position durch mehrere offene Positionen hindurch nach unten zu bewegen, wobei ein gekrümmter Kraftstoffkanal des Kraftstoffeinspritzventils mit mindestens einem Düsenloch des Kraftstoffeinspritzventils bei jeder offenen Position der mehreren offenen Positionen strömungsverbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Zuströmen von Kraftstoff von einer Kraftstoffzufuhr zu einem Kraftstoffbehälter in der Nadel umfasst, wobei der Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter durch den gekrümmten Kraftstoffkanal und durch jedes jeweilige Düsenloch des Kraftstoffeinspritzventils strömt, während sich die Nadel nach unten bewegt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei Betätigen der Nadel Betätigen der Nadel als Reaktion auf einen Befehl zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder, in dem das Kraftstoffeinspritzventil untergebracht ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei dahingehendes Betätigen der Nadel, die Nadel sequenziell aus einer geschlossenen Position durch die mehreren offenen Positionen hindurch nach unten zu bewegen, dahingehendes Betätigen, die Nadel sequenziell durch neun offene Positionen hindurch zu bewegen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei Betätigen der Nadel zur sequenziellen Bewegung durch neun offene Positionen hindurch Folgendes umfasst: Betätigen der Nadel zur Bewegung in eine erste offene Position, in der eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem ersten Düsenloch hergestellt wird; Betätigen der Nadel zur Bewegung in eine zweite bis achte offene Position, wobei in jeder der zweiten bis achten offenen Position eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem jeweiligen Paar Düsenlöchern hergestellt wird; und Betätigen der Nadel zur Bewegung in eine neunte offene Position, in der eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem letzten Düsenloch hergestellt wird.
System, das Folgendes umfasst: einen Motor mit einem Zylinder; eine Kraftstoffzufuhr; ein mit dem Zylinder gekoppeltes Kraftstoffeinspritzventil, wobei das Kraftstoffeinspritzventil Folgendes umfasst: einen Einspritzventilkörper mit mehreren Düsenlöchern, wobei der Einspritzventilkörper einen mit der Kraftstoffzufuhr gekoppelten Kraftstoffdurchgang umfasst; eine mit einem Einspritzventilzapfen gekoppelte Einspritzventilnadel, wobei der Einspritzventilzapfen durch einen gekrümmten Kraftstoffkanal in Strömungsverbindung mit einem Kraftstoffbehälter in dem Einspritzventilzapfen umgeben wird, wobei der Einspritzventilzapfen in dem Einspritzventilkörper untergebracht ist, wobei der Kraftstoffbehälter mit dem Kraftstoffdurchgang in Strömungsverbindung steht; und einen mit der Einspritzventilnadel gekoppelten Aktuator; und eine Steuerung, die nicht flüchtige Anweisungen in einem Speicher speichert, bei deren Ausführung die Steuerung dazu veranlasst wird, als Reaktion auf einen Befehl zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder den Aktuator dahingehend zu aktivieren, die Nadel in eine Abwärtsrichtung zu drücken und sequenziell eine Strömungsverbindung zwischen dem gekrümmten Kraftstoffkanal und einem jeweiligen Düsenloch der mehreren Düsenlöcher herzustellen.
System nach Anspruch 18, wobei die mehreren Düsenlöcher sechzehn Düsenlöcher umfassen, die radial um eine Mittelachse des Einspritzventilkörpers herum angeordnet sind, wobei jedes der mehreren Düsenlöcher in derselben vertikalen Ebene positioniert ist.
System nach Anspruch 18, wobei sich der gekrümmte Kraftstoffkanal 360 Grad um eine Umfangsfläche des Einspritzventilzapfens herum krümmt.