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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere eine Kraftstoffeinspritzdüse in einem Kraftstoffsystem mit einer Geräuschunterdrückung.
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Hintergrund
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Eine große Vielzahl von Kraftstoffsystemen ist gut bekannt und wird verbreitet in modernen Verbrennungsmotoren eingesetzt. In einigen Fällen wird Kraftstoff zur Einspritzung in eine sogenannte Common Rail oder gemeinsame Druckleitung, die einen Vorrat an unter Druck stehendem Kraftstoff speichert, mit Druck beaufschlagt, der dann an einzelne Kraftstoffeinspritzdüsen zugeführt wird, die in der Regel in direkter Fluidverbindung mit Verbrennungszylindern in dem Motor stehen. In anderen Konstruktionen weisen mechanische Pumpe-Düse-Einheiten jeweils einen nockenbetätigten Stößel auf, der Kraftstoff zur Einspritzung durch eine aus einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen in dem Motor mit Druck beaufschlagt, oder in einigen Fällen lädt jeder Stößel einen Druckakkumulator, der unter Druck stehenden Kraftstoff für weniger als alle Kraftstoffeinspritzdüsen in dem Motor speichert. Beide Typen von Systemen haben bestimmte Vorteile und Nachteile.
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Im Fall von mechanisch betätigten Pumpe-Düse-Einheiten kann das Kraftstoffsystem, und insbesondere der Ventilzug, eine signifikante Quelle für unerwünschte Motorgeräusche sein. In Abhängigkeit von den rechtlichen Anforderungen und den Schwankungen zwischen einzelnen Motoren kann das von einem Motor produzierte Geräusch eine relativ geringfügige Störung oder aber eine betriebliche Eigenschaft darstellen, die entsprechend beherrscht werden muss. Spezielle Teile in der Art von festen Zahnrädern, Viskodämpfern und teuren Schalldämpfplatten können notwendig sein, um das Motorgeräusch auf annehmbare Niveaus zu senken. Die Verwendung solcher Schalldämpfausrüstung kann nicht nur zu zusätzlichen Kosten führen, sondern auch zu mehr Komplexität, Gewicht, Packraumforderungen und anderen unerwünschten Eigenschaften des Motors führen.
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US-Patent Nr. 6,595,189 an Coldren et al. betrifft ein Verfahren zur Verringerung von Geräuschen in einem mechanisch betätigten Kraftstoffeinspritzsystem. Die von Coldren et al. vorgeschlagene Strategie verwendet eine Strömungsbegrenzung zwischen einer Kraftstoffdruckkammer der Kraftstoffeinspritzdüse und einer Kraftstoffquelle, offensichtlich zu dem Zweck, das Moment des aus der Kraftstoffeinspritzdüse an einem Überlaufventil vorbei austretenden Kraftstoffs zu begrenzen. Ein ausreichendes Moment dieses austretenden Kraftstoffs kann eine physikalische Trennung und einen rasch darauffolgenden Wiedereingriff von zusammenwirkenden Motorkomponenten erzeugen. Coldren et al. geben an, dass eine ausreichende Kontaktkraft zwischen den verschiedenen Motorkomponenten aufrechterhalten werden kann, um die mechanischen Geräuschpegel zu verringern. Die in Coldren et al. dargelegte Strategie findet anscheinend Anwendungen für bestimmte Quellen exzessiver Motorgeräusche, doch gibt es immer noch Raum für Verbesserung und Fortschritte auf diesem Gebiet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt beinhaltet eine Kraftstoffeinspritzdüse einen Einspritzdüsenkörper, der einen Kraftstoffeinlass, einen Düsenauslass, einen Stößelhohlraum, einen Überlaufdurchgang und einen Düsenversorgungsdurchgang definiert. Die Kraftstoffeinspritzdüse umfasst ferner einen Stößel, der innerhalb des Stößelhohlraums zwischen einer zurückgezogenen Stellung und einer vorgerückten Stellung beweglich ist. Ein Auslassstopp ist innerhalb des Einspritzdüsenkörpers zwischen einer geschlossenen Stoppstellung und einer offenen Stoppstellung beweglich, um den Düsenauslass zu dem Düsenversorgungsdurchgang hin zu schließen oder zu öffnen. Ein Überlaufventil ist innerhalb des Überlaufdurchgangs positioniert und zwischen einer geschlossenen Ventilstellung, um den Stößelhohlraum von dem Kraftstoffeinlass abzusperren, und einer offenen Ventilstellung beweglich. Eine Geräuschunterdrückung verbindet fluidmäßig den Stößelhohlraum mit dem Überlaufdurchgang und dem Düsenversorgungsdurchgang, wobei die Geräuschunterdrückung eine Einlasskonfiguration aufweist, die einen Kraftstoff-Einlass-Fließquerschnitt zu dem Stößelhohlraum bildet, und eine Auslasskonfiguration, die einen Kraftstoff-Ausgabe-Fließquerschnitt aus dem Stößelhohlraum bildet. Der Kraftstoff-Ausgabe-Fließquerschnitt ist kleiner als der Kraftstoff-Einlass-Fließquerschnitt, und die Geräuschunterdrückung ist von der Einlass- Konfiguration in die Auslass-Konfiguration einstellbar, um die Abgabe von Kraftstoff aus dem Stößelhohlraum zu drosseln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt beinhaltet ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor einen Kraftstoffvorrat, einen Ventilzug und eine Kraftstoffeinspritzdüse, die fluidmäßig mit dem Kraftstoffvorrat verbunden ist, und einen Auslassstopp, ein Überlaufventil und einen nockenbetätigten Stößel beinhaltet, der mit dem Ventilzug gekoppelt ist und aus einer zurückgezogenen Stellung zu einer vorgerückten Stellung hin beweglich ist, um Kraftstoff zur Einspritzung mit Druck zu beaufschlagen. Die Kraftstoffeinspritzdüse umfasst ferner eine Geräuschunterdrückung, die einen Stößelhohlraum fluidmäßig mit einem Überlaufdurchgang und einem Düsenversorgungsdurchgang in der Kraftstoffeinspritzdüse verbindet. Die Geräuschunterdrückung weist eine Einlasskonfiguration auf, die einen Kraftstoff-Einlass-Fließquerschnitt zu dem Stößelhohlraum hin bildet, und eine Auslasskonfiguration, die einen Kraftstoff-Ausgabe-Fließquerschnitt aus dem Stößelhohlraum bildet. Der Kraftstoff-Ausgabe-Fließquerschnitt ist kleiner als der Kraftstoff-Einlass-Fließquerschnitt. Die Geräuschunterdrückung ist aus der Einlasskonfiguration in die Auslass-Konfiguration einstellbar, um die Abgabe von Kraftstoff aus dem Stößelhohlraum zu drosseln.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems in einem Verbrennungsmotor das Druckbeaufschlagen eines Stößelhohlraums in der Kraftstoffeinspritzdüse, indem ein Stößel durch den Stößelhohlraum vorgerückt wird, und das Auslösen des Drucklosmachen des Stößelhohlraums, bevor der Stößel eine Hubendstellung erreicht. Das Verfahren umfasst ferner das Drosseln der Abgabe von Kraftstoff aus dem Stößelhohlraum nach dem Auslösen des Drucklosmachens des Stößelhohlraums und das Unterdrücken von Ventilzuggeräuschen in dem Kraftstoffsystem durch Drosseln der Abgabe von Kraftstoff aus dem Stößelhohlraum.
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Figurenliste
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- 1 ist eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht eines Motorsystems gemäß einer Ausführungsform;
- 2 ist eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß einer Ausführungsform;
- 3 ist eine geschnittene schematische Seitenansicht eines Abschnitts der Kraftstoffeinspritzdüse von 2 und veranschaulicht einen Geräuschunterdrücker in einer ersten Konfiguration;
- 4 ist eine geschnittene schematische Seitenansicht des Abschnitts der Kraftstoffeinspritzdüse und zeigt den Geräuschunterdrücker in einer zweiten Konfiguration;
- 5 zeigt eine Gruppe von Signalspuren, die Betriebsparameter eines Kraftstoffsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich mit einer bereits existierenden Konstruktion zeigen; und
- 6 ist ein weiteres Diagramm, das beispielhafte Merkmale des Kraftstoffsystembetriebs gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich mit einer bereits existierenden Konstruktion zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf 1 ist dort ein Verbrennungsmotorsystem 10 (im Folgenden „Motorsystem 10“) gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Das Motorsystem 10 beinhaltet ein Motorgehäuse 12 mit einer Verbrennungskammer mit einem darin ausgebildeten Zylinder 14. Ein Kolben 15 ist innerhalb des Zylinders 14 auf allgemein herkömmliche Weise zwischen einer oberen Totpunktstellung und einer unteren Totpunktstellung beweglich. In einer Implementierung umfasst das Motorsystem 10 eine Vielzahl von Zylindern, die in dem Motorgehäuse 12 in einer V-Konfiguration, einer Reihen-Konfiguration oder einer beliebigen anderen geeigneten Anordnung ausgebildet sind, wobei jeder der Vielzahl von Zylindern mit einem Kolben ausgestattet ist. Das Motorsystem 10 umfasst ferner einen Motorkopf 16 und einen Ventildeckel 18. Ein Ventilzug 20 ist mit dem Ventildeckel 18 abgedeckt. Der Ventilzug 20 kann einen drehbaren Nocken 22 umfassen oder damit gekoppelt sein, der in Ansprechen auf die Bewegung des Kolbens 15 betätigbar ist, um auf allgemein herkömmliche Weise eine Ventilhubanordnung 24 zu betätigen. Die Ventilhubanordnung 24 veranlasst einen Kipphebel 26, vor und zurück zu oszillieren, um einen Kraftstoff mit Druck zu beaufschlagen, wie im Folgenden hierin noch erläutert wird. Das Motorsystem 10 kann als ein Kompressionszündungs-Dieselmotor aufgebaut sein, der mit einem geeigneten Kraftstoff, etwa einem Dieseldestillatkraftstoff, Biodiesel, gemischten Kraftstoffen etc. betreibbar ist, oder potenziell auch als ein so genannter Dualkraftstoff-Motor, der einen flüssigen Kraftstoff und einen gasförmigen Kraftstoff verwendet.
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Das Motorsystem 10 umfasst ferner ein Kraftstoffsystem 30 mit einem Kraftstoffvorrat 32 und einer Pumpe 36, die dazu aufgebaut ist, Kraftstoff an einen in dem Motorkopf 16 gebildeten Einlassdurchgang 34 zu liefern. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 40 ist in dem Motorkopf 16 gelagert und dient dazu, einen Kraftstoff in Ansprechen auf den Betrieb des Kipphebels 26 mit Druck zu beaufschlagen. Es sollte klar sein, dass eine Vielzahl von Kipphebeln in dem Ventilzug 20 vorgesehen sein kann, um eine Vielzahl von identischen oder ähnlichen Kraftstoffeinspritzdüsen zu betätigen, wobei jede der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen positioniert ist, um einen Kraftstoff in einen entsprechenden Zylinder 14 einzuspritzen. Der Motorkopf 16 kann daher eine Vielzahl von Einlassdurchgängen analog zu dem Einlassdurchgang 34 beinhalten, um Kraftstoff an jede der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen zuzuführen. Auch Ablaufdurchgänge oder dergleichen können vorgesehen sein, um nicht eingespritzten Kraftstoff auf allgemein herkömmliche Weise zurück zu dem Kraftstoffvorrat 32 zu fördern. Ein elektronische Steuereinheit 28 ist in elektrischer Steuerungskommunikation mit der Kraftstoffeinspritzdüse 40 dargestellt, um deren Funktionen zu steuern, etwa die Druckbeaufschlagung und Einspritzung von Kraftstoff, wie im Folgenden noch erläutert wird. Wie aus der folgenden Beschreibung noch klarer werden wird, ist das Motorsystem 10 dazu aufgebaut, um die Geräuschbildung zu verringern, und insbesondere jene, die durch den Ventilzug 20 während des Betriebs verursacht wird.
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Die Kraftstoffeinspritzdüse 40 beinhaltet einen Einspritzdüsenkörper 42, der einen Kraftstoffeinlass 44, einen Düsenauslass 46, einen Stößelhohlraum 48 und einen Überlaufdurchgang 50 definiert. Der Kraftstoffeinlass 44, der eine Vielzahl von Kraftstoffeinlässen beinhalten kann, kann mit dem Einlassdurchgang 34 verbunden sein, der einen Kraftstoffzufuhr-Ringraum bilden kann, der sich in Umfangsrichtung um den Einspritzdüsenkörper 42 innerhalb des Motorkopfs 16 herum erstreckt. Der Düsenauslass 46 kann fluidmäßig mit dem Zylinder 14 kommunizieren und kann in einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von Sprühöffnungen umfassen, wobei sich der Einspritzdüsenkörper 42 in den Zylinder 14 hinein erstreckt. In einer Implementierung beinhaltet der Einspritzdüsenkörper 42 ein Gehäuse 54 und ein Körperstück 56, das in der illustrierten Ausführungsform als Seitenteil ausgebildet ist. Ein Stößel 58 kann mit dem Einspritzdüsenkörper 42 gekoppelt sein und in Ansprechen auf die Bewegung des Kipphebels 26 beweglich sein. Eine Rückholfeder 62 kann den Stößel 58 von dem Einspritzdüsenkörper 42 weg vorspannen und auch den Kipphebel 26 zur Drehung von der Kraftstoffeinspritzdüse 40 weg vorspannen, in der Veranschaulichung von 1 in einer Richtung im Uhrzeigersinn.
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Der Einspritzdüsenkörper 42 definiert ferner einen Düsenversorgungsdurchgang 52. Ein Stößel 60 ist innerhalb des Stößelhohlraums 48 zwischen einer zurückgezogenen Stellung und einer vorgerückten Stellung beweglich und wird in Ansprechen auf die Drehung des Nockens 22 und der Auf- und Abwärtsbewegung der Ventilhubanordnung 24 betätigt. Ein Auslassstopp 64 ist innerhalb des Einspritzdüsenkörpers 42 zwischen einer geschlossenen Stoppstellung und einer offenen Stoppstellung beweglich, um den Düsenauslass 46 zu dem Düsenversorgungsdurchgang 52 hin zu schließen oder zu öffnen. Der Auslassstopp 64 kann einen bekannten federvorgespannten Nadelstopp aufweisen, der sich in Ansprechen auf einen Hydraulikdruck innerhalb des Einspritzdüsenkörpers 42 und in dem Düsenversorgungsdurchgang 52, der eine Schließkraft einer Stoppvorspannfeder (nicht beziffert) überwindet, öffnet. In anderen Implementierungen könnte der Auslassstopp 64 direkt gesteuert werden, wobei die Kraftstoffeinspritzdüse 40 ein elektrisches Einspritzsteuerventil umfasst, das dazu aufgebaut ist, einen Schließhydraulikdruck auf eine hydraulische Schließfläche des direkt betätigten Auslassstopps zu variieren. Ein Überlaufventil 66 ist innerhalb des Überlaufdurchgangs 50 positioniert und zwischen einer geschlossenen Ventilstellung, um den Stößelhohlraum 48 von dem Kraftstoffeinlass 44 abzusperren, und einer offenen Ventilstellung beweglich. Ein elektrisches Überlaufventil-Stellglied 68 verändert seinen Energiezustand in Ansprechen auf ein Steuersignal, etwa einen Steuerstrom von der elektronischen Steuereinheit 28, um das Überlaufventil 66 zwischen der offenen Ventilstellung und der geschlossenen Ventilstellung zu bewegen.
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Nun auch bezugnehmend auf 2 ist in der illustrierten Ausführungsform das Überlaufventil 66 fluidmäßig zwischen einem Überlaufdurchgangssegment 70 und einem weiteren Überlaufdurchgangssegment 72 positioniert. Das Überlaufventil 66 kann in die offene Stellung federvorgespannt sein, um das Überlaufdurchgangssegment 70 fluidmäßig mit dem Überlaufdurchgangssegment 72 zu verbinden, so dass, solange das Überlaufventil-Stellglied 68 in einem ersten elektrischen Energiezustand ist, etwa einem stromlosen Zustand, die Bewegung des Stößels 60 zwischen seiner zurückgezogenen Stellung und seiner vorgerückten Stellung Kraftstoff in den und aus dem Stößelhohlraum 48 pumpt, ohne den Druck des gepumpten Kraftstoffs wesentlich zu beeinträchtigen oder die Kraftstoffeinspritzung auszulösen. Wenn das Überlaufventil-Stellglied 68 ein geeignetes Steuersignal, etwa einen Steuerstrom, von der elektronischen Steuereinheit 28 empfängt, wird das Überlaufventil 66 in die geschlossene Ventilstellung bewegt, um den Stößelhohlraum 48 von dem Kraftstoffeinlass 44 abzusperren, und zu veranlassen, dass ein Druck von Kraftstoff innerhalb des Stößelhohlraums 48 erhöht wird, wenn der Stößel 60 aus seiner zurückgezogenen Stellung zu seiner vorgerückten Stellung hin bewegt wird. Wenn der Druck von Kraftstoff innerhalb des Stößelhohlraums 48 ein ausreichend hohes Niveau erreicht, wird der Auslassstopp durch den Hydraulikdruck in die offene Stellung gedrängt, um Kraftstoff aus dem Düsenauslass 46 in den Zylinder 14 sprühen zu lassen. Wenn das Überlaufventil 66 wieder stromlos geschaltet wird, oder der elektrische Energiezustand auf andere geeignete Weise geändert wird, kann das Überlaufventil 66 in eine offene Stellung, eine untere Stellung in der Veranschaulichung von 2, zurückkehren, um die Fluidkommunikation zwischen dem Überlaufdurchgangssegment 70 und dem Überlaufdurchgangssegment 72 wiederherzustellen. Das erneute Öffnen der Fluidkommunikation kann dazu führen, dass der Auslassstopp 64 in seine geschlossene Stoppstellung zurückkehrt, um die Kraftstoffeinspritzung abzusperren, und das Drucklosmachen des Stößelhohlraums 48 zu beginnen.
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Typischerweise wird das Ende der Kraftstoffeinspritzung so getaktet, dass das Überlaufventil 66 vor einem Zeitpunkt geöffnet wird, an dem der Stößel 60 eine vorgerückte Hubendstellung erreicht hat. Gemäß bekannten Prinzipien kann, wenn das Überlaufventil 66 öffnet, das Drucklosmachen des Stößelhohlraums 48 den Stößel 60 veranlassen, zu beschleunigen, so dass der Stößel 58 außer Kontakt mit dem Kipphebel 26 gelangt, und/oder Komponenten an anderer Stelle in dem Ventilzug 20 oder einem zugehörigen Motorgetriebezug außer Kontakt miteinander gelangen, und weitere unerwünschte Phänomene auftreten. Es sollte klar sein, dass die Trennung des Kontakts zwischen Komponenten und das Wiederherstellen des Kontakts zwischen Komponenten in einem dynamischen und relativ stark federvorgespannten Ventilzug die Erzeugung von mechanischen Lasten oder Vibrationen, oder noch andere Phänomene beträchtliche Geräusche erzeugen können. Wie oben nahegelegt wird, kann man diese Geräuschbildung tendenziell nur schwierig und/oder kostenaufwändig in den Griff bekommen.
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Die Kraftstoffeinspritzdüse 40 ist mit einer Geräuschunterdrückung 74 ausgestattet, die fluidmäßig den Stößelhohlraum 48 mit dem Überlaufdurchgang 50 und dem Düsenversorgungsdurchgang 52 verbindet. Die Geräuschunterdrückung 74 weist eine Einlasskonfiguration auf, die einen Kraftstoff-Einlass-Fließquerschnitt zu dem Stößelhohlraum 48 hin bildet, und eine Auslasskonfiguration, die einen Kraftstoff-Ausgabe-Fließquerschnitt aus dem Stößelhohlraum 48 bildet. Der Kraftstoff-Ausgabe-Fließquerschnitt ist kleiner als der Kraftstoff-Einlass-Fließquerschnitt, und die Geräuschunterdrückung 74 ist von der Einlass- Konfiguration in die Auslass-Konfiguration einstellbar, um die Abgabe von Kraftstoff aus dem Stößelhohlraum 48 zu drosseln. Das Drosseln der Abgabe von Kraftstoff aus dem Stößelhohlraum 48 kann das Drucklosmachen des Stößelhohlraums 48 verzögern, so dass Komponenten in dem Ventilzug 20 und/oder dem zugehörigen Getriebezug nicht außer Kontakt miteinander gelangen. Die Positionierung der Geräuschunterdrückung 74 ermöglicht die Drosselung der Strömung und den Rückhalt von Fluiddruck in dem Stößelhohlraum 48, wenn der Stößel 60 sich einer Hubendstellung nähert, ohne den Betrieb des Auslassstopps 64 zu beeinträchtigen, was in einer Konstruktion geschehen könnte, bei der ein Überlaufdurchgang oder Überlaufventil selbst für die Drosselung der Strömung sorgt.
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Die Kraftstoffeinspritzdüse 40 umfasst ferner einen Stapelspeicher 76, der zumindest zum Teil innerhalb des Gehäuses 54 positioniert ist und eine Vielzahl von Stapelspeicherkomponenten 78, 80, 82 aufweist, die innerhalb des Einspritzdüsenkörpers 42 positioniert sind. Die Geräuschunterdrückung 74 kann eine Anordnung aus einer Vielzahl von Stapelkomponenten 82 und eine Strömungsbegrenzung 84 mit einer darin ausgebildeten Strömungsdrosselungsmündung 86 beinhalten. In 2 ist die Geräuschunterdrückung 74 so dargestellt, wie sie in der Auslasskonfiguration erscheinen könnte. Nun auch bezugnehmend auf 3 wird dort eine vergrößerte Darstellung gezeigt, die zusätzliche Merkmale der Geräuschunterdrückung 74 in größerem Detail veranschaulicht. Dort ist die eine der Vielzahl von Stapelspeicherkomponenten 82, die ein im Wesentlichen zylindrisches Stapelspeicherstück umfassen kann, zu sehen, wobei die Strömungsbegrenzung 84 zumindest zum Teil innerhalb einer in der Komponente 82 ausgebildeten Eintiefung 92 positioniert ist. Aus 3 ist auch erkennbar, dass eine Einspritzdüsenkörper-Längsachse 100 sich allgemein entlang einer Mittellinie der Komponente 82 und der benachbarten Komponente 56 nach unten erstreckt. Der Stößelhohlraum 48 wird zum Teil durch die Komponente 56 und zum Teil durch die Komponente 82 gebildet, und zum Teil auch durch die Strömungsbegrenzung 84 selbst. Ein Abschnitt des Überlaufdurchgangs 50 erstreckt sich durch die Komponente 82, und die Komponente 82 bildet ferner eine gemeinsame Fluidverbindung 88 des Stößelhohlraums 48 mit jedem von dem Überlaufdurchgang 50 und dem Düsenversorgungsdurchgang 52, die einen Einlass-/Auslassdurchgang beinhaltet. Eine Verzweigung 90 ist zwischen dem Überlaufdurchgang 50 und dem Düsenversorgungsdurchgang 52 ausgebildet. In einer Ausführungsform kann die Verzweigung 90 eine Wannenverbindung beinhalten, welche die charakteristische, in den Zeichnungen dargestellte Wannen- oder Beckenform aufweist. Wie vorstehend erwähnt, weist die Komponente 82 eine darin ausgebildete Eintiefung 92 auf, und die Strömungsbegrenzung 84 ist zumindest zum Teil innerhalb der Eintiefung 92 positioniert.
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In 3 ist die Geräuschunterdrückung 74 so dargestellt, wie sie in der Einlasskonfiguration erscheinen könnte. Die Komponente 56 weist eine Bodenoberfläche 96 auf, und die Strömungsbegrenzung 84 ist zwischen der Komponente 82 und der Komponente 56 gefangen und zwischen einer ersten Anschlagstellung in Kontakt mit der Komponente 82, wie in 1 dargestellt, und einer zweiten Anschlagstellung in Kontakt mit der Komponente 56 beweglich. In der ersten Anschlagstellung kann die Strömungsbegrenzung 84 einen Sitz 94, etwa einen flachen Sitz, blockieren, der sich in Umfangsrichtung um den Einlass/Auslassdurchgang 88 herum erstreckt. In der zweiten Anschlagstellung kann die Strömungsbegrenzung 84 mit der Bodenoberfläche 96 in Kontakt stehen. Es ist zu sehen, dass die Strömungsbegrenzung 84 eine Scheiben-Zentralachse 110 definiert, die radial von der Einspritzdüsenkörper-Längsachse 100 versetzt ist. Sowohl in der ersten Anschlagstellung als auch der zweiten Anschlagstellung kann die Strömungsdrosselungsmündung 86 die Fluidkommunikation zwischen dem Einlass/Auslassdurchgang 88 und dem Stößelhohlraum 48 bereitstellen. In der ersten Anschlagstellung, in welcher die Strömungsbegrenzung 84 den Sitz 94 blockiert, kann nur die Fluidkommunikation zwischen Einlass/Auslassdurchgang 88 und Stößelhohlraum 48 durch die Strömungsdrosselungsmündung 86 vorliegen. In der zweiten Anschlagstellung liegt, wie in 3 dargestellt, neben der Fluidkommunikation, die durch die Strömungsdrosselungsmündung 86 bereitgestellt wird, auch eine Fluidkommunikation um die und an der Strömungsbegrenzung 84 vorbei vor. Daher wird klar sein, dass ein Fluidfließquerschnitt in den Stößelhohlraum 48 hinein, also der oben erläuterte Kraftstoff-Einlass-Fließquerschnitt, geringfügig größer als der Fließquerschnitt aus dem Stößelhohlraum 48 heraus, also der oben erläuterte Kraftstoff-Ausgabe-Fließquerschnitt, sein kann, auf Grundlage der Einstellung der Geräuschunterdrückung 74 zwischen der Einlasskonfiguration und der Auslasskonfiguration. Der Kraftstoff-Einlass-Fließquerschnitt wird somit durch die Komponente 82 und die Strömungsbegrenzung 84 definiert, während der Kraftstoff-Ausgabe-Fließquerschnitt nur durch die Strömungsbegrenzung 84 definiert wird. Die Strömungsbegrenzung 84 kann somit so verstanden werden, dass sie sich analog zu einem Rückschlagventil verhält, jedoch nur die Abgabe der Strömung durch die Strömungsdrosselungsmündung 86 erlaubt. In einer Implementierung umfasst die Strömungsbegrenzung 84 eine Scheibe mit der zentral darin angeordneten Strömungsdrosselungsmündung 86. Andere Ausführungsformen könnten eine unterschiedliche Strömungsbegrenzungskonstruktion, mehrere Strömungsbegrenzungen oder mehrere Öffnungen, eine Positionierung der Strömungsbegrenzung 84 zwischen anderen Stapelspeicherkomponenten oder noch eine weitere Anordnung umfassen. Die Pfeile in 3 veranschaulichen eine beispielhafte Strömungsrichtung des Überlaufdurchgangs 50 in die Fluidverbindung, die durch den Einlass/Auslassdurchgang 88 gebildet wird, und in den Stößelhohlraum 48.
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Nun auch bezugnehmend auf 4 ist dort die Geräuschunterdrückung 74 so dargestellt, wie sie erscheinen könnte, wenn sie beginnt, sich aus ihrer Einlasskonfiguration in ihre Auslasskonfiguration zu bewegen. In 3 kann sich der Stößel 60 nach oben zu einer zurückgezogenen Stellung hin bewegen. In 4 kann der Stößel 60 sich stattdessen nach unten zu einer vorgerückten Hubendstellung hin bewegen. Der Verlauf des Stößels 60 zwischen seiner zurückgezogenen Stellung und seiner vorgerückten Stellung kann die Stellung der Strömungsbegrenzung 84 und ihre Bewegung zwischen der ersten Anschlagstellung und der zweiten Anschlagstellung beeinträchtigen. Dementsprechend kann sich die Strömungsbegrenzung 84 in Ansprechen auf die Bewegung des Stößels 60 zu seiner zurückgezogenen Stellung hin von der ersten Anschlagstellung zu der zweiten Anschlagstellung hin bewegen, und kann sich in Ansprechen auf die Bewegung des Stößels 60 zu seiner vorgerückten Stellung hin von der zweiten Anschlagstellung zurück zu der ersten Anschlagstellung hin bewegen. Die Strömungsbegrenzung 84 und die Strömungsdrosselungsmündung 86 können abgestimmte Größen aufweisen, um die gewünschten Resultate bereitzustellen. In der Regel wird es wünschenswert sein, den Stößelhohlraum 48 ausreichend für die Kraftstoffeinspritzung zu befüllen, wenn der Stößel 60 sich in Ansprechen auf die Bewegung des Kipphebels 26 zu seiner zurückgezogenen Stellung hin bewegt. Außerdem wird es wünschenswert sein, dass die Strömungsdrosselungsmündung 86 so dimensioniert wird, um den Druckverlust zwischen dem Stößelhohlraum 48 und einer Aussackung (nicht beziffert) in dem Einspritzdüsenkörper 42 in fluidmäßiger Verbindung mit dem Düsenauslass 46 zu minimieren. Es ist auch wünschenswert, dass die Mündung 86 auf solche Weise verbunden ist, dass sie die Eigenschaften des Einspritzendes nicht verändert, etwa die Fähigkeit, die Kraftstoffeinspritzung rapide und abrupt abzuschneiden, um Nachtröpfeln oder andere unerwünschte Phänomene zu vermeiden. Außerdem ist es ferner wünschenswert, dass die Mündung 86 so dimensioniert wird, dass ein gewisses Niveau an Rückstaudruck innerhalb des Stößelhohlraum 48 an dem Ende der Einspritzung erzeugt wird. Dies kann so verstanden werden, dass der Rückstaudruck einen Dämpfungseffekt auf den Ventilzug 20 und ggf. auf einen benachbarten und zugehörigen Getriebezug in dem Motorsystem 10 ausübt, um zu ermöglichen, die Geräusche des Getriebezuges und des Ventilzuges zu verringern, während die Kosten im Vergleich zu anderen Geräuschunterdrückungsstrategien verringert werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wenn keine Kraftstoffeinspritzung gewünscht wird, kann das Überlaufventil 66 in der offenen Stellung gehalten werden, so dass der Stößel 60 sich zwischen der vorgerückten Stellung und der zurückgezogenen Stellung bewegt, um passiv den Kraftstoff zu dem und von dem Kraftstoffeinlass 44 weg hin und her zu bewegen. Wenn die Kraftstoffeinspritzung gewünscht wird, kann der Stößelhohlraum 48 wie hierin beschrieben mit Druck beaufschlagt werden, indem der Stößel 60 durch den Stößelhohlraum 48 bei geschlossenem Überlaufventil 66 zu seiner vorgerückten Stellung hin vorgerückt wird. Erhöhter Hydraulikdruck in der Kraftstoffeinspritzdüse 40 kann auf den Auslassstopp 64 wirken, um den Auslassstopp 64 zu veranlassen, zu öffnen und Kraftstoff aus dem Düsenauslass 46 zu sprühen. Wenn ein Ende der Kraftstoffeinspritzung gewünscht wird, kann das Drucklosmachen des Stößelhohlraums 48 durch Öffnen des Überlaufventils 66 ausgelöst werden. Wie hierin erläutert kann das Öffnen des Überlaufventils 66 relativ rasch erfolgen und kann erfolgen, bevor der Stößel 60 eine vorgerückte Hubendstellung erreicht. Ist das Überlaufventil 66 offen, nimmt der Druck in der Kraftstoffeinspritzdüse 40 ab und der Auslassstopp 64 kann schließen, um den Düsenauslass 46 zu blockieren. Wie ebenfalls hierin erläutert, könnte in existierenden Konstruktionen das rasche Drucklosmachen des Stößelhohlraums zur übermäßigen Geräuschbildung neigen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Abführen von Kraftstoff aus dem Stößelhohlraum 48 nach dem Öffnen des Überlaufventils 66 und Auslösen des Drucklosmachens des Stößelhohlraums 48 durch den Geräuschunterdrücker 74 gedrosselt werden, wenn die Strömungsbegrenzung 84 die zweite Anschlagstellung erreicht, die den Sitz 94 blockiert. Als Ergebnis kann die Rückführung von Energie, die in der Kraftstoffeinspritzdüse 40 gespeichert ist, auf den Ventilzug 20 und einen zugehörigen Getriebezug verzögert werden, so dass die Geräuschbildung vermindert wird.
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Nun bezugnehmend auf 5 wird dort ein Diagramm 200 dargestellt, das verschiedene Betriebseigenschaften eines Motors und Kraftstoffsystems für eine bekannte Konstruktion ohne Geräuschunterdrückung in unterbrochenen Linien veranschaulicht, und für einen Motor und ein Kraftstoffsystem mit einer Geräuschunterdrückung gemäß der vorliegenden Offenbarung in durchgezogenen Linien. Bei 210 zeigt eine Signalkurve die Nockengeschwindigkeit in Meter pro Sekunde auf der Y-Achse, und den Kurbelwinkel auf der X-Achse. Bei 220 ist die lineare Verschiebung des Überlaufventils in Millimeter auf der Y-Achse dargestellt und der Kurbelwinkel auf der X-Achse. Bei 230 ist ein Kipphebeldruck in Megapascal auf der Y-Achse und der Kurbelwinkel auf der X-Achse dargestellt. Die Bezugszahl 275 weist auf einen Abschnitt der Signalkurve der vorliegenden Offenbarung, der zu beobachten sein könnte, wenn der Stößel sich der vorverschobenen Hubendstellung annähert. Die Bezugszahl 280 weist auf einen analogen Abschnitt der Signalkurve für die bekannte Konstruktion. Bei 240 ist ein Stößelhohlraumdruck in Megapascal auf der Y-Achse und der Kurbelwinkel auf der X-Achse dargestellt. Bezugszahl 290 identifiziert, was in einer bekannten Konstruktion beobachtet werden könnte (im Vergleich mit einer Konstruktion gemäß der vorliegenden Offenbarung, die bei 285 dargestellt ist), wenn ein Stößel sich der vorverschobenen Hubendstellung annähert. Bei 250 ist eine Auslassstoppstellung in Millimeter auf der Y-Achse im Vergleich mit dem Kurbelwinkel auf der Y-Achse dargestellt. Die Kurve 260 veranschaulicht den Aussackungs-Druck in Megapascal auf der Y-Achse im Vergleich mit dem Kurbelwinkel auf der X-Achse, während die Kurve 270 die volumetrische Kraftstoffströmung am Auslassstoppsitz in Liter pro Minute auf der Y-Achse im Vergleich mit dem Kurbelwinkel auf der X-Achse zeigt.
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Aus den Kurven 210, 220, 250, der Kurve 260 und der Kurve 270 ist zu sehen, dass erwartete Beobachtungen zwischen der bekannten Konstruktion und der Konstruktion gemäß der vorliegenden Offenbarung ähnlich sind. In den Kurven 230 und 240 sind jedoch mehrere Unterschiede evident. Das Drucklosmachen des Stößelhohlraums ist in der Konstruktion gemäß der vorliegenden Offenbarung tendenziell eher graduell, wie in der Kurve 240 zu sehen ist. Analog verringert sich der Kipphebeldruck, der in Kurve 230 abgebildet ist, eher graduell. Ferner ist auch zu erkennen, dass die Kipphebeldruckschwankungen, die in der bekannten Konstruktion zu sehen sind, die als aufeinanderfolgende Höcker, beginnend bei etwa 30 Grad Kurbelwinkel, dargestellt sind, in der Konstruktion gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht aufscheinen.
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Nun bezugnehmend auf 6 ist dort ein Graph 300 dargestellt, der den Druck in Megapascal auf der Y-Achse im Vergleich mit der Zeit in Millisekunden auf der X-Achse für eine bekannte Konstruktion 380 im Vergleich mit einer Konstruktion gemäß der vorliegenden Offenbarung 375 zeigt. Der Graph 300 stellt dar, was für die Stößelhohlraumdrücke beobachtet werden könnte, kurz vor dem und kurz nach dem Öffnen des Überlaufventils. Die Linie 380 zeigt, dass der Druck rasch etwa vom Zeitpunkt t = 9,8 Millisekunden bis etwa zu dem Zeitpunkt t = 10,1 Millisekunden ansteigt, dann aber in Ansprechen auf das Öffnen des Überlaufventils rasch abfällt. Die Linie 375 zeigt, dass der Druck rasch etwa vom Zeitpunkt t = 9,6 Millisekunden bis etwa zu dem Zeitpunkt t = 10,2 Millisekunden ansteigt, dann aber in Ansprechen auf das Öffnen des Überlaufventils rasch abfällt. Es ist erkennbar, dass die Spitzendrücke bei Verwendung einer Geräuschunterdrückung gemäß der vorliegenden Offenbarung aufgrund der Drosselung der Ausströmung von druckbeaufschlagtem Kraftstoff etwas höher sein können, zum Beispiel etwa 4 % höher, als in der bekannten Konstruktion. Es sollte daher auch klar sein, dass das Erzeugen und Rückhalten dieses höheren Fluiddrucks in dem Stößelhohlraum im Vergleich zu einer bekannten Konstruktion eine Neigung, dass der Stößelhohlraumdruck bis zu dem Punkt, an dem die Trennung von Ventilzug- oder Getriebezugkomponenten erfolgt, begrenzen kann.
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Die vorliegende Beschreibung dient rein dem Zweck der Darstellung und sollte nicht dahingehend verstanden werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Dem Fachmann wird klar sein, dass verschiedene Abwandlungen der hierin offenbarten Ausführungsformen gemacht werden können, ohne vom vollen und fairen Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei Prüfung der beigefügten Zeichnungen und der folgenden Ansprüche klar werden. Wie hierin verwendet soll der Artikel „ein/e/r“ und „eines“ eine oder mehrere Gegenstände einschließen und kann daher austauschbar mit „ein/e/r oder mehrere“ verwendet werden. Wo nur ein Gegenstand gemeint ist, wird das Zahlwort „(genau) ein“ oder eine gleichwertige Formulierung verwendet. Wie hierin verwendet sind auch die Begriffe „weist auf, weisen auf, aufweisen“ oder dergleichen als umfangsoffene Begriffe zu verstehen. Ferner ist der Ausdruck „auf der Grundlage“ als „zumindest zum Teil auf Grundlage“ zu verstehen, es sei denn, es wird etwas anderes explizit angeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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