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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf ein Steuersystem und ein Steuerverfahren
gerichtet, und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung
des Betriebs einer Brennstoffeinspritzvorrichtung.
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Hintergrund
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Motoren
mit Brennstoffeinspritzung verwenden Einspritzvorrichtungen, um
Brennstoff in die Brennkammern des Motors einzuleiten. Die Einspritzvorrichtungen
können
hydraulisch oder mechanisch betätigt
sein, und zwar mit einer mechanischen, hydraulischen oder elektrischen
Steuerung der Brennstofflieferung. Beispielsweise weist eine mechanisch
betätigte,
elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Stößel auf,
der durch einen nockengetriebenen Kipphebel bewegbar ist, um Brennstoff
innerhalb einer Bohrung der Einspritzvorrichtung unter Druck zu
setzen. Eine oder mehrere elektronische Vorrichtungen, die in der
Einspritzvorrichtung angeordnet sind, werden dann betätigt, um
den unter Druck gesetzten Brennstoff in die Brennkammern des Motors
bei einer oder mehreren vorbestimmten Bedingungen bzw. Zeitpunkten
zu liefern.
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Ein
Beispiel einer mechanisch betätigten, elektronisch
gesteuerten Brennstoffeinspritzvorrichtung wird im
US-Patent 6 856 222 (dem '222-Patent) beschrieben,
dass am 15. Februar 2005 an Forck erteilt wurde. Das '222-Patent beschreibt
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem federvorgespannten
elektromagnetgesteuerten Überlaufventil
und einem federvorgespannten elektromagnetgesteuerten Einspritzsteuerventil.
Sowohl das Überlaufventil,
als auch das Einspritzsteuerventil sind mit einem nockengetriebenen
Stößel bzw.
Plunger, und einer Steuerkammer einer Ventilnadel assoziiert. Wenn
der Stößel anfänglich durch
eine Nocke in eine Bohrung in der Brennstoffeinspritzvorrichtung
gedrückt
wird, fließt
Brennstoff innerhalb der Bohrung über das Überlaufventil zu einem Niederdruckablauf.
Wenn das Überlaufventil
elektrisch während
einer weiteren Bewegung des Stößels in
die Bohrung geschlossen ist, baut sich ein Druck innerhalb der Bohrung
auf. Wenn eine Brennstoffeinspritzung erwünscht ist, wird das Einspritzsteuerventil
elektronisch bewegt, um die Steuerkammer mit dem Niederdruckablauf
zu verbinden, dass somit eine Bewegung der Ventilnadel weg von einem
Sitz gestattet, um die Einspritzung zu beginnen. Um die Einspritzung
zu beenden, trennt das Einspritzsteuerventil die Steuerkammer vom
Niederdruckablauf, um das Nadelventil zu seinem Sitz zurück zu bringen.
Die Zeit, während
der die Ventilnadel von ihrem Sitz entfernt ist, bestimmt die eingespritzte Brennstoffmenge.
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Obwohl
die Einspritzvorrichtung des '222-Patentes
ausreichend Brennstoff in die Brennkammern eines Motors einspritzen
kann, kann es eventuell keine präzise
Einspritzsteuerung haben. Insbesondere kann die Brennstofflieferungssteuerung
basierend auf einer vergangenen Periode der Einspritzdauer bezüglich der
Wiederholbarkeit und der Genauigkeit schlecht sein, und zwar wegen
Variationen von Einspritzvorrichtung zu Einspritzvorrichtung und
wegen variierenden Betriebsbedingungen des Motors, wie beispielsweise
Drehzahl, Last, Temperatur, Viskosität und andere bekannte Motorbetriebsbedingungen.
Zusätzlich
können
Systeme, die eine Einspritzvorrichtungssteuerung basierend auf Zeitdauern
und allgemeinen Nachschautabellen bzw. Kennfeldern einrichten, nur
in begrenzten kalibrierten Betriebsbedingungen des Motors genau
sein und können
Verluste bei Wiederholbarkeit und Präzision mit der Zeit erleiden,
wenn die Komponenten des Brennstoffsystems sich abnutzen.
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Das
Steuerverfahren der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben
dargelegten Probleme.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle gerichtet. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
weist einen nockengetriebenen Stößel bzw.
Plunger auf, der hin und her beweglich innerhalb einer Bohrung angeordnet
ist, um Brennstoff in der Bohrung unter Druck zu setzen, weiter
ein Düsenglied
mit einem spitzen Ende mit mindestens einer Zumessöffnung,
und eine Ventilnadel mit einem Basisende und einem Spitzenende. Das
Nadelventil ist in dem Düsenglied
angeordnet und ist gegen eine Federvorspannung bewegbar, um einen
Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff durch die mindestens
eine Zumessöffnung
zu gestatten. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist auch ein elektronisch
gesteuertes Rückschlagventil
in Strömungsmittelverbindung
mit der Bohrung und dem Basisende der Ventilnadel auf. Das elektronisch
gesteuert e Rückschlagventil
ist bewegbar zwischen einer ersten Position, in der die Bohrung
strömungsmittelmäßig mit
dem Basisende der Ventilnadel in Verbindung ist, und einer zweiten
Position, in der das Basisende der Ventilnadel strömungsmittelmäßig mit
einem Ablauf in Verbindung ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
weist weiter eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem elektronisch
gesteuerten Rückschlagventil
auf. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um eine Anzeige einer
erwünschten
Einspritzstartzeit bezüglich
einer Winkelposition der Kurbelwelle und eine erwünschte Einspritzmenge
aufzunehmen. Die Steuervorrichtung ist auch konfiguriert, um eine
Verschiebungs- bzw. Verdrängungsposition des
Stößels entsprechend
der Winkelposition der Kurbelwelle zu bestimmen, einen Startstrom
für das elektronisch
gesteuerte Rückschlagventil
im Verhältnis
zur Stößelverschiebung
in der Bohrung zu bestimmen, der den erwünschten Einspritzstartzeitpunkt
zur Folge hat, und einen Endstrom für das elektronisch gesteuerte
Rückschlagventil
im Verhältnis zur
Stößelverschiebung
in der Bohrung zu bestimmen, der die erwünschte Einspritzmenge zur Folge hat.
Die Steuervorrichtung ist weiter konfiguriert, um den bestimmten
Start, und das bestimmte Ende des Stroms für das elektronisch gesteuerte
Rückschlagventil
zu beeinflussen.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren
zum Betrieb einer Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle gerichtet. Das Verfahren weist
auf, durch Nocken einen Stößel innerhalb
einer Bohrung anzutreiben, um Brennstoff unter Druck zu setzen und
den unter Druck gesetzten Brennstoff zu mindestens einer Zumessöffnung eines
Düsengliedes
und zu dem Basisende einer Ventilnadel zu leiten, die in dem Düsenglied
angeordnet ist. Das Verfahren weist auch auf, eine Anzeige eines
erwünschten
Einspritzstartzeitpunktes im Verhältnis zu einer Winkelposition
der Kurbelwelle und eine erwünschte Einspritzmenge
aufzunehmen. Das Verfahren weist weiter auf, elektronisch ein Rückschlagventil
zu bewegen, um den unter Druck gesetzten Brennstoff aus dem Basisende
der Ventilnadel abzuleiten, um zu gestatten, dass der unter Druck
gesetzte Brennstoff durch die mindestens eine Zumessöffnung zum
erwünschten
Einspritzzeitpunkt mit der Menge der erwünschten Einspritzmenge fließt. Das
elektronische Bewegen des Rückschlagventils
weist auf, einen Startstrom für
das elektronisch gesteuerte Rückschlagventil
im Verhältnis
zur Stößelverschiebung
in der Bohrung zu bestimmen, der den erwünschten Einspritzstartzeitpunkt
zur Folge hat, weiter einen Endstrom für das elektronisch gesteuerte
Rückschlagventil
im Verhältnis
zu einer Stößelverschiebung
in der Bohrung zu bestimmen, der die erwünschte Einspritzmenge zur Folge
hat, und den erwünschten
Start- und Endstrom des elektronisch gesteuerten Rückschlagventils
zu beeinflussen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische und diagrammartige Veranschaulichung eines beispielhaft
offenbarten Brennstoffsystems;
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2 ist
eine aufgeschnittene Veranschaulichung einer beispielhaft offenbarten
Brennstoffeinspritzvorrichtung, für das Brennstoffsystem der 1;
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3A-3E sind
Schaltungsdiagramme für
die Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2; und
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Betriebsverfahren
für die
Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2 abbildet.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht
einen Motor 10 und ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffsystems 12. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist
der Motor 10 als ein 4-Takt-Dieselmotor abgebildet und
beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 10 irgendeine
andere Art eines Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielsweise ein
Benzinmotor oder ein mit gasförmigem
Brennstoff angetriebener Motor.
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Der
Motor 10 kann einen Motorblock 14 aufweisen, der
eine Vielzahl von Zylindern 16 definiert, einen Kolben 18,
der verschiebbar in jedem Zylinder 16 angeordnet ist, und
einen Zylinderkopf 20, der mit jedem Zylinder 16 assoziiert
ist.
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Der
Zylinder 16, der Kolben 18 und der Zylinderkopf 20 können eine
Brennkammer 22 bilden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weist der Motor 10 sechs Brennkammern 22 auf.
Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Motor 10 eine größere oder
geringere Anzahl von Brennkammern 22 aufweisen kann, und
dass die Brennkammern 22 in einer „Reihenkonfiguration", in einer „V-Konfiguration" oder in irgendeiner
anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein können.
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Wie
ebenfalls in 1 gezeigt, kann der Motor 10 eine
Kurbelwelle 24 aufweisen, die drehbar in dem Motorblock 14 angeordnet
ist. Eine Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 26 kann jeden
Kolben 18 mit der Kurbelwelle 24 verbinden, so
dass eine Gleitbewegung des Kolbens 18 innerhalb jedes jeweiligen
Zylinders 16 eine Drehung der Kurbelwelle 24 zur
Folge hat. In ähnlicher
Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine Gleitbewegung
des Kolbens 18 zu Folge haben.
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Das
Brennstoffsystem 12 kann Komponenten aufweisen, die zusammen
arbeiten, um Einspritzungen von unter Druck gesetztem Brennstoff
in jede Brennkammer 22 zu liefern. Insbesondere kann das Brennstoffsystem 12 einen
Tank 28 aufweisen, der konfiguriert ist, um einen Brennstoffvorrat
zu halten, weiter eine Brennstoffpumpanordnung 30, die
konfiguriert ist, um den Brennstoff unter Druck zu setzen, und den
unter Druck gesetzten Brennstoff zu einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 durch
eine Sammelleitung 34 zu leiten, und ein Steuersystem 35.
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Die
Brennstoffpumpanordnung 30 kann eine oder mehrere Pumpvorrichtungen
aufweisen, die dahingehend wirken, dass sie den Druck des Brennstoffes
steigern und einen oder mehrere Ströme von unter Druck gesetztem
Brennstoff zur Sammelleitung 34 leiten. In einem Beispiel
weist die Brennstoffpumpanordnung 30 eine Niederdruckquelle 36 auf.
Die Niederdruckquelle 36 kann eine Transferpumpe verkörpern, die
konfiguriert ist, um eine Niederdruckeinspeisung in die Sammelleitung 34 über eine
Brennstoffleitung 42 zu liefern. Ein Rückschlagventil 44 kann
in der Brennstoffleitung 42 angeordnet sein, um einen Fluss
von Brennstoff in einer Richtung von der Brennstoffpumpanordnung 30 zur
Sammelleitung 34 zu liefern. Es wird in Betracht gezogen,
dass die Brennstoffpumpanordnung 30 zusätzliche und/oder andere Komponenten
aufweisen kann, als jene, die oben aufgelistet wurden, wie beispielsweise
eine Hochdruckquelle, die in Reihe mit der Niederdruckquelle 36 angeordnet
ist.
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Die
Niederdruckquelle 36 kann betriebsmäßig mit dem Motor 10 verbunden
sein und durch eine Kurbelwelle 24 angetrieben werden.
Die Niederdruckquelle 36 kann mit der Kurbelwelle 24 in
irgendeiner Weise verbunden sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich
ist, wo eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine entsprechende
Drehung einer Pumpenantriebswelle zur Folge haben wird. Beispielsweise
ist eine Pumpenantriebswelle 46 der Niederdruckquelle 36 in 1 derart
gezeigt, dass sie mit der Kurbelwelle 24 durch einen Antriebs-
bzw. Getriebestrang 48 verbunden ist. Es wird jedoch in Betracht
ge zogen, dass die Niederdruckquelle 36 alternativ elektrisch,
hydraulisch, pneumatisch oder in irgendeiner anderen geeigneten
Weise angetrieben sein kann.
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Die
Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 können innerhalb der Zylinderköpfe 20 angeordnet
sein und mit der Sammelleitung 34 durch eine Vielzahl von
Brennstoffleitungen 50 verbunden sein. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 kann
betreibbar sein, um eine Menge von unter Druck gesetztem Brennstoff
in eine assoziierte Brennkammer 22 zu vorbestimmten Zeitpunkten,
mit vorbestimmten Brennstoffdrücken
und vorbestimmten Brennstoffmengen einzuspritzen. Der Zeitpunkt
der Brennstoffeinspritzung in die Brennkammer 22 kann mit
der Bewegung des Kolbens 18 synchronisiert sein. Beispielsweise
kann der Brennstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 sich
der oberen Totpunktposition in einem Kompressionshub nähert, um
eine durch Verdichtung gezündete
Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes zu gestatten. Alternativ
kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 den
Kompressionshub beginnt, während
er sich zur oberen Totpunktposition hin bewegt, und zwar für einen
Betrieb mit homogener kompressionsgezündeter Ladung (HCCl-Betrieb).
Der Brennstoff kann auch eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 sich
von einer oberen Totpunktposition zu einer unteren Totpunktposition
während
eines Expansionshubes bewegt, und zwar für eine späte Nacheinspritzung, um eine
reduzierende Atmosphäre
für eine
Nachbehandlungsregeneration zu erzeugen. Um diese speziellen Einspritzereignisse
zu erreichen, kann der Motor 10 eine Einspritzung von Brennstoff
vom Steuersystem 35 zu einem speziellen Einspritzstartzeitpunkt (SOI-Zeitpunkt,
SOI = start of injection) anfordern, weiter mit einem speziellen
Einspritzstartdruck, mit einem speziellen Einspritzenddruck (EOI-Druck,
EOI = end of injection) und/oder kann eine spezielle eingespritzte
Brennstoffmenge anfordern.
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Das
Steuersystem 35 kann den Betrieb von jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 ansprechend auf
eine oder mehrere Eingangsgrößen steuern.
Insbesondere kann das Steuersystem 35 eine Steuervorrichtung 53 aufweisen,
die mit den Brennstoffvorrichtungen 32 durch eine Vielzahl
von Verbindungsleitungen 51 in Verbindung steht, und mit
einem Sensor 57 durch eine Kommunikationsleitung 59 in
Verbindung steht. Die Steuervorrichtung 53 kann konfiguriert
sein, um einen Brennstoffeinspritzzeitpunkt, einen Brennstoffeinspritzdruck
und eine Brennstoffeinspritzmenge zu steuern, indem sie eine Stromwellenform
oder eine Sequenz von bestimmten Stromwellenformen an jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 basierend
auf einer Eingangsgröße vom Sensor 57 anlegt.
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Die
Zeitsteuerung der angelegten Stromwellenform oder der Sequenz von
Wellenformen kann durch eine Überwachung
einer Winkelposition der Kurbelwelle 24 über den
Sensor 57 erleichtert werden. Insbesondere kann der Sensor 57 einen
Magnetaufnehmersensor aufweisen, der konfiguriert ist, um eine Winkelposition,
eine Winkelgeschwindigkeit und/oder eine Winkelbeschleunigung der
Kurbelwelle 24 abzufühlen.
Aus der abgefühlten
Winkelinformation der Kurbelwelle 24 und den bekannten
geometrischen Beziehungen, kann die Steuervorrichtung 53 die
Position von einer oder mehreren Komponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 berechnen können, die
betriebsmäßig von
der Kurbelwelle 24 angetrieben werden, und kann dadurch
den Einspritzzeitpunkt, den Einspritzdruck und die Einspritzmenge
als eine Funktion der berechneten Position steuern.
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Die
Steuervorrichtung 53 kann einen einzelnen Mikroprozessor
oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel zur Steuerung
eines Betriebs der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 aufweisen. Zahlreiche
kommerziell erhältliche
Mikroprozessoren können
konfiguriert werden, um die Funktionen der Steuervorrichtung 53 auszuführen. Es
sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 53 leicht eine
allgemeine Arbeitsmaschine oder einen Motormikroprozessor verkörpern kann,
der bzw. die fähig
ist, zahlreiche Arbeitsmaschinen- oder
Motorfunktionen zu steuern. Die Steuervorrichtung 53 kann
alle Komponenten aufweisen, die erforderlich sind, um eine Anwendung laufen
zu lassen, wie beispielsweise einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung,
und einen Prozessor, wie beispielsweise eine zentrale Verarbeitungs einheit
oder irgendwelche anderen Mittel, die in der Technik zur Steuerung
von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 bekannt sind. Verschiedene
andere bekannte Schaltungen können
mit der Steuervorrichtung 53 assoziiert sein, die eine
Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung,
eine Elektromagnettreiberschaltung, eine Verbindungsschaltung und
andere geeignete Schaltungen aufweisen.
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Wie
in 2 veranschaulicht, kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine
mechanisch betätigte
Pumpe-Düse-Brennstoffeinspritzvorrichtung
verkörpern.
Insbesondere kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung durch eine
Nockenanordnung 52 angetrieben werden, um selektiv Brennstoff
in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 auf ein erwünschtes
Druckniveau unter Druck zu setzen. Die Nockenanordnung 52 kann
eine Nocke 54 aufweisen, die betriebsmäßig mit der Nockenwelle 24 verbunden
ist, so dass eine Drehung der Nockenwelle 24 eine Entsprechung
der Nocke 54 zur Folge hat. Beispielsweise kann die Nockenanordnung 52 mit
der Nockenwelle 24 durch einen (nicht gezeigten) Antriebsstrang bzw.
Getriebestrang, durch eine (nicht gezeigte) Ketten-Kettenrad-Anordnung
bzw. Steuerkettenanordnung oder in irgendeiner anderen geeigneten
Weise verbunden sein. Wie genauer unten beschrieben wird, kann während der
Drehung der Nocke 54 ein Nockenansatz 56 der Nocke 54 periodisch
eine Pumpwirkung der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 über einen
schwenkenden Kipphebel 58 antreiben. Es wird in Betracht
gezogen, dass die Pumpwirkung der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 alternativ
direkt durch den Nockenansatz 56 ohne die Anwendung des
Kipphebels 58 angetrieben werden kann, oder dass eine (nicht
gezeigte) Druckstange zwischen dem Kipphebel 58 und der
Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 angeordnet sein kann.
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Die
Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 kann mehrere Komponenten
aufweisen, die zusammenwirken, um Brennstoff unter Druck zu setzen
und diesen in die Brennkammer 22 des Motors 10 einzuspritzen,
und zwar ansprechend auf die Antriebsbewegung der Nockenanordnung 52.
Insbesondere kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 einen
Einspritzvorrichtungskörper 60 mit einem
Düsenteil 62 aufweisen,
weiter einen Stößel bzw.
Plunger 72, der in einer Bohrung 74 des Einspritzvorrichtungskörpers 60 angeordnet
ist, eine Stößelfeder 75,
eine Ventilnadel 76, eine (nicht gezeigte) Ventilnadelfeder,
ein Überlaufventil 68,
eine Überlaufventilfeder 70,
eine erste elektrische Betätigungsvorrichtung 64,
ein direkt betätigtes
Rückschlagventil
(DOC-Ventil, DOC
= direct operated check) 80, eine DOC-Feder 82 und eine
zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 66. Es
wird in Betracht gezogen, dass zusätzliche oder andere Komponenten
in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 vorgesehen sein
können,
wie beispielsweise eingeschränkte
Zumessöffnungen,
Druckausgleichsdurchlasswege, Akkumulatoren und andere in der Technik
bekannte Einspritzvorrichtungskomponenten.
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Der
Einspritzvorrichtungskörper 60 kann
ein im Allgemeinen zylindrisches Glied verkörpern, welches zur Montage
in dem Zylinderkopf 20 konfiguriert ist und einen oder
mehrere Durchlasswege hat. Insbesondere kann der Einspritzvorrichtungskörper 60 eine
Bohrung 74 aufweisen, die konfiguriert ist, um den Stößel 72 aufzunehmen,
eine Bohrung 84, die konfiguriert ist, um das DOC-Ventil 80 aufzunehmen, eine
Bohrung 86, die konfiguriert ist, um das Überlaufventil 68 aufzunehmen,
und eine Steuerkammer 90. Der Einspritzvorrichtungskörper 60 kann
auch eine Brennstofflieferungs- und Brennstoffrückleitung 88 in Verbindung
mit den Bohrungen 86, 74, 84, mit der
Steuerkammer 90 und dem Düsenteil 62 über die Stömungsmitteldurchlasswege 92 bzw. 94 bzw. 96 bzw. 98 aufweisen.
Die Steuerkammer 90 kann in direkter Verbindung mit der
Ventilnadel 76 sein, und selektiv abgeleitet werden, oder
mit unter Druck gesetztem Brennstoff beliefert werden, um eine Bewegung der
Ventilnadel 76 zu beeinflussen. Es wird in Betracht gezogen,
dass der Einspritzvorrichtungskörper 60 alternativ
ein Element aus mehreren Gliedern verkörpern kann, welches ein oder
mehrere Gehäuseglieder,
ein oder mehrere Führungsglieder
und irgendeine andere geeignete Anzahl und/oder Art von strukturellen
Gliedern aufnimmt.
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Der
Düsenteil 62 kann
genauso ein zylindrisches Glied mit einer mittigen Bohrung 100 und
einer Druckkammer 102 verkörpern. Die mittige Bohrung 100 kann
konfiguriert sein, um eine Ventilnadel 76 aufzunehmen.
Die Druckkammer 102 kann unter Druck gesetzten Brennstoff
enthalten, der vom Strömungsmitteldurchlassweg 98 in
Vorbereitung für
ein Einspritzereignis geliefert wird. Der Düsenteil 62 kann auch
eine oder mehrere Zumessöffnungen 104 aufweisen,
um zu gestatten, dass der unter Druck gesetzte Brennstoff von der
Druckkammer 102 durch die mittige Bohrung 100 in
die Brennkammern 22 des Motors 10 fließt.
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Der
Stößel 72 kann
verschiebbar in der Bohrung 74 angeordnet sein und kann
durch den Kipphebel 58 bewegbar sein, um den Brennstoff
in der Bohrung 74 unter Druck zu setzen. Insbesondere,
wenn der Nockenansatz 56 den Kipphebel 58 um einen Schwenkpunkt 108 schwenkt,
kann ein Ende des Kipphebels 58 gegenüberliegend zum Nockenansatz 56 den
Stößel 72 gegen
die Vorspannung der Stößelfeder 75 in
die Bohrung 74 drücken,
wodurch der Brennstoff in der Bohrung 74 verdrängt wird
und unter Druck gesetzt wird. Der von dem Stößel 72 unter Druck
gesetzte Brennstoff kann selektiv durch die Strömungsmitteldurchlasswege 92–98 zum Überlaufventil 68,
zum direkt gesteuerten Rückschlagventil bzw.
DOC-Ventil 80, zur Steuerkammer 90, zur Lieferungs-
und Rückleitung 88 und
zur Druckkammer 102 geleitet werden, die mit der Ventilnadel 76 assoziiert ist.
Wenn der Nockenansatz 56 sich weg vom Kipphebel 58 dreht,
kann die Stößelfeder 75 den
Stößel 72 nach
oben aus der Bohrung 74 zurückbringen, wodurch Brennstoff
in die Bohrung 74 zurückgezogen
wird.
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Das
Nadelventil 76 kann ein lang gestrecktes zylindrisches
Glied sein, welches verschiebbar in der mittigen Bohrung 100 des
Düsenteils 62 angeordnet ist.
Das Nadelventil 76 kann axial bewegbar sein und zwar zwischen
einer ersten Position, in der ein Spitzenende der Ventilnadel 76 einen
Brennstofffluss durch die Zumessöffnung 104 blockiert,
und einer zweiten Position, in der die Zumessöffnung 104 geöffnet ist,
um einen Brennstofffluss in die Brennkammer 22 zu gestatten.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Ventilnadel 76 ein
Element mit mehreren Gliedern mit einem Nadelglied und einem Kolbenglied
sein kann, oder ein einziges integrales Element.
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Die
Ventilnadel 76 kann mehrere hydraulische Antriebsflächen haben.
Beispielsweise kann die Ventilnadel 76 eine hydraulische
Fläche 105 aufweisen,
die an einem Basisende der Ventilnadel 76 gelegen ist,
um die Ventilnadel 76 mit der Vorspannung der Ventilnadelfeder
zu einer Zumessöffnungsblockierungsposition
zu treiben, wenn unter Druck gesetzter Brennstoff darauf wirkt.
Die Ventilnadel 76 kann auch eine hydraulische Oberfläche 106 aufweisen,
die der Vorspannung der Ventilnadelfeder entgegenwirkt, um die Ventilnadel
in der entgegengesetzten Richtung zu eine zweite Position oder Zumessöffnungsposition
zu treiben, wenn unter Druck gesetzter Brennstoff darauf wirkt.
Wenn beide Hydraulikflächen 105 und 106 im
wesentlichen den gleichen Strömungsmitteldrücken ausgesetzt
sind, kann die Kraft, die durch die Ventilnadelfeder auf die Ventilnadel 76 ausgeübt wird,
ausreichen, um die Ventilnadel 76 zu der Zumessöffnungsblockierungsposition
zu bewegen und die Ventilnadel 76 dort zu halten.
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Das Überlaufventil 68 kann
zwischen den Strömungsmitteidurchlasswegen 92 und 94 angeordnet
sein und kann konfiguriert sein, um selektiv zu gestatten, dass
Brennstoff, der aus der Bohrung 74 verdrängt wird,
durch den Strömungsmitteldurchlassweg 92 zur
Lieferungs- und Rückleitung 88 fliest,
wo der unter Druck gesetzte Brennstoff aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 austreten
kann. Insbesondere kann das Überlaufventil 68 ein
Ventilelement 110 aufweisen, welches mit der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 64 verbunden
ist. Das Ventilelement 110 kann einen Bereich mit vergrößertem Durchmesser 110a haben,
der mit einem Ventilsitz 112 in Eingriff zu bringen ist,
um selektiv Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff vom Strömungsmitteldurchlassweg 94 zum
Strömungsmitteldurchlassweg 92 zu
blockieren. Die Bewegung des Bereiches 110a weg vom Ventilsitz 112 kann
gestatten, dass der unter Druck gesetzte Brennstoff vom Strömungsmitteldurchlassweg 94 zum
Strömungsmitteldurchlassweg 92 fließt und aus
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 über die Lieferungs- und Rückleitung 88 austritt.
Wenn Brennstoff, der aus der Bohrung 74 gedrückt wird,
aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 über die
Lieferungs- und Rückleitung 88 austreten
kann, kann der Druckaufbau innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 aufgrund
der einwärts
gerichteten Verdrängung
des Stößels 72 minimal
sein. Wenn jedoch der Brennstoff von der Lieferungs- und Rückleitung 88 abgeblockt
wird, kann die Verdrängung
des Brennstoffes aus der Bohrung 74 eine Steigerung des
Druckes innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 auf
ungefähr
30000 psi zur Folge haben. Die Überlaufventilfeder 70 kann
so gelegen sein, dass sie das Überlaufventil 68 zur Flussdurchlassposition
vorspannt.
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Die
erste elektrische Betätigungsvorrichtung 64 kann
einen Elektromagneten 114 und einen Anker 116 aufweisen,
um die Bewegung des Überlaufventils 68 zu
steuern. Insbesondere kann der Elektromagnet 114 Wicklungen
von geeigneter Form aufweisen, durch welche Strom fließen kann,
um ein Magnetfeld aufzubauen, so dass, bei einer Regung, der Anker 116 zum
Elektromagneten 114 gezogen werden kann. Der Anker 116 kann
fest mit dem Ventilelement 110 verbunden sein, um die Region 110a des Ventilelementes 110 gegen
die Vorspannung der Überlaufventilfeder 70 und
in Eingriff mit dem Ventilsitz 112 zu bewegen. Das DOC-Ventil 80 kann
zwischen dem Strömungsmitteldurchlassweg 98 und
der Steuerkammer 90 angeordnet sein und kann konfiguriert
sein, um selektiv Brennstoff, der aus der Bohrung 74 verdrängt wird,
dagegen abzublocken, zur Steuerkammer 90 zu fließen, wodurch
eine Brennstoffeinspritzung durch die Zumessöffnung 104 erleichtert
wird. Insbesondere kann das DOC-Ventil bzw. direkt betätigte Rückschlagventil 80 ein
Ventilelement 118 aufweisen, welches mit der zweiten elektrischen
Betätigungsvorrichtung 66 verbunden
ist. Das Ventilelement 118 kann einen Bereich 118a mit vergrößertem Durchmesser
haben, der mit einem Ventilsitz 120 in Eingriff zu bringen
ist, um selektiv den Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff
von der Steuerkammer 90 zu blockieren. Wenn der unter Druck
gesetzte Brennstoff vom Strömungsmitteldurchlassweg 98 von
der Steuerkammer 90 abgeblockt ist, kann eine Unausgeglichenheit
der Kraft auf dem Nadelventil 76 erzeugt werden, die bewirkt,
dass die Ventilnadel 76 sich gegen die Federvorspannung zu
der Flussdurchlassposition bewegt. Das Abheben des Bereiches 118a vom
Ventilsitz 120 kann gestatten, dass der unter Druck gesetzte
Brennstoff aus dem Strömungsmitteldurchlassweg 98 in
die Steuerkammer 90 fließt, wodurch der Einfluss des
unter Druck gesetzten Strömungsmittels
dadurch die Ventilnadel 76 zur Einspritzblockierungsposition
zurück bringt.
Die DOC-Feder 82 kann so angeordnet sein, dass sie das
DOC-Ventil 80 zur Flussdurchlassposition vorspannt.
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Die
zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 66 kann
einen Elektromagneten 122 und einen Anker 124 zur
Steuerung der Bewegung des DOC-Ventils 80 aufweisen. Insbesondere
kann der Elektromagnet 122 Wicklungen mit einer geeigneten Form
aufweisen, durch welche ein Strom fließen kann, um ein Magnetfeld
einzurichten, so dass, bei einer Erregung der Anker 124 zum
Elektromagneten 122 hingezogen werden kann. Der Anker 124 kann fest
mit dem Ventilelement 118 verbunden werden, um die Region 118a des
Ventilelementes 118 gegen die Vorspannung der DOC-Feder 82 und
in Eingriff mit dem Ventilsitz 120 zu bewegen.
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Bei
der Anwendung, beginnend von der in 3A veranschaulichten
Position, kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 sich
mit Brennstoff füllen, wenn
sowohl die erste als auch die zweite elektronische Betätigungsvorrichtung 64, 66 entregt
sind. Insbesondere, wenn der Nockenenansatz 56 sich weg vom
Kipphebel 58 dreht, kann die Stößelfeder 75 den Stößel 72 nach
oben aus der Bohrung 74 drücken. Die Aufwärtsbewegung
des Stößels 72 aus
der Bohrung 74 kann dahingehend wirken, dass sie Brennstoff
aus der Lieferungs- und Rückleitung 88 in
die Bohrung 74 über
den Strömungsmitteldurchlassweg 92,
dass entregte Überlaufventil 68 und
den Strömungsmitteldurchlassweg 94 zieht.
Während
des Füllvorgangs
der Brennstoffeinspritzvorrichtung können die von den Brennstoffdrücken verursachten Kräfte, die
auf die Hydraulikflächen
der Ventilnadel 76 wirken, im Wesentlichen ausgeglichen
sein, was gestattet, dass die Ventilnadelfeder die Ventilnadel 76 in
der Zumessöffnungsbiockierungsposition
hält.
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Um
den Brennstoff in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 unter
Druck zu setzen, kann der Nockenansatz 56 sich in Eingriff
mit dem Kipphebel 58 dre hen, um den Stößel 72 in die Bohrung 74 zu
treiben, wodurch der Brennstoff aus der Bohrung 74 verschoben
wird. Wenn das Ventilelement 110 des Überlaufventils 68 in
der entregten Flussdurchlassposition der 3A bleibt,
kann der Brennstoff, der vom Stößel 72 verdrängt wird,
zurück
durch die Strömungsmitteldurchlasswege 94 und 92 fließen, um aus
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 über die Lieferungs- und Rückleitung 88 ohne
eine wesentliche Steigerung des Druckes auszutreten. Wenn jedoch
das Ventilelement 110 des Überlaufventils zu der erregten
Flussblockierungsposition während
einer Einwärtsbewegung
des Stößels 72 bewegt
wird, wie in 3B gezeigt, kann der Brennstoff,
der aus der Bohrung 74 verdrängt wird, dagegen abgeblockt werden,
aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung auszutreten, wodurch bewirkt
wird, dass der Druck innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 proportional
zur Verdrängung
bzw. Verschiebung des Stößels 72 zunimmt.
Um eine Einspritzung während
des Komprimierens des Brennstoffes in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu
verhindern, kann das Ventilelement 118 des direkt gesteuerten
Rückschlagventils 80 in
der entregten Flussdurchlassposition bleiben, um zu gestatten, dass
der Druckaufbau, der auf die Hydraulikfläche 106 wirkt, gegen
den Druckaufbau wirkt, der auf die Hydraulikfläche 105 wirkt, wodurch
gestattet wird, dass die Ventilnadelfeder die Ventilnadel 76 in
der Zumessöffnungsblockierungsposition
hält.
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Wenn
eine Einspritzung erwünscht
wird, kann die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 66 erregt
werden, um das Ventilelement 118 des direkt betätigten Rückschlagventils
bzw. DOC-Ventils 80 in Eingriff mit dem Ventilsitz 120 zu
ziehen, wie in 3C veranschaulicht. In diesem
Erregten Zustand, kann der Brennstoff, der durch die Einsatzbewegung
des Stößels 72 unter
Druck gesetzt wird, von der Hydraulikfläche 106 abgeblockt
werden, wobei ihm jedoch gestattet wird in Kontakt mit der Hydraulikfläche 105 zu
bleiben. Nachdem das Ventilelement 118 sich zur Flussblockierungsposition
bewegt, kann der Druck des Brennstoffes in der Steuerkammer 90 niedriger
sein als der Druck des Brennstoffes, der gegen die Hydraulikfläche 105 wirkt.
Die Unausgeglichenheit der Kraft, die durch die Druckdifferenz auf den
Hydraulikflächen
der Ventilnadel 76 erzeugt wird, kann dahingehend wirken, dass
sie die Ventilnadel 76 gegen die Vorspannung der Ventilnadelfeder
bewegt, um dadurch die Zumessöffnung 104 zu öffnen, und
eine Einspritzung des unter Druck gesetzten Brennstoffes in die
Brennkammer 22 einzuleiten. Der Zeitpunkt, zu dem die Ventilnadel 76 sich
weg von der Zumessöffnung 104 bewegt,
kann dem Einspritzstartzeitpunkt der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 entsprechen.
Die Verschiebung des Stößels 72,
die auftritt, nachdem das Ventilelement 110 sich zur Flussblockierungsposition
bewegt hat, und bevor das Ventilelement 118 des direkt
betätigten
Rückschlagventils 80 sich
zur Flussblockierungsposition bewegt hat, kann dem Druck des Brennstoffes
zum Beginn der Einspritzung entsprechen.
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Um
die Einspritzung zu beenden, kann die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 66 entregt werden,
um zu gestatten, dass das Ventilelement 118 des direkt
betätigten
Rückschlagventils 80 zur
Flussdurchlassposition durch die Vorspannung der DOC-Feder 82 zurückkehrt,
wie in 3D veranschaulicht. Wenn das
Ventilelement 118 sich zur entregten Flussdurchlassposition
bewegt, kann Hochdruckbrennstoff wieder in die Steuerkammer 90 eingeleitet
werden, wodurch gestattet wird, dass die Ventilnadelfeder die Ventilnadel 76 zur
Zumessöffnungsblockierungsposition
drückt.
Wenn die Ventilnadel 76 die Zumessöffnungsblockierungsposition erreicht,
kann die Einspritzung des Brennstoffes in die Brennkammer 22 enden.
Die Verschiebung des Stößels 72,
die auftritt, nachdem die Ventilnadel 76 sich zur Flussdurchlassposition
bewegt hat, und bevor die Ventilnadel 76 zur Flussblockierungsposition zurückkehrt,
kann der Brennstoffmenge entsprechen, die in die Brennkammer 22 eingespritzt
wird. Der Zeitpunkt, zu dem die Ventilnadel 76 in die Zumessöffnungsblockierungsposition
zurückkehrt, kann
dem EOI-Zeitpunkt
bzw. Einspritzendzeitpunkt der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 entsprechen. Der
Einspritzenddruck EOI-Druck kann eine Funktion der Stößelgeschwindigkeit
und des Öffnungsquerschnittes
der Zumessöffnung 104 sein.
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Wie
in 3E veranschaulicht, kann fast sofort folgend auf
die Bewegung des Ventilelementes 118 in die Flussdurchlassposition
das Ventilelement 110 genauso zur Flussdurchlassposition
bewegt werden, um den Druck des Brennstoffes in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 abzulassen,
und die Last auf der Niederdruckquelle 36 zu verringern.
Es wird in Betracht gezogen, dass, wenn ein spezieller Einspritzenddruck
erwünscht
ist, das Ventilelement 110 zur Flussdurchlassposition bei
einer vorbestimmten Stößelverschiebungsdistanz
bewegt werden kann, bevor das Ventilelement 118 zur Flussdurchlassposition
bewegt wird, um den Druck des Brennstoffes, der durch die Zumessöffnung 104 ausgelassen
wird, zu variieren (d.h. zu verringern).
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Eine
Zeitverzögerung
kann mit sowohl dem Überlaufventil 68 als
auch dem direkt betätigten Rückschlagventil 80 als
auch der Ventilnadel 76 assoziiert sein, und zwar zwischen
dem Zeitpunkt, zu dem der Strom an die Wicklungen der Elektromagneten 114 und 122 angelegt
wird, oder von diesen weggenommen wird, und dem Zeitpunkt, zum dem
die jeweiligen Ventilelemente tatsächlich beginnen, sich zu bewegen,
oder ihre vollständig
geschlossenen oder vollständig
offenen Positionen erreichen. Die Steuervorrichtung 53 kann
konfiguriert sein, um eine Verzögerungsversetzung
(offset) zu bestimmen und anzuwenden, die diese Verzögerung berücksichtigt,
wenn das Überlaufventil 68 und
das direkt betätigte
Rückschlagventil 80 geschlossen
oder geöffnet
werden.
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4 veranschaulicht
ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32. 4 wird
unten im Detail besprochen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
Brennstoffeinspritzvorrichtung und das Steuersystem der vorliegenden
Offenbarung finden weite Anwendung in einer Vielzahl von Motorbauarten,
die beispielsweise Dieselmotoren, Benzinmotoren und mit gasförmigem Brennstoff
angetriebene Motoren aufweisen. Die offenbarte Brennstoffeinspritzvorrichtung
und das Steuersystem können
in irgendeinem Motor eingerichtet werden, wo eine konsistente und
genaue Leistung der Brennstoffein spritzvorrichtung und ein ebensolcher
Wirkungsgrad wichtig sind. Der Betrieb des Steuersystems 35 wird nun
erklärt.
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Wie
im Flussdiagramm der 4 veranschaulicht, kann ein
gesteuertes Einspritzereignis dadurch beginnen, dass zuerst eine
Anzeige eines erwünschten
Einspritzstartzeitpunktes (SOI-Zeitpunktes, SOI = start of injection),
eine erwünschte Einspritzmenge,
ein erwünschter
SOI-Druck und/oder ein erwünschter
Einspritzenddruck (EOI-Druck, EOI = end of injection) aufgenommen werden
(Schritt 200). Beispielsweise kann der Motor 10 einen
Einspritzstart bzw. SOI entsprechend einer speziellen Position des
Kolbens 18 innerhalb der Brennkammer 22 anfordern.
In ähnlicher
Weise kann der Motor 10 eine spezielle Brennstoffmenge,
einen SOI-Druck und/oder EOI-Druck
anfordern. Diese angeforderten (beispielsweise erwünschten)
Einspritzcharakteristiken können
von der Steuervorrichtung 53 als eine Vorbereitung einer
Einspritzung aufgenommen werden.
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Nach
der Aufnahme der erwünschten
Brennstoffeinspritzcharakteristiken kann die Steuervorrichtung 53 einen
Stromstart (SOC = Start of current) für die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 66 bestimmen,
die das Ventilelement 118 des direkt gesteuerten Rückschlagventils 80 zur
geschlossenen Position bewegen wird, und die Einspritzung zum erwünschten
Einspritzstartzeitpunkt einleiten (Schritt 202). Wie oben
erwähnt,
kann eine Bewegung des Ventilelementes 118 des direkt betätigten Rückschlagventils 80 zur
erregten Flussblockierungsposition hin eine Bewegung der Ventilnadel 76 zur
offenen Position der Zumessöffnung
bewirken, wodurch eine Einspritzung von Brennstoff in die Brennkammer 22 eingeleitet
wird. Die Steuervorrichtung 53 kann den Stromstart SOC
durch Versetzen des erwünschten
Einspritzstarts SOI durch Systemverzögerungen bestimmen, die mit
dem direkt gesteuerten Rückschlagventil 80 und
der Ventilnadel 76 assoziiert sind. Weil eine Bewegung
des Stößels 72 direkt
in Beziehung mit einer Winkelposition der Kurbelwelle 24 ist, kann
der Einspritzstart SOI und der Stromstart SOC aufgenommen, bestimmt
und als eine Funktion einer Winkelposition der Kur belwelle 24 und/oder
einer Verschiebungsposition des Stößels 72 in der Bohrung 74 ausgedrückt werden.
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Folgend
auf die Bestimmung des Stromstarts SOC für die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 66 kann
die Steuervorrichtung 53 einen Stromstart SOC für die erste
elektrische Betätigungsvorrichtung 64 bestimmen,
die mit dem Überlaufventil 68 assoziiert
ist, die den erwünschten
Druck beim Einspritzstart SOI zur Folge hat (Schritt 204).
Wie oben gezeigt, kann die Verschiebungsgröße des Stößels 72 in die Bohrung 74,
nachdem das Ventilelement 110 sich zur Schlussblockierungsposition
bewegt hat und bevor das Ventilelement 118 sich zur Schlussblockierungsposition
bewegt hat, dem Druck beim Einspritzstart SOI entsprechen. Die Steuervorrichtung 53 kann
mit geometrischen Beziehungen zwischen einer Winkelposition und
der Kurbelwelle 24, einer Hublänge und einer Fläche des
Stößels 72 und/oder
einer Verschiebungsposition des Stößels 72 in der Bohrung 74 programmiert
sein. Aus diesen geometrischen Beziehungen und dem erwünschten Einspritzstart,
SOI kann die Steuervorrichtung 53 einen Stromstart SOC
für die
erste elektrische Betätigungsvorrichtung 64 bzgl.
des Kurbelwellenwinkels und/oder der Verschiebung des Stößels 72 berechnen.
Wenn der Stößel 72 sich über die
Verschiebung zwischen dem Stromstart SOC und dem Einspritzstart
SOI bewegt, kann der Brennstoff, der aus der Bohrung 74 verdrängt wird,
an Druck zunehmen, und zwar auf den erwünschten Einspritzstartdruck,
bevor die Ventilnadel 76 sich bewegt, um den unter Druck gesetzten
Brennstoff in die Brennkammer 22 einzuspritzen. Die Steuervorrichtung 53 kann
weiter konfiguriert sein, um Verzögerungen zu berücksichtigen, die
mit dem Überlaufventil 68 assoziiert
sind, wenn der Stromstart SOC der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 64 bestimmt
wird.
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Folgend
auf die Bestimmung des Stromstartes SOC für sowohl die erste als auch
die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 64, 66,
die mit den Überlauf-
und DOC-Ventilen 68, 80 assoziiert sind, kann
die Steuervorrichtung 53 die Winkelposition der Kurbelwelle 24 über den
Sensor 57 überwachen,
und die ersten und zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtungen 64, 66 erre gen,
um die Überlauf-
und DOC-Ventile 68, 80 bei den berechneten Winkeln oder
bei der Verschiebung der SOC-Zeitpunkte zu schließen (Schritte 206, 208)
Nach dem Schließen des Überlaufventils 68 kann
die Bewegung des Stößels 72 über die
bestimmte Verschiebung den Druck des Brennstoffes in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 auf
den erwünschten
SOI- bzw. Einspritzstart Druck aufbauen. Nachdem der Stößel 72 die
bestimmte Verschiebungsposition erreicht hat (oder die Kurbelwelle 24 sich über den
bestimmten Kurbelwellenwinkel gedreht hat) kann das direkt gesteuerte Rückschlagventil
bzw. DOC-Ventil 80 sich schließen, um die Einspritzung von
Brennstoff in die Brennkammer 22 zum erwünschten
SOI- bzw. Einspritzstartzeitpunkt einzuleiten.
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Die
Steuervorrichtung 53 kann einen EOI- bzw. Einspritzendzeitpunkt
bestimmen, der der Einspritzung der erwünschten Brennstoffmenge entspricht.
Unter Verwendung der oben beschriebenen geometrischen Beziehungen
kann die Steuervorrichtung 53 den Winkel berechnen, über dem
die Kurbelwelle 24 sich drehen muss und/oder die Verschiebung, über die
der Stößel 72 sich
nach dem Einspritzstart SOI bewegen muss um die erwünschte Brennstoffmenge
durch die Zumessöffnung 104 zu
drücken.
Die Steuervorrichtung 53 kann dann ein Stromende (EOC =
End of current) berechnen, welches Verzögerungen berücksichtigt,
die mit dem direkt Betätigten
Rückschlagventil 80 assoziiert
sind, so dass am Ende der Einspritzung beim bestimmten EOI- bzw.
Einspritzendzeitpunkt die ordnungsgemäße Brennstoffmenge in die Brennkammer 22 eingespritzt worden
ist (Schritt 210).
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Es
kann möglich
sein, dass die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 mehrere
Schüsse
während des
gleichen Einspritzereignisses einspritzt. Insbesondere bevor das
Ventilelement 118 des direkt betätigten Rückschlagventils 80 sich
in die offene Position bewegt, um die Einspritzung von Brennstoff
durch die Zumessöffnung 104 zu
stoppen, und während
das Ventilelement 110 des Überlaufventils 68 in
dem Flussblockierungszustand bleibt, kann die Steuervorrichtung 53 bestimmen,
ob ein darauf folgender Schuss bzw. Einspritzteil in dem gleichen
Einspritzereignis angefordert wurde oder nicht (Schritt 212).
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Der
Schritt der Bestimmung, ob mehrere Schüsse angefordert worden sind
oder nicht, kann alternativ an irgendeinem Punkt vor dem erneuten Öffnen des Überlaufventils 68 ausgeführt werden.
Wenn ein darauf folgender Schuss angefordert worden ist, kann die
Steuervorrichtung 53 das bestimmte Stromende EOC für die zweite
elektrische Betätigungsvorrichtung 66 beeinflussen,
um das direkt betätigte Rückschlagventil 80 zu öffnen (Schritt 214),
kann den Stromstart SOC die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 66 berechnen,
die eine Einspritzung des darauf folgenden Schusses einleitet (Schritt 216), kann
den berechneten Stromstart SOC einleiten, um das direkt betätigte Rückschlagventil 80 zu
schließen und
eine Einspritzung des darauf folgenden Schusses zu beginnen (Schritt 208)
und kann das Stromende EOC für
die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 66 berechnen,
welches die Einspritzung des darauffolgenden Schusses beendet (Schritt 210). Der
Einspritzstart SOI kann vom Motor 10 empfangen werden oder
kann berechnet werden, um einen erwünschten Druck basierend auf
der Verschiebungsposition des Stößels 72 in
der Bohrung 74 zu erzeugen. Für einen darauf folgenden Schuss
in einem einzigen Einspritzereignis kann nur ein erwünschter
Einspritzstartzeitpunkt oder ein erwünschter Einspritzstartdruck
möglich
sein, da das Ventilelement 110 des Überlaufventils 68 schon
in einer Flussblockierungsposition ist. Der Stromstart SOC kann als
eine Funktion der Systemverzögerung
bestimmt werden, die mit der Bewegung des Ventilelementes 118 des
direkt betätigten
Rückschlagventils 80 in
die geschlossene Position assoziiert ist. Das Einspritzende EOI
kann als eine Funktion der erwünschten Einspritzmenge
und der entsprechenden Verschiebung des Stößels 72 bestimmt werden.
Ein Stromende EOC kann bestimmt werden, welches eine Verzögerung bei
der Bewegung des Ventilelementes 118 in die offene Position
berücksichtigt.
Die Steuervorrichtung 53 kann den Stromstart SOC einleiten,
und das Stromende EOC für
den darauf folgenden Schuss beeinflussen (Schritte 208, 214),
und kann in dieser Weise fortfahren, bis alle erwünschten
darauf folgenden Schüsse
des einzelnen Einspritzereignisses eingespritzt worden sind, oder
bis der Stößel 72 seinen vollen
Hub in der Bohrung 74 erreicht hat.
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Wenn
ein darauf folgender Schuss nicht erwünscht ist, kann die Steuervorrichtung 53 bestimmen,
ob ein spezieller EOI- bzw. Einspritzenddruck angefordert worden
ist oder nicht, und kann entsprechend der Bestimmung bzw. dem Ergebnis
anders arbeiten (Schritt 118). Insbesondere, wenn ein erwünschter
EOI- bzw. Einspritzenddruck nicht angefordert worden ist, kann die
Steuervorrichtung 53 die Einspritzung durch Beendigung
des Stroms beenden, der zur zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 66 beim
berechneten EOC- bzw. Stromendzeitpunkt geliefert wird (Schritt 220)
so dass das Ventilelement 118 des direkt betätigten Rückschlagventils 80 sich
rechtzeitig zur offenen Position bewegt, damit die Ventilnadel 76 die
Zumessöffnung 104 beim
EOI- bzw. Einspritzendzeitpunkt blockiert. In dieser Situation wird
der EOI- bzw. Einspritzenddruck nicht speziell gesteuert, sondern
hängt vielmehr
von einer Verschiebungsgeschwindigkeit des Stößels 72 und von einem
Querschnitt der Zumessöffnung 104 ab.
Direkt folgend auf das Bestimmen des Stromendes EOC für die zweite
elektrische Betätigungsvorrichtung 66 kann
die Steuervorrichtung 53 das Stromende EOC für die erste
elektrische Betätigungsvorrichtung 64 bestimmen,
um das Ventilelement 110 des Überlaufventils 86 in
die offene Position zu bewegen und den Druck innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 abzulassen.
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Wenn
jedoch ein spezieller EOI- bzw. Einspritzenddruck angefordert worden
ist, kann das Stromende EOC für
das Ventilelement 110 des Überlaufventils 68 berechnet
werden, welches den erwünschten
EOI- bzw. Einspritzenddruck zur Folge hat (Schritt 224).
Insbesondere, wenn ein spezieller EOI- bzw. Einspritzenddruck erwünscht ist,
kann das Ventilelement 110 des Überlaufventils 68 zur
offenen Position oder Flussdurchlassposition bewegt werden, um den
Einspritzdruck in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu
verringern, bevor das bestimmte Stromende EOC eingerichtet wird,
welches mit dem Öffnen
des direkt betätigten
Rückschlagventils 80 und
dem erwünschten
Einspritzende EOI assoziiert ist (Schritt 226). In dieser
Situation kann der Druck des Brennstoffes der durch die Zumessöffnung 104 gedrückt wird,
vor dem Einspritzende verändert werden
(d.h. verringert werden). Die Steuervorrichtung 53 kann
wieder die Zeitverzögerung
berücksichtigen,
die mit der ers ten elektrischen Betätigungsvorrichtung 64 und
dem Überlaufventil 68 assoziiert
ist, und zwar durch entsprechende Einstellung des Stromendes EOC.
Folgend auf das Bestimmen des Stromendes EOC, welches mit der ersten
elektrischen Betätigungsvorrichtung 64 und
dem Überlaufventil 68 assoziiert
ist, kann die Steuervorrichtung 53 das Stromende EOC einrichten,
welches für
das DOC-Ventil 80 bestimmt wurde, um die Einspritzung von
Brennstoff in die Brennkammer 22 beim bestimmten Einspritzende
EOI zu beendigen (Schritt 228).
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Weil
die Steuervorrichtung 53 den Stromstart SOC und das Stromende
EOC basierend auf bekannten geometrischen Beziehungen und überwachten
Komponentenpositionen berechen und bestimmen kann anstatt basierend
auf Zeitdauern und allgemeinen Nachschautabellen bzw. Kennfeldern,
können
die Genauigkeit und die Wiederholbarkeit des Brennstoffeinspritzereignisses
verbessert werden. Insbesondere weil die geometrischen Beziehungen und
die überwachten
Komponentenpositionen bei irgendeinem gegebenen Betriebszustand
des Motors 10 richtig bleiben, kann das oben beschriebene
Verfahren zur Bestimmung und zur Einrichtung des Stromstartes SOC
und des Stromendes EOC wiederholt genaue Ergebnisse erzeugen.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an der Brennstoffeinspritzvorrichtung und am Steuersystem
der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne
vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele
werden dem Fachmann bei einer Betrachtung der Beschreibung und bei
einer praktischen Ausführung
der Brennstoffeinspritzvorrichtung und des hier offenbarten Systems
offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung
und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein
Wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und
ihre Äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird. 25240
-
Zusammenfassung
-
Brennstoffeinspritzvorrichtungssteuersystem
und -verfahren
-
Eine
Brennstoffeinspritzvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor wird offenbart. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
hat einen Stößel, ein
elektronisch gesteuertes Rückschlagventil
und eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem elektronisch gesteuerten
Rückschagventil.
Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um eine Anzeige eines erwünschten
Einspritzstartzeitpunktes bezüglich
einer Winkelposition einer Kurbelwelle des Motors und einer erwünschten Einspritzmenge
aufzunehmen.
-
Die
Steuervorrichtung ist auch konfiguriert, um eine Verschiebung des
Stößels basierend
auf einer Winkelposition der Kurbelwelle zu bestimmen; einen Stromstart
für das
elektronisch gesteuerte Rückschlagventil
im Verhältnis
zur Stößelverschiebung
zu bestimmen, der den erwünschten
Einspritzstartzeitpunkt zur Folge hat, und ein Stromende für das elektronisch
gesteuerte Rückschlagventil
im Verhältnis zur
Stößelverschiebung
zu bestimmen, welches die erwünschte
Einspritzmenge zur Folge hat. Die Steuervorrichtung ist weiter konfiguriert,
um den bestimmten Stromstart und das bestimmte Stromende für das elektronisch
gesteuerte Rückschlagventil
zu beeinflussen.