DE112007001288T5

DE112007001288T5 - Brennstoffsystem mit mehreren Quellen für Einspritzung mit variablem Druck

Info

Publication number: DE112007001288T5
Application number: DE112007001288T
Authority: DE
Inventors: Dennis H. Chillicothe Gibson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2009-04-23
Also published as: WO2007139737A2; JP2009538400A; WO2007139737A3; JP2012177381A; JP5380281B2

Abstract

Brennstoffsystem für einen Motor, welches Folgendes aufweist:
eine erste Quelle, die konfiguriert ist, um Brennstoff auf einen ersten Druck unter Druck zu setzen;
eine zweite Quelle, die konfiguriert ist, um Brennstoff auf einen zweiten Druck unter Druck zu setzen;
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die konfiguriert ist, um Brennstoff aufzunehmen und in den Motor einzuspritzen; und
ein einzelnes Ventil, welches zwischen der Brennstoffeinspritzvorrichtung und den ersten und zweiten Quellen angeordnet ist, wobei das einzelne Ventil in Strömungsmittelverbindung mit den ersten und zweiten Quellen und mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung ist und fähig ist, Brennstoff mit variablem Druck zur Brennstoffeinspritzvorrichtung zu liefern.

Description

Verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht das Vorrecht aus der US-Patentanmeldung Nr. 11/420 057 von Dennis H. GIBSON, eingereicht am 24. Mai 2006 mit dem Titel "Multi-Source Fuel System Having Grouped Injector Pressure Control", der US-Patentanmeldung Nr. 11/420 051 von Dennis H. GIBSON, eingereicht am 24. Mai 2006 mit dem Titel "Multi-Source Fuel System Having Closed Loop Pressure Control" und der US-Patentanmeldung Nr. 11/443 312 von Dennis H. GIBSON, eingereicht am 31. Mai 2006 mit dem Titel "Multi-Source Fuel System For Variable Pressure Injection", deren Offenbarungen hier ausdrücklich durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Brennstoffsystem gerichtet, und insbesondere auf ein Brennstoffsystem mit mehreren Quellen für unter Druck gesetzten Brennstoff zum Vorsehen von Einspritzereignissen mit variablem Druck.
Hintergrund
Common-Rail-Brennstoffsysteme (Brennstoffsysteme mit gemeinsamer Druckleitung) sehen einen Weg zur Einleitung von Brennstoff in Brennkammern eines Motors vor. Typischerweise weisen Common-Rail-Brennstoffsysteme eine Einspritzvorrichtung auf, die einen Betätigungselektromagneten hat, der eine Brennstoffdüse öffnet, wenn der Elektromagnet erregt wird. Brennstoff wird dann in die Brennkammer als eine Funktion der Zeitperiode eingespritzt wobei der Druck des Brennstoffes zur Brennstoffeinspritzvorrichtung während dieser Zeitperiode geliefert wird.
Um die Motorleistung und die Abgasemissionen zu optimieren, können Motorhersteller den Brennstoffdruck variieren, der zur Brennstoffeinspritzdüse geliefert wird. Ein solches Beispiel wird in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2004/0168673 (der '673-Veröffentlichung) von Shinogle beschrieben, die am 2. September 2004 veröffentlicht wurde. Die '673-Veröffentlichung beschreibt ein Brennstoffsystem mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, die strömungsmittelmäßig mit einer ersten Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung zu verbinden ist, die eine Brennstoffversorgung enthält, und mit einer zweiten Common-Rail, die eine Versorgung für Betätigungsströmungsmittel (beispielsweise Öl) enthält. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung des '673-Patentes ist mit einem Verstärkerkolben ausgerüstet, der durch das Betätigungsströmungsmittel bewegbar ist, um den Druck des Brennstoffes zu steigern. Durch strömungsmittelmäßiges Verbinden der Brennstoffeinspritzvorrichtung mit der ersten Common-Rail kann Brennstoff mit einem ersten Druck eingespritzt werden. Durch strömungsmittelmäßiges Verbinden der Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den ersten und zweiten Common-Rails kann Brennstoff mit einem zweiten Druck eingespritzt werden, der höher ist als der erste Druck.
Obwohl das Brennstoffeinspritzsystem der '673-Veröffentlichung geeignet sein kann, um adäquat Brennstoff zu einem Motor mit unterschiedlichen Drücken zu liefern, kann es eingeschränkt und problematisch sein. Insbesdondere weil das Brennstoffeinspritzsystem der '673-Veröffentlichung Brennstoff mit nur zwei unterschiedlichen Drücken einspritzen kann, kann es bei einigen Anwendungen eingeschränkt sein. Weil das System zwei unterschiedliche Strömungsmittel verwendet, nämlich Brennstoff und Öl, muss zusätzlich Sorge getragen werden, nicht ein Strömungsmittel mit dem anderen zu verunreinigen. Wenn eine Verunreinigung auftritt, kann der Motor nicht wie erwünscht arbeiten und könnte möglicherweise einen Schaden erleiden. Weil jede Brennstoffeinspritzvorrichtung ihren eigenen extra dafür vorgesehenen Verstärker aufweist, um den Druck des Brennstoffes zu variieren, der von dieser Einspritzvorrichtung eingesprüht wird, kann das System weiter eine große Anzahl von Komponenten aufweisen. Diese große Anzahl von Komponenten kann die Kosten des Brennstoffeinspritzsystems und die Schwierigkeit bei der präzisen Steuerung des Brennstoffsystems steigern. Weil der Druck des eingespritzten Brennstoffes durch Steuerung der Pumpenausgabe an einer beträchtlichen Distanz stromaufwärts der Einspritzvorrichtungen geregelt wird, kann weiterhin der tatsächlich eingespritzte Druck eine Verzögerung hinter einem erwünschten Einspritzdruck aufweisen. Diese Druckverzögerung kann Einspritzprofile zur Folge haben, die von beabsichtigten Einspritzprofilen abweichen.
Das Brennstoffsystem der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Brennstoffsystem für einen Motor gerichtet. Das Brennstoffsystem weist eine erste Quelle auf, die konfiguriert ist, um Brennstoff auf einen ersten Druck unter Druck zu setzen, und eine zweite Quelle, die konfiguriert ist, um Brennstoff auf einen zweiten Druck unter Druck zu setzen. Das Brennstoffsystem weist auch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung auf, die konfiguriert ist, um Brennstoff aufzunehmen und in den Motor einzuspritzen. Das Brennstoffsystem weist auch ein einzelnes Ventil auf, welches zwischen der Brennstoffeinspritzvorrichtung und den ersten und zweiten Quellen angeordnet ist. Das einzelne Ventil ist dabei in Strömungsmittelverbindung mit den ersten und zweiten Quellen und der Brennstoffeinspritzvorrichtung und kann Brennstoff mit variablem Druck zur Brennstoffeinspritzvorrichtung liefern. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff gerichtet. Das Verfahren weist auf, einen ersten Brennstoffstrom auf einen ersten Druck unter Druck zu setzen und einen zweiten Brennstoffstrom auf einen zweiten Druck unter Druck zu setzen. Das Verfahren weist auch auf, die ersten und zweiten Brennstoffströme an einer einzelnen Stelle aufzunehmen, darauf ansprechend einen dritten Brennstoffstrom mit einem dritten Druck zu erzeugen, den dritten Brennstoffstrom zu einer Einspritzvorrichtung zu leiten und selektiv den dritten Brennstoffstrom einzuspritzen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische und diagrammartige Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Motors;
2 ist eine schematische und quergeschnittene Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Brennstoffsystems zur Anwendung beim Motor der 1;
3 ist eine schematische und quergeschnittene Veranschaulichung eines weiteren beispielhaften offenbarten Brennstoffsystems des Motors der 1;
4 ist eine schematische und quergeschnittene Veranschaulichung von einem weiteren beispielhaften offenbarten Brennstoffsystem für den Motor der 1;
5 ist eine schematische und diagrammartige Veranschaulichung eines weiteren beispielhaften offenbarten Motors;
6 ist eine schematische und quergeschnittene Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Brennstoffsystems für den Motor der 5; und
7 ist eine schematische und quergeschnittene Veranschaulichung eines weiteren beispielhaften offenbarten Brennstoffsystems für den Motor der 5.
Detaillierte Beschreibung
1 veranschaulicht eine Maschine 5 mit einem Motor 10 und einem beispielhaften Ausführungsbeispiel eines Brennstoffsystems 12. Die Maschine 5 kann eine feste oder eine mobile Maschine sein, die eine gewisse Art eines Betriebs ausführt, der mit einem Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise Bergbau, Bau, Ackerbau, Leistungserzeugung, Transport oder mit irgendeinem anderen in der Technik bekannten Industriezweig. Beispielsweise kann die Maschine 5 eine Erdbewegungsmaschine, einen Generatorsatz, eine Pumpe oder irgendeine andere geeignete, einen Betrieb ausführende Maschine verkörpern.
Für die Zwecke dieser Offenbarung ist der Motor als ein Vier-Takt-Motor abgebildet und wird als solcher beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 10 irgendeine andere Bauart eines Verbrennungsmotors verkörpern kann, wie beispielsweise einen Benzinmotor oder einen mit gasförmigem Brennstoff angetriebenen Motor. Der Motor 10 kann einen Motorblock 14 aufweisen, der eine Vielzahl von Zylindern 16 definiert, weiter einen Kolben 18, der jeweils verschiebbar in jedem Zylinder 16 angeordnet ist und einen Zylinderkopf 20, der mit jedem Zylinder 16 assoziiert ist.
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.
Wie auch in 1 gezeigt, kann der Motor 10 eine Kurbelwelle 24 aufweisen, die drehbar in dem Motorblock 14 angeordnet ist. Eine Verbindungsstange 26 kann jeden Kolben 18 mit der Kurbelwelle 24 verbinden, so dass eine Gleitbewegung des Kolbens 18 in jedem jeweiligen Zylinder 16 eine Drehung der Kurbelwelle 24 zur Folge hat. In ähnlicher Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine Gleitbewegung des Kolbens 18 zur Folge haben. Wenn sich die Kurbelwelle 24 dreht, können die Brennkammern 22 in einer speziellen Reihenfolge zünden. Die Zündreihenfolge, wenn man die Brennkammern 22 von der linken Seite in 1 aus nummeriert, kann beispielsweise 1, 5, 3, 6, 2, 4 sein. Das heißt, die erste oder am weitesten links liegende Brennkammer kann als erstes zünden (beispielsweise eine Mischung aus Brennstoff und Luft vor den restlichen Zylindern bei einer einzigen Drehung von 360 Grad der Kurbelwelle 24 verbrennen). Folgend auf Zünden der am weitesten links liegenden Brennkammer 22 kann die fünfte Brennkammer von der linken Seite zünden, und so weiter. Auf diese Weise können keine benachbart liegenden Brennkammern 22 aufeinander folgend zünden.
Das Brennstoffsystem 12 kann Komponenten aufweisen, die zusammenarbeiten, 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 eine Brennstoffversorgung zu enthalten, und eine Brennstoffpumpanordnung 30, die konfiguriert ist, um den Brennstoff unter Druck zu setzen und einen oder mehrere Ströme von unter Druck gesetztem Brennstoff zu einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu leiten. Eine Brennstofftransferpumpe 36 kann in einer Brennstoffleitung 40 zwischen dem Tank 28 und der Brennstoffpumpanordnung 30 angeordnet sein, um eine Niederdruckeinspeisung in die Brennstoffpumpanordnung 30 zu liefern.
Die Brennstoffpumpanordnung 30 kann eine mechanisch angetriebene elektronisch gesteuerte Pumpe mit einem ersten Pumpmechanismus 30a und einem zweiten Pumpmechanismus 30b verkörpern. Jeder der ersten und zweiten Pumpmechanismen 30a, b kann betriebsmäßig mit einer Pumpenantriebswelle 46 durch (nicht gezeigte) drehbare Nocken verbunden sein. Die Nocken können geeignet sein, um die (nicht gezeigten) Kolbenelemente der ersten und zweiten Pumpmechanismen 30a, b über einen Kompressionshub zu treiben, um Brennstoff unter Druck zu setzen. Mit den ersten und zweiten Pumpmechanismen 30a, b assoziierte (nicht gezeigte) Stößel können zu variablen Zeitpunkten geschlossen werden, um die Länge des Kompressionshubes zu verändern und dadurch die Flussrate der ersten und zweiten Pumpmechanismen 30a, 30b zu variieren. Alternativ können die ersten und zweiten Pumpmechanismen 30a, b eine drehbare Schräg- bzw. Taumelplatte aufweisen oder irgendwelche anderen in der Technik bekannten Mittel zum Variieren der Flussrate des unter Druck gesetzten Brennstoffes. Es wird in Betracht gezogen, dass die Pumpanordnung 30 alternativ zwei getrennte Pumpelemente verkörpern könnte, die feste Ausgabekapazitäten haben und in paralleler oder serieller Beziehung angeordnet sind, falls erwünscht.
Die ersten und zweiten Pumpmechanismen 30a, b können geeignet sein, um getrennte Flüsse von unter Druck gesetztem Brennstoff zu erzeugen. Beispielsweise kann der erste Pumpmechanismus 30a einen ersten Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff erzeugen, der zu einer ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 durch eine erste Brennstoffversorgungsleitung 42 geleitet wird. Der zweite Pumpmechanismus 30b kann einen zweiten Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff erzeugen, der zu einer zweiten gemeinsamen Sammelleitung 37 durch eine zweite Brennstoffversorgungsleitung 43 geleitet wird. In einem Beispiel kann der erste Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff einen Druck von ungefähr 100 MPa haben, während der zweite Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff einen Druck von ungefähr 200 MPa haben kann. Ein erstes Rückschlagventil 44 kann in der ersten Brennstoffversorgungsleitung 42 angeordnet sein, um einen Brennstofffluss in einer Richtung vom ersten Pumpmechanismus 30a zu der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 zu liefern. Ein zweites Rückschlagventil 45 kann in der zweiten Brennstoffversorgungsleitung 43 angeordnet sein, um einen Brennstofffluss in einer Richtung vom zweiten Pumpmechanismus 30b zur zweiten gemeinsamen Sammelleitung 37 zu liefern. Die Brennstoffpumpanordnung 30 kann betriebsmäßig mit dem Motor 10 verbunden sein und von der Kurbelwelle 24 angetrieben werden. Beispielsweise ist die Pumpenantriebswelle 46 der Brennstoffpumpanordnung 30 in 1 derart gezeigt, dass sie mit der Kurbelwelle 24 durch einen Getriebestrang 48 verbunden ist. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der erste und/oder zweite Pumpmechanismus 30a, b alternativ elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise angetrieben sein können.
Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 können in den Zylinderköpfen 20 angeordnet sein und mit den ersten und zweiten Sammelleitungen 34, 37 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 mit vorbestimmten Brennstoffflussraten einzuspritzen. Die Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzung in die Brennkammer 22 kann mit der Bewegung des Kolbens 18 synchronisiert sein. Beispielsweise kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn sich der Kolben 18 einer oberen Totpunktposition (TDC = top dead center) in einem Kompressionshub nähert, um eine kompressions- bzw. verdichtungsgezündete Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes zu gestatten. Alternativ kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 den Kompressionshub beginnt, wobei er sich zu einer oberen Totpunktposition hin bewegt, und zwar für einen HCCI-Betrieb (HCCI = homogenous charge compression ignition = Kompressionszündung einer homogenen Ladung). 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 zur Nachbehandlungsregeneration zu erzeugen.
Wie in 2 veranschaulicht, kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine Pumpe-Düse-Einspritzvorrichtung mit geschlossener. Düse verkörpern. Insbesondere kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 einen Einspritzvorrichtungskörper 52 aufweisen, der eine Führung 54, ein Düsenglied 56, ein Nadelventilglied 58, eine erste Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 60 und eine zweite Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 62 aufnimmt.
Der Einspritzvorrichtungskörper 52 kann ein im Allgemeinen zylindrisches Glied sein, welches zur Montage im Zylinderkopf 20 konfiguriert ist. Der Einspritzvorrichtungskörper 52 kann eine mittige Bohrung 64 zur Aufnahme der Führung 54 und des Düsengliedes 56 aufweisen, und eine Öffnung 66, durch die ein Spitzenende 68 des Düsengliedes 56 vorstehen kann. Ein Dichtungsglied, wie beispielsweise ein (nicht gezeigter) O-Ring, kann zwischen der Führung 54 und dem Düsenglied 56 angeordnet sein, um eine Brennstoffleckage aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 einzuschränken. Die Führung 54 kann auch ein im Allgemeinen zylindrisches Glied mit einer mittigen Bohrung 70 sein, die konfiguriert ist, um das Nadelventilelement 58 und eine Steuerkammer 52 aufzunehmen. Die mittige Bohrung 70 kann als eine Druckkammer wirken, die unter Druck gesetzten Brennstoff enthält, der kontinuierlich durch einen Brennstoffversorgungsdurchlassweg 74 geliefert wird. Während der Einspritzung kann der unter Druck gesetzte Brennstoff aus der Brennstoffleitung 50 durch den Brennstoffversorgungsdurchlassweg 74 und die mittige Bohrung 70 zum Spitzenende 68 des Düsengliedes 56 fließen.
Die Steuerkammer 72 kann selektiv abgelassen werden oder mit unter Druck gesetztem Brennstoff beliefert werden, um die Bewegung des Nadelventilelementes 58 zu steuern. Insbesondere kann ein Steuerdurchlassweg 76 strömungsmittelmäßig einen Anschluss 78, der mit der Steuerkammer 72 verbunden ist, mit der ersten Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 60 verbinden. Der Anschluss 78 kann in einer Seitenwand der Steuerkammer 72 angeordnet sein, die radial relativ zu einer Axialbewegung des Nadelventilelementes 58 orientiert ist, oder alternativ in einem axialen Endteil der Steuerkammer 72. Die Steuerkammer 72 kann kontinuierlich mit unter Druck gesetztem Brennstoff über einen eingeschränkten bzw. gedrosselten Versorgungsdurchlassweg 80 beliefert werden, der in Verbindung mit dem Brennstoffdurchlassweg 74 ist. Die Einschränkung bzw. Drosselung des Versorgungsdurchlassweges 80 kann einen Druckabfall in der Steuerkammer 72 gestatten, wenn unter Druck gesetzter Brennstoff aus dem Steuerdurchlassweg 76 abläuft.
Das Düsenglied 56 kann in gleicher Weise ein im Allgemeinen zylindrisches Glied mit einer mittigen Bohrung 82 verkörpern, die konfiguriert ist, um das Nadelventilelement 58 aufzunehmen. Das Düsenglied 56 kann weiter eine oder mehrere Zumessöffnungen 84 aufweisen, um die Einspritzung von unter Druck gesetztem Brennstoff aus der mittigen Bohrung 82 in die Brennkammern 22 des Motors 10 zu gestatten.
Das Nadelventilelement 58 kann ein im Allgemeinen langgestrecktes zylindrisches Glied sein, welches verschiebbar in der Gehäuseführung 54 angeordnet ist, und ein Düsenglied 56. Das Nadelventilelement 58 kann axial zwischen einer ersten Position, in der ein Spitzenende 86 des Nadelventilelementes 58 einen Brennstofffluss durch die Zumessöffnungen 84 blockiert, und einer zweiten Position bewegbar sein, in der die Zumessöffnungen 84 offen sind, um einen Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff in die Brennkammer 22 zu gestatten.
Das Nadelventilelement 58 kann normalerweise zu der ersten Position hin vorgespannt sein. Insbesondere kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine Feder 88 aufweisen, die zwischen einem Stopp bzw. Anschlag 90 der Führung 54 und einer Sitzfläche 92 des Nadelventilelementes 58 angeordnet ist, um in axialer Richtung das Spitzenende 86 zur Zumessöffnungsblockierungsposition hin vorzu spannen. Ein erster Abstandshalter 94 kann zwischen der Feder 88 und dem Anschlag 90 angeordnet sein, und ein zweiter Abstandshalter 96 kann zwischen der Feder 88 und der Sitzfläche 92 angeordnet sein, um die Abnutzung der Komponenten in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu verringern.
Das Nadelventilelement 58 kann mehrere hydraulische Antriebsflächen haben. Insbesondere kann das Nadelventilelement 58 eine hydraulische Oberfläche 58 aufweisen, die dazu tendiert, das Nadelventilelement 58 zur ersten Position oder Zumessöffnungsblockierungsposition hin zu treiben, wenn unter Druck gesetzter Brennstoff darauf wirkt, und eine hydraulische Oberfläche 100, die dazu tendiert, der Vorspannung der Feder 88 entgegen zu wirken und das Nadelventilelement 58 in einer entgegengesetzten Richtung zur zweiten Position oder Zumessöffnungsöffnungsposition hin zu treiben.
Die erste Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 60 kann gegenüberliegend zum Spitzenende 86 des Nadelventilelementes 58 angeordnet sein, um die Öffnungsbewegung des Nadelventilelementes 58 zu steuern. Insbesondere kann die erste Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 60 ein Zwei-Positionen-Ventilelement aufweisen, welches zwischen der Steuerkammer 72 und dem Tank 28 angeordnet ist. Das Ventilelement kann zu einer geschlossenen Position hin federvorgespannt sein, die den Strömungsmittelfluss von der Steuerkammer 72 zum Tank 28 blockiert, und kann zu einer offenen Position hin durch einen Elektromagnet betätigt bzw. bewegt werden, in welcher Brennstoff aus der Steuerkammer 72 zum Tank 28 fließen kann. Das Ventilelement kann zwischen den geschlossenen und offenen Positionen ansprechend auf einen elektrischen Strom bewegbar sein, der an eine Spule angelegt wird, die mit der ersten Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 60 assoziiert ist. Es wird in Betracht gezogen, dass das Ventilelement alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise betätigt sein kann. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass das Ventilelement alternativ eine proportionale Bauart eines Ventilelementes verkörpern kann, die zu irgendeiner Position zwischen den geschlossenen und offenen Positionen bewegbar ist.
Als zweites kann die Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 62 ein Zwei-Positionen-Ventilelement aufweisen, welches zwischen der ersten Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 60 und dem Tank 28 angeordnet ist, um eine Verschlussbewegung des Nadelventilelementes 58 zu steuern. Das Ventilelement kann zu einer offenen Position hin federvorgespannt sein, in der Brennstoff zum Tank 28 fließen kann, und kann zu einer geschlossenen Position hin durch einen Elektromagnet betätigt bzw. bewegt werden, die den Strömungsmittelfluss zum Tank 28 abblockt. Das Ventilelement kann zwischen den offenen und geschlossenen Positionen ansprechend auf einen elektrischen Strom bewegbar sein, der an eine Spule angelegt wird, die mit der zweiten Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 62 assoziiert ist. Es wird in Betracht gezogen, dass das Ventilelement alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise betätigt sein kann. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass das Ventilelement alternativ eine Drei-Positionen-Bauart eines Ventilelementes verkörpern kann, wobei Flüsse von unter Druck gesetztem Brennstoff in zwei Richtungen erleichtert werden.
Wie auch in 2 veranschaulicht, kann ein Drucksteuerventil 102 mit jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 assoziiert sein. Insbesondere kann das Drucksteuerventil 102 ein erstes Ventilelement 106, ein zweites Ventilelement 108, eine Betätigungsvorrichtung 104, die angeschlossen ist, um das Ventilelement 108 zu bewegen, ein drittes Ventilelement 110 und eine Bypass- bzw. Überleitungsschaltung 112 aufweisen. Ansprechend auf die Brennstoffdrücke in den ersten und zweiten gemeinsamen Sammelleitungen 34, 37 und einen Strom, der in die Betätigungsvorrichtung 104 eingegeben wird, kann das Drucksteuerventil 102 den Druck des Brennstoffes regeln, der durch den Brennstoffversorgungsdurchlassweg 74 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 geleitet wird. Es wird in Betracht gezogen, dass das Drucksteuerventil 102 ein Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 sein kann oder eine getrennte alleinstehende Komponente, die mit einer oder mehreren Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 assoziiert ist.
Das Ventilelement 106 kann ein vorsteuerbetätigtes proportionales Ventilelement aufweisen, oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung, die durch den Strö mungsmitteldruck bewegbar ist, der an einem Ende davon wirkt, um selektiv einen Teil des unter Druck gesetzten Brennstoffes aus der zweiten gemeinsamen Sammelleitung 37 zur mittigen Bohrung 82 des Düsengliedes 56 zu leiten. Insbesondere kann das Ventilelement 106 von einer ersten Position, in der eine maximale Menge des ersten Stroms von unter Druck gesetztem Brennstoff zur mittigen Bohrung 32 geleitet wird, gegen die Vorspannung einer Rückstellfeder 114 zu einer zweiten Position bewegbar sein, in der kein unter Druck gesetzter Brennstoff von der zweiten gemeinsamen Sammelleitung 37 zur mittigen Bohrung 82 fließt. Das Ventilelement 106 kann auch zu irgendeiner Position zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegbar sein, um einen Teil der maximalen Menge zum Tank 28 zu leiten, und den restlichen Teil der maximalen Menge zu der mittigen Bohrung 82. Die Menge und der Anteil des Brennstoffes, der von dem Ventilelement 106 zur mittigen Bohrung 82 und zum Tank 28 geleitet wird, kann von dem Strömungsmitteldruck abhängen, der auf das Ende des Ventilelementes 106 wirkt, und kann den Druck des Brennstoffes beeinflussen, der zur mittigen Bohrung 82 geliefert wird. Wenn beispielsweise die Brennstoffmenge zunimmt, die durch das Ventilelement 106 zum Tank 28 abläuft (beispielsweise ist das Ventilelement 106 zur zweiten Position hin jedoch nicht vollständig zur zweiten Position hin bewegt), kann der Druck des zur mittigen Bohrung 82 geleiteten Brennstoffes abnehmen. Wenn die Menge des ersten Brennstoffflusses abnimmt, welcher durch das Ventilelement 106 zum Tank 28 abläuft (beispielsweise ist das Ventilelement 106 zur ersten Position hin bewegt), kann der Druck des zur mittigen Bohrung 82 geleiteten Brennstoffes zunehmen. In dieser Weise können variable Einspritzdrücke durch die Zumessöffnungen 84 und variable Eindringungstiefen in die Brennkammer 22 erreicht werden.
Das Ventilelement 108 kann auch ein proportionales Ventilelement oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung verkörpern und kann bewegbar sein, um die Lage des Ventilelementes 106 zwischen den ersten und zweiten Positionen zu beeinflussen. Insbesondere kann das Ventilelement 108 zwischen einer ersten Position, in der unter Druck gesetzter Brennstoff von der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 mit dem Ende des Ventilelementes 106 verbunden wird, und einer zweiten Position bewegbar sein, in der der unter Druck gesetzte Pilot- bzw. Vor steuerbrennstoff am Ende des Ventilelementes 106 zum Tank 28 abgeleitet wird. Die Geschwindigkeit, mit der der Vorsteuerbrennstoff abgeleitet wird oder mit dem das Ende des Ventilelements 106 verbunden wird, kann die Rate beeinflussen, mit der sich der Brennstoffdruck innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 ändert. Brennstoff von einer Stelle stromaufwärts des Ventilelements 108 kann mit der Vorspannung einer assoziierten Rückstellfeder zusammenarbeiten, um das Ventilelement 108 in Kontakt mit der Betätigungsvorrichtung 40 zurückzubringen.
Die Betätigungsvorrichtung 104 kann einen piezo-elektrischen Mechanismus mit einer oder mehreren Säulen aus piezo-elektrischen Kristallen verkörpern. Die piezo-elektrischen Kristalle sind Strukturen mit zufälligen Domänenorientierungen. Die zufälligen Orientierungen sind asymmetrische Anordnungen von positiven und negativen Ionen, die ein permanentes Dipol-Verhalten zeigen. Wenn ein elektrisches Feld an die Kristalle angelegt wird, wie beispielsweise durch das Anlegen eines Stroms, dehnen sich die piezo-elektrischen Kristalle entlang der Achse des elektrischen Feldes aus, wenn sich die Domänen ausrichten. Die Betätigungsvorrichtung 104 kann mechanisch angeschlossen sein, um das Ventilelement 108 zwischen den ersten und zweiten Positionen ansprechend auf einen angelegten Strom zu bewegen.
Das Ventilelement 110 kann ein Druckregulierungsventilelement verkörpern, welches konfiguriert ist, um den Druck des Brennstoffes zu beeinflussen, der durch das Ventilelement 106 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 fließt. Insbesondere kann das Ventilelement 110 zwischen dem Ventilelement 106 und dem Tank 28 angeordnet sein, so dass, wenn das Ventilelement 106 weg von der ersten Position bewegt wird, etwas Brennstoff durch das Ventilelement 106 zum Ventilelement 110 geleitet wird. Ein erstes Ende des Ventilelementes 110 kann in Verbindung mit Brennstoff von der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 sein und zusammen mit der Vorspannung einer Rückstellfeder das Ventilelement 110 zu einer Flussblockierungsposition drücken. Wenn es in der Flussblockierungsposition ist, kann im Wesentlichen kein Brennstoff durch das Ventilelement 110 zum Tank 28 geleitet werden. Ein zweites Ende des Ventilelementes 110 kann in Verbindung mit dem Brennstoff sein, der durch das Ventilelement 106 geleitet wird und kann das Ventilelement 110 zu einer Flussdurchlassposition drücken. Wenn es in der Flussdurchlassposition ist, kann die Menge des Brennstoffes, die zum Tank 28 abfließen kann, von der Menge des Brennstoffes abhängig sein, die durch das Ventilelement 106 geleitet wird, vom daraus resultierenden Druck des geleiteten Brennstoffes und vom Druck des Brennstoffes aus der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34, der zum gegenüberliegenden Ende 34 des Ventilelementes 110 geliefert wird. In dieser Weise kann der Druck des Brennstoffes innerhalb der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 den Druck des Brennstoffes aus der zweiten gemeinsamen Sammelleitung 37 beeinflussen, der zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 geleitet wird.
Die Bypass- bzw. Überleitungsschaltung 112 kann sicherstellen, dass ein minimaler Brennstoffdruck immer für die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 verfügbar ist. Wenn das Ventilelement 106 in der zweiten Position ist, kann insbesondere die einzige Brennstoffquelle für die Einspritzvorrichtung 32 die erste gemeinsame Sammelleitung 34 durch die Bypass- bzw. Überleitungsschaltung 112 sein. Die Bypass-Schaltung 112 kann ein Rückschlagventil 116 aufweisen, welches einen Brennstofffluss in einer Richtung durch die Bypass-Schaltung 112 sicherstellt, so dass Brennstoff durch die Bypass-Schaltung 112 nur dann fließt, wenn ein Brennstoffdruck in der Einspritzvorrichtung 32 unter den Brennstoffdruck in der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 abfällt.
3 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel des Brennstoffsystems 12 der 2. In ähnlicher Weise wie beim Brennstoffsystem 12 der 2 kann das Brennstoffsystem 12 der 3 eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 aufweisen, die Flüsse von unter Druck gesetztem Brennstoff von ersten und zweiten Common-Rails bzw. gemeinsamen Druckleitungen 34 und 37 über eine Brennstoffleitung 50 aufnimmt. Im Gegensatz zu der in 2 abgebildeten Drucksteuervorrichtung 102 kann jedoch das Ausführungsbeispiel der 3 eine andere Drucksteuervorrichtung 302 aufweisen. Die Drucksteuervorrichtung 302 kann eine Betätigungsvorrichtung 304 aufweisen, die betriebsmäßig mit einem Ventilelement 306 verbunden ist und in Verbindung mit einem Steuersystem 316 ist. Das Ventilelement 306 kann mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 assoziiert sein und durch die Betätigungsvorrichtung 34 bewegbar sein, um selektiv die ersten und zweiten Flüsse von unter Druck gesetztem Brennstoff zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu kombinieren und/oder zu leiten. Es wird in Betracht gezogen, dass die Betätigungsvorrichtung 304 und das Ventilelement 306 integral mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 sein können oder getrennt als alleinstehende Komponenten vorgesehen sein können.
Die Betätigungsvorrichtung 304 kann im Wesentlichen identisch mit der Betätigungsvorrichtung 104 sein und eine piezoelektrische Vorrichtung verkörpern, die eine oder mehrere Säulen von piezoelektrischen Kristallen hat. Wenn ein elektrisches Feld an die Kristalle 204 angelegt wird, wie beispielsweise durch das Anlegen eines Stroms, dehnen sich die piezoelektrischen Kristalle entlang ihrer Achse aus, um die Bewegung des Ventilelementes 306 zu beeinflussen.
Die Betätigungsvorrichtung 304 kann angeschlossen sein, um das Ventilelement 306 mittels Vorsteuerströmungsmittel zu bewegen. Insbesondere kann ein Vorsteuerelement 320, welches mit der Betätigungsvorrichtung 304 verbunden ist, zwischen einer ersten Position, in der Vorsteuerströmungsmittel von der Common-Rail 34 mit einem Ende des Ventilelementes 306 verbunden ist, und einer zweiten Position bewegbar sein, in der das Vorsteuerströmungsmittel vom Ende des Ventilelementes 306 zum Tank 28 ablaufen kann. Wenn Strom an die piezoelektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 304 angelegt wird, kann die Betätigungsvorrichtung 304 sich ausdehnen, um das Vorsteuerelement 320 von der ersten Position zur zweiten Position zu bewegen. Wenn der Strom von den piezoelektrischen Kristallen der Betätigungsvorrichtung 304 weggenommen wird, kann im Gegensatz dazu die Betätigungsvorrichtung 304 sich zusammenziehen, um das Vorsteuerelement 320 zur ersten Position zurückzubringen. Es wird in Betracht gezogen, dass die piezo-elektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 304 weggelassen werden können, falls erwünscht, und dass die Bewegung des Vorsteuerelementes 320 in irgendeiner anderen geeigneten Weise gesteuert wird. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass die Betätigungsvorrichtung 304 alternativ direkt und mechanisch angeschlossen sein kann, um das Ventilelement 306 ohne Verwendung des Pilot- bzw. Vorsteuerelementes 320 zu bewegen, falls erwünscht.
Das Ventilelement 306 kann ein proportionales Ventilelement verkörpern oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung, die ansprechend auf das oben beschriebene Vorsteuerströmungsmittel bewegbar ist. Insbesondere wenn ausreichend Vorsteuerströmungsmittel von der Common-Rail 34 in Kontakt mit dem Ende des Ventilelementes 306 ist, kann das Ventilelement 306 in einer ersten Position sein oder zu dieser hingedrückt werden, in der nur der zweite Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff zur mittigen Bohrung 82 geleitet wird. Wenn das Vorsteuerströmungsmittel weg vom Ende des Ventilelementes 306 abgeleitet wird, kann eine Feder 322 das Ventilelement 306 zu einer zweiten Position hin vorspannen, in der nur der erste Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff zur mittigen Bohrung 82 geleitet wird. Das Ventilelement 306 kann durch das Vorsteuerströmungsmittel zu irgendeiner Position zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegbar sein, um einen Teil der ersten und zweiten unter Druck gesetzten Flüsse von Brennstoff zur mittigen Bohrung 82 zu leiten. Die Menge und der Anteil der ersten und zweiten Flüsse, die durch das Ventilelement 306 zur mittigen Bohrung 82 geleitet werden, können von dem Strom abhängen, der an die piezoelektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 304 angelegt wird, und können den daraus resultierenden Druck des Brennstoffes beeinflussen, der zur mittigen Bohrung 82 geliefert wird. Zusätzlich kann die Geschwindigkeit des Strömungsmittels, welches durch das Vorsteuerelement 302 fließt, die Betätigungsgeschwindigkeit des Ventilelementes 320 beeinflussen, und die daraus resultierende Rate mit der der Einspritzdruck innerhalb der mittigen Bohrung 82 sich verändert. Dieses Modulieren/Kombinieren von unter Druck gesetztem Brennstoff kann einen variablen Druck des Brennstoffes innerhalb der mittigen Bohrung 82 gestatten, was eine variable Einspritzrate des Brennstoffes durch die Zumessöffnungen 84 und eine variable Eindringungstiefe in die Brennkammer 22 zur Folge hat. Das Steuersystem 316 kann Komponenten aufweisen, die zusammenarbeiten, um den Betrieb der Drucksteuervorrichtung 302 und/oder der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 ansprechend auf eine oder mehrere Eingangsgrößen zu regeln. Insbesondere kann das Steuersystem 316 einen Sensor 317 aufweisen, der betriebsmäßig mit dem kombinierten Brennstofffluss von der Drucksteuervorrichtung 302 assoziiert ist und eine Steuervorrichtung 318. Die Steuervorrichtung 318 kann den Strom, der an die Betätigungsvorrichtung 304 angelegt wird, ansprechend auf Signale vom Sensor 317 regeln.
Der Sensor 317 kann einen Drucksensor verkörpern, der konfiguriert ist, um einen Druck des kombinierten Brennstoffes abzufühlen, welcher aus der Drucksteuervorrichtung 302 austritt um ein Signal zu erzeugen, welches den Druck anzeigt. Es wird in Betracht gezogen, dass der Sensor 317 alternativ einen anderen Parameter oder einen zusätzlichen Parameter des Brennstoffes abfühlen kann, der mit dem kombinierten Brennstofffluss assoziiert ist, wie beispielsweise eine Temperatur, eine Viskosität, eine Flussrate oder irgendeinen anderen in der Technik bekannten Parameter.
Die Steuervorrichtung 318 kann einen einzigen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel zur Steuerung eines Betriebs des Brennstoffsystems 12 aufweisen. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können konfiguriert sein, um die Funktionen der Steuervorrichtung 318 auszuführen. Es sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 318 leicht einen allgemeinen Motormikroprozessor verkörpern könnte, der zahlreiche Motorfunktionen steuern kann. Die Steuervorrichtung 318 kann einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung, einen Prozessor und andere Komponenten zum Laufen lassen einer Anwendung aufweisen. Verschiedene andere Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 318 assoziiert sein, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung, eine Elektromagnettreiberschaltung und andere Arten von Schaltungen.
Ein oder mehrere Kennfelder, die den Einspritzzeitpunkt und den erwünschten Einspritzdruck in Beziehung setzen, können im Speicher der Steuervorrichtung 318 gespeichert sein. Jedes dieser Kennfelder kann in Form von Tabellen, Kurvendarstellungen und/oder Gleichungen sein. In einem Beispiel können der Einspritzzeitpunkt und der erwünschte Einspritzdruck die Koordinatenachsen einer zweidimensionalen Tabelle zur Steuerung der Betätigungsvorrichtung 304 bilden.
Der erwünschte Druck, die Vorsteuerelementposition und/oder der Befehlsstrom, die mit der Expansion und Kontraktion der Piezo-Kristalle der Betätigungsvorrichtung 304 assoziiert sind, können in einem getrennten zweidimensionalen Kennfeld in Beziehung gesetzt werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Einspritzzeitpunkt direkt in Beziehung zur Vorsteuerelementposition und/oder dem Befehlsstrom in einem einzigen zweidimensionalen Kennfeld gesetzt werden kann, falls erwünscht.
Die Steuervorrichtung 318 kann konfiguriert sein, um das vom Sensor 317 erzeugte Signal zu empfangen und die Betätigungsvorrichtung 304 ansprechend darauf zu betreiben. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 318 in Verbindung mit dem Sensor 317 sein, um das Signal vom Sensor 317 zu empfangen. Die Steuervorrichtung 318 kann auf das Kennfeld (die Kennfelder), das (die) in ihrem Speicher gespeichert ist (sind) Bezug nehmen, kann die Signale vom Sensor 317 mit dem erwünschten Druckwert vergleichen, der in dem Kennfeld (den Kennfeldern) zu finden ist, und kann den Strom, der zu den Piezo-Kristallen der Betätigungsvorrichtung 304 geleitet wird, ansprechend auf den Vergleich modulieren. Nach der Bezugnahme auf das Beziehungskennfeld (die Beziehungskennfelder) und der Bestimmung eines erwünschten Einspritzdruckes, dem Vergleich des gemessenen Druckes mit dem erwünschten Einspritzdruck und der Bestimmung, dass der gemessene Druck beträchtlich geringer ist als der erwünschte Druck (beispielsweise um eine vorbestimmte Größe geringer als der vorbestimmte Druck), kann die Steuervorrichtung 318 beispielsweise den Strom verringern, der zur Betätigungsvorrichtung 304 geliefert wird, wodurch Niederdruckbrennstoff von der Common-Rail 34 mit dem Ventilelement 306 verbunden wird und bewirkt wird, dass das Ventilelement 306 sich zur zweiten Position hin bewegt. Diese Bewegung zur zweiten Position hin kann eine Steigerung des Druckes des Brennstoffes zur Folge haben, der durch das Ventilelement 306 geleitet wird. Wenn der Vergleich anzeigt, dass der gemessene Druck beträchtlich größer ist als der erwünschte Druck (beispielsweise um eine vorbestimmte Größe mehr als der erwünschte Druck), kann die Steuervorrichtung 318 im Gegensatz dazu den Strom vergrößern, der zur Betätigungsvorrichtung 304 geliefert wird, wodurch das Ventilelement 306 mit dem Tank 28 verbunden wird und bewirkt wird, dass das Ventil element 306 sich zur ersten Position hin bewegt. Diese Bewegung zur ersten Position hin kann eine Verringerung des Druckes des Brennstoffes zur Folge haben, welcher durch das Ventilelement 306 geleitet wird.
4 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel des Brennstoffsystems 12 der 3. Ähnlich wie bei dem Brennstoffsystem 12 der 3 kann das Brennstoffsystem 12 der 4 eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 aufweisen, die Flüsse von unter Druck gesetztem Brennstoff von ersten und zweiten Common-Rails bzw. gemeinsamen Druckleitungen 34 und 37 über eine Brennstoffleitung 50 aufnimmt, und eine Betätigungsvorrichtung 304. Jedoch kann die Betätigungsvorrichtung 304 der 4 im Gegensatz zu dem einzelnen Ventilelement 306, welches mit der in 3 abgebildeten Betätigungsvorrichtung 304 assoziiert ist, zweigetrennte Ventilelemente 408 und 410 aufweisen.
Während eines Einspritzereignisses, wenn die ersten und zweiten Flüssen von unter Druck gesetztem Brennstoff durch das Ventilelement 306 geleitet werden (siehe 3) ist es möglich, dass der Brennstoff mit dem höheren Druck von der ersten Common-Rail 37 in umgekehrter Richtung in die zweite Common-Rail 34 fließt. Dieser umgekehrte Fluss kann den Wirkungsgrad des Brennstoffsystems 12 verringern. Um den Wirkungsgrad des Brennstoffsystems 12 zu verbessern, kann die Betätigungsvorrichtung 304 der 4 getrennte Ventilelemente 408 und 410 einrichten bzw. aufweisen.
Ähnlich wie das Ventilelement 306 kann das Ventilelement 408 ein proportionales Ventilelement oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung verkörpern, die durch die Betätigungsvorrichtung 304 bewegbar ist. Obwohl die Betätigungsvorrichtung 304 in diesem Ausführungsbeispiel derart veranschaulicht ist, dass sie direkt und mechanisch mit dem Ventilelement 408 gekoppelt ist, wird in Betracht gezogen, dass die Betätigungsvorrichtung 304 alternativ indirekt mit dem Ventilelement 408 durch ein (nicht gezeigtes) Pilot- bzw. Vorsteuerelement verbunden ist, ähnlich wie bei dem Vorsteuerelement 320 der 3. Das Ventilelement 408 kann zwischen einer ersten Position, in der unter Druck gesetzter Brennstoff von der ersten Common-Rail 34 von der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 abgeblockt wird, und einer zweiten Position bewegbar sein, in der eine maximale Menge an Brennstoff aus der ersten Common-Rail 34 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 geleitet wird. Das Ventilelement 408 kann auch zu irgendeiner Position zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegbar sein, um einen Teil des unter Druck gesetzten Brennstoffflusses zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu leiten. Die Menge des ersten Flusses von unter Druck gesetztem Brennstoff von der ersten Common-Rail 34, die durch das Ventilelement 408 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 geleitet wird, kann dem Strom entsprechen, der an die piezo-elektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 304 angelegt wird.
Im Gegensatz zum Ventilelement 408 kann das Ventilelement 410 ein elektromagnetbetätigtes Zwei-Positionen-Ventilelement verkörpern. Das Ventilelement 410 kann von einer ersten Position, in der im Wesentlichen kein unter Druck gesetzter Brennstoff von der zweiten Common-Rail 37 zur mittigen Bohrung 82 geleitet wird, zu einer zweiten Position bewegbar sein, in der eine maximale Menge an Brennstoff von der zweiten Common-Rail 37 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 geleitet wird. Die Ventilelemente 408 und 410 können getrennt oder gleichzeitig betrieben werden, um unabhängig unter Druck gesetzten Brennstoff von entweder der ersten Common-Rail 34 oder der zweiten Common-Rail 37 oder sowohl von der ersten als auch der zweiten Common-Rail 34, 37 zu leiten. Dieses Kombinieren von unter Druck gesetztem Brennstoff von den ersten und zweiten Common-Rails 34, 37 kann einen variablen Druck des Brennstoffes in der mittigen Bohrung 82 gestatten, was eine variable Einspritzrate des Brennstoffes durch die Zumessöffnungen 84 und eine variable Eindringungstiefe in die Brennkammer 22 zur Folge hat.
5 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel des Brennstoffsystems 12. Ähnlich wie beim Brennstoffsystem 12 der 3 kann das Brennstoffsystem 12 der 5 Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 aufweisen, die Flüsse von unter Druck gesetztem Brennstoff von ersten und zweiten Common-Rails bzw. gemeinsamen Druckleitungen 34, 37 über eine Brennstoffleitung 50 aufnehmen. Im Gegensatz zu den Drucksteuervorrichtungen 302, die mit jeder einzelnen in 3 abgebildeten Einspritzvorrichtung assoziiert sind, können jedoch die Drucksteuer vorrichtungen 502 mit mehreren Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 assoziiert sein. Insbesondere kann eine erste Drucksteuervorrichtung 502 mit einer ersten Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 assoziiert sein, während eine zweite Drucksteuervorrichtung 502 mit einer zweiten Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 assoziiert sein kann. Jede der ersten und zweiten Gruppen von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 kann mit nur nicht auf einander folgend zündenden Brennkammern 22 assoziiert sein. Beispielsweise können jene Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32, die mit den Brennkammern 22 assoziiert sind, die mit 1, 2 und 3 nummeriert sind, in der ersten Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 sein, während jene Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32, die mit den Brennkammern 22 assoziiert sind, die mit 4, 5 und 6 nummeriert sind, in der zweiten Gruppe sein können. In dieser Weise können die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 in einer einzigen Gruppe niemals aufeinander folgend Brennstoff einspritzen.
Durch Beschränkung von aufeinander folgenden Brennstoffeinspritzungen von einer Gruppe von gemeinsam druckgeregelten Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 kann eine adäquate Zeit für die Drucksteuervorrichtung 502 vorgesehen sein, um auf variierende Druckanforderungen zwischen Einspritzereignissen anzusprechen. Das heißt, durch Abwechseln von Einspritzereignissen zwischen den Gruppen von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 wird der Drucksteuervorrichtung 502 zweimal so viel Zeit gestattet, um auf einen erforderlichen Einspritzdruck anzusprechen, und zwar im Vergleich zu aufeinander folgenden Einspritzungen innerhalb der gleichen Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32. In dieser Weise muss jede Drucksteuervorrichtung 502 nur schnell genug ansprechen, um den Druck von jedem zweiten Einspritzereignis zu regeln.
Wie in 6 veranschaulicht, kann jede Drucksteuervorrichtung 502 eine Betätigungsvorrichtung 604 aufweisen, die betriebsmäßig mit einem Ventilelement 606 verbunden ist. Das Ventilelement 606 kann durch die Betätigungsvorrichtung 604 bewegbar sein, um selektiv die ersten und zweiten Flüsse von unter Druck gesetztem Brennstoff zu kombinieren und den kombinierten Fluss zu den entsprechen den ersten oder zweiten Gruppen von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 zu leiten.
Die Betätigungsvorrichtung 604 kann im Wesentlichen identisch mit der Betätigungsvorrichtung 304 sein und eine piezo-elektrische Vorrichtung verkörpern, die eine oder mehrere Säulen von piezo-elektrischen Kristallen hat. Wenn ein elektrisches Feld an die Kristalle der Betätigungsvorrichtung 604 angelegt wird, wie beispielsweise durch das Anlegen eines Stroms, dehnen sich die piezo-elektrischen Kristalle entlang der Achse aus, um die Bewegung des Ventilelementes 606 zu beeinflussen.
Die Betätigungsvorrichtung 604 kann angeschlossen sein, um das Ventilelement 606 mittels Vorsteuerströmungsmittel zu bewegen. Insbesondere kann ein Vorsteuerelement 620, welches mit der Betätigungsvorrichtung 604 verbunden ist, zwischen einer ersten Position, in der Vorsteuerströmungsmittel von der zweiten Common-Rail 37 mit einem Ende des Ventilelementes 606 verbunden ist, und einer zweiten Position bewegbar sein, in der das Vorsteuerströmungsmittel vom Ende des Ventilelementes 606 zum Tank 28 ablaufen kann. Wenn Strom an die piezo-elektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 604 angelegt wird, kann die Betätigungsvorrichtung 604 sich ausdehnen, um das Vorsteuerelement 620 von der ersten Position zur zweiten Position zu bewegen. Wenn der Strom von den piezo-elektrischen Kristallen der Betätigungsvorrichtung 604 weggenommen wird, kann sich im Gegensatz dazu die Betätigungsvorrichtung 604 zusammenziehen, um das Vorsteuerelement 620 zur ersten Position zurückzubringen. Es wird in Betracht gezogen, dass die piezo-elektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 604 weggelassen werden können, falls erwünscht, und dass die Bewegung des Vorsteuerelementes 620 in irgendeiner geeigneten Weise gesteuert wird. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass die Betätigungsvorrichtung 604 alternativ direkt und mechanisch angeschlossen sein kann, um das Ventilelement 606 ohne Verwendung des Vorsteuerelementes 620 zu bewegen, falls erwünscht.
Das Ventilelement 606 kann ein Proportionalventilelement verkörpern oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung, die ansprechend auf das oben beschrie bene Vorsteuerströmungsmittel bewegbar ist. Insbesondere wenn ausreichend Vorsteuerströmungsmittel von der Common-Rail 34 in Kontakt mit dem Ende des Ventilelementes 606 ist, kann das Ventilelement 606 in einer ersten Position sein oder zu dieser hingedrückt werden, in der nur der zweite Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff zur entsprechenden Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 geleitet wird. Wenn das Vorsteuerströmungsmittel weg vom Ende des Ventilelementes 606 abgeleitet wird, kann eine Feder 622 das Ventilelement 606 zu einer zweiten Position hin vorspannen, in der nur der erste Fluss von unter Druck gesetztem Brennstoff zur entsprechenden Brennstoffeinspritzvorrichtungsgruppe geleitet wird. Das Ventilelement 606 kann durch das Vorsteuerströmungsmittel zu irgendeiner Position zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegbar sein, um einen Teil der ersten und zweiten unter Druck gesetzten Flüsse von Brennstoff zur Brennstoffeinspritzvorrichtungsgruppe zu leiten. Die Menge und der Anteil der ersten oder zweiten Flüsse, die von dem Ventilelement 606 geleitet werden, können von dem Strom abhängen, der an die piezo-elektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 604 angelegt wird, und können den daraus resultierenden Druck des gelieferten Brennstoffes beeinflussen. Zusätzlich kann die Geschwindigkeit des Strömungsmittels, welches durch das Vorsteuerelement 620 fließt, die Betätigungsgeschwindigkeit des Ventilelements 620 beeinflussen, und die daraus resultierende Rate, mit der sich der Einspritzdruck verändert. Dieses Modulieren/Kombinieren des unter Druck gesetzten Brennstoffes kann einen variablen Druck des Brennstoffes in den mittigen Bohrungen 82 gestatten, was eine variable Brennstoffeinspritzrate durch die Zumessöffnungen 84 und eine variable Eindringungstiefe in die Brennkammern 22 zur Folge hat.
7 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel für das Brennstoffsystem 12 der 6. Ähnlich wie das Brennstoffsystem 12 der 6 kann das Brennstoffsystem 12 der 7 zwei Gruppen von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 aufweisen, die Flüsse von unter Druck gesetztem Brennstoff von ersten und zweiten Common-Rails 34 und 37 über eine Brennstoffleitung 50 aufnehmen, und zwei Drucksteuervorrichtungen 502. Im Gegensatz zu dem einzelnen Ventilelement 606, welches mit jeder in 6 abgebildeten Betätigungsvorrichtung 604 as soziiert ist, kann jede Betätigungsvorrichtung 604 der 7 zwei getrennte Ventilelemente 708 und 710 aufweisen.
Während eines Einspritzereignisses, wenn die ersten und zweiten Flüsse von unter Druck gesetztem Brennstoff durch das Ventilelement 606 geleitet werden (siehe 6), ist es möglich, dass der Brennstoff mit höherem Druck von der ersten Common-Rail 37 in umgekehrter Richtung in die zweite Common-Rail 34 fließt. Dieser umgekehrte Fluss kann den Wirkungsgrad des Brennstoffsystems 12 verringern. Um den Wirkungsgrad des Brennstoffsystems 12 zu verbessern, kann die Betätigungsvorrichtung 604 der 7 getrennte Ventilelemente 708 und 710 einrichten.
Ähnlich wie das Ventilelement 606 kann das Ventilelement 708 ein Proportionalventilelement oder eine andere geeignete Vorrichtung verkörpern, die durch die Betätigungsvorrichtung 604 bewegbar ist. Obwohl die Betätigungsvorrichtung 604 in diesem Ausführungsbeispiel derart veranschaulicht ist, dass sie direkt und mechanisch mit dem Ventilelement 708 gekoppelt ist, wird in Betracht gezogen, dass die Betätigungsvorrichtung 604 alternativ indirekt mit dem Ventilelement 708 durch ein (nicht gezeigtes) Pilot- bzw. Vorsteuerelement verbunden ist, und zwar ähnlich dem Vorsteuerelement 620 der 6. Das Ventilelement 708 kann zwischen einer ersten Position, in der unter Druck gesetzter Brennstoff von der ersten Common-Rail 34 von der entsprechenden Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 abgeblockt ist, und einer zweiten Position bewegbar sein, in der eine maximale Menge an Brennstoff von der ersten Common-Rail 34 zu der Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 geleitet wird. Das Ventilelement 708 kann auch zu irgendeiner Position zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegbar sein, um einen Teil des ersten unter Druck gesetzten Flusses von Brennstoff zur Brennstoffeinspritzvorrichtungsgruppe zu leiten. Die Menge des ersten Flusses von unter Druck gesetztem Brennstoff von der ersten Common-Rail 34, die durch das Ventilelement 708 zur Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 geleitet wird, kann dem Strom entsprechen, der an die piezo-elektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 604 angelegt ist.
Im Gegensatz zum Ventilelement 708 kann das Ventilelement 710 ein elektromagnetbetätigtes Zwei-Positionen-Ventilelement verkörpern. Das Ventilelement 710 kann von einer ersten Position, in der im Wesentlichen kein unter Druck gesetzter Brennstoff von der zweiten Common-Rail 37 zur entsprechenden Brennstoffeinspritzvorrichtungsgruppe geleitet wird, zu einer zweiten Position bewegbar sein, in der eine maximale Menge an Brennstoff von der zweiten Common-Rail 37 zur Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 geleitet wird. Die Ventilelemente 708 und 710 können getrennt oder gleichzeitig betrieben werden, um unabhängig unter Druck gesetzten Brennstoff von entweder der ersten Common-Rail 34 oder der zweiten Common-Rail 37 oder von sowohl der ersten als auch der zweiten Common-Rail 34, 37 zu leiten. Dieses Kombinieren des unter Druck gesetzten Brennstoffes von den ersten und zweiten Common-Rails 34, 37 kann einen variablen Brennstoffdruck in den mittigen Bohrungen 82 der entsprechenden Brennstoffeinspritzvorrichtungsgruppe gestatten, was eine variable Einspritzrate des Brennstoffes durch die Zumessöffnungen 84 und eine variable Eindringungstiefe in die Brennkammer 22 zur Folge hat.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Brennstoffsystem der vorliegenden Offenbarung hat weithin Anwendung in einer Vielzahl von Motorbauarten, beispielsweise bei Dieselmotoren, Benzinmotoren und mit gasförmigem Brennstoff angetriebenen Motoren. Das offenbarte Brennstoffsystem kann in irgendeinem Motor eingerichtet sein, der ein Druckbrennstoffsystem verwendet, bei dem es vorteilhaft sein kann, eine Brennstoffversorgung mit variablem Druck vorzusehen. Der Betrieb des Brennstoffsystems 12 wird nun erklärt.
Das Nadelventilelement 58 kann durch eine Unausgeglichenheit der Kraft bewegt werden, die durch den Brennstoffdruck erzeugt wird. Wenn beispielsweise das Nadelventilelement 58 in der ersten Position oder Zumessöffnungsblockierungsposition ist, kann unter Druck gesetzter Brennstoff von dem Brennstoffversorgungsdurchlassweg 74 in die Steuerkammer 72 fließen, um auf die hydraulische Oberfläche 98 zu wirken. Gleichzeitig kann unter Druck gesetzter Brennstoff vom Brennstoffversorgungsdurchlassweg 74 in die mittigen Bohrungen 70 und 82 in Voraussicht der Einspritzung fließen. Die Kraft der Feder 88 kombiniert mit der Hydraulikkraft, die an der hydraulischen Oberfläche 98 erzeugt wird, kann größer als eine entgegengesetzte Kraft sein, die an der hydraulischen Oberfläche 100 erzeugt wird, wodurch bewirkt wird, dass das Nadelventilelement 58 in der ersten Position bleibt, um den Brennstofffluss durch die Zumessöffnungen 84 einzuschränken. Um die Zumessöffnungen 84 zu öffnen und den unter Druck gesetzten Brennstoff von der mittigen Bohrung 82 in die Brennkammer 22 einzuspritzen, kann die erste Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 60 ihr assoziiertes Ventilelement bewegen, um selektiv den unter Druck gesetzten Brennstoff weg von der Steuerkammer 72 und der hydraulischen Oberfläche 98 abzuleiten. Diese Verringerung des Druckes, der auf die hydraulische Oberfläche 98 wirkt, kann gestatten, dass die entgegengesetzte Kraft, die an der hydraulischen Oberfläche 100 wirkt, die Vorspannkraft der Feder 88 überwindet, wodurch das Nadelventilelement 58 zur Zumessöffnungsöffnungsposition bewegt wird.
Um die Zumessöffnungen 84 zu schließen und die Einspritzung von Brennstoff in die Brennkammer 22 zu beenden, kann die zweite Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 62 erregt werden. Insbesondere wenn das mit der zweiten Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 62 assoziierte Ventilelement zur Flussblockierungsposition hin gedrückt wird, kann Strömungsmittel aus der Steuerkammer 72 davon abgehalten werden, zum Tank 28 abzulaufen. Weil das unter Druck gesetzte Strömungsmittel kontinuierlich zur Steuerkammer 72 über den eingeschränkten bzw. gedrosselten Versorgungsdurchlassweg 80 geliefert wird, kann sich Druck schnell in der Steuerkammer 72 aufbauen, wenn ein Ablaufen durch den Steuerdurchlassweg 76 verhindert wird. Der zunehmende Druck in der Steuerkammer 72 kombiniert mit der Vorspannkraft der Feder 88 kann die entgegenwirkende Kraft überwinden, die auf die hydraulische Oberfläche 100 wirkt, um das Nadelventilelement 58 zur geschlossenen Position hin zu drücken. Es wird in Betracht gezogen, dass die zweite Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 62 weggelassen werden kann, falls erwünscht, und dass die erste Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 60 verwendet werden kann, um sowohl die Öffnungs- als auch Verschlussbewegungen des Nadelventilelementes 58 einzuleiten.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der 2 kann das Drucksteuerventil 102 den Druck des Brennstoffes beeinflussen, der zu den mittigen Bohrungen 70 und 82 geliefert wird, und darauf folgend in die Brennkammer 22 eingespritzt wird. Ansprechend auf einen Strom, der an die piezo-elektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 104 angelegt wird, kann die Betätigungsvorrichtung 104 insbesondere das Ventilelement 108 bewegen, um unter Druck gesetzten Brennstoff von dem Ende des Ventilelementes 106 abzuleiten, was gestattet, dass das Ventilelement 106 sich zu seiner ersten Position hin bewegt und die Menge des unter Druck gesetzten Brennstoffes verringert, der aus der zweiten gemeinsamen Sammelleitung 37 zum Tank 28 abläuft. Die verringerte Menge des Brennstoffes, die zum Tank 28 abläuft, kann eine Vergrößerung des Druckes in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zur Folge haben. Wenn der Strom von der Betätigungsvorrichtung 104 weggenommen wird, kann sich im Gegensatz dazu das Ventilelement 108 bewegen, um unter Druck gesetzten Brennstoff von der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 mit dem Ende des Ventilelementes 106 zu verbinden, wodurch das Ventilelement 106 zu seiner zweiten Position gedrückt wird, um die Menge von unter Druck gesetztem Brennstoff zu vergrößern, die von der zweiten gemeinsamen Sammelleitung 37 zum Tank 28 abläuft. Die vergrößerte Menge an Brennstoff, die zum Tank 28 abläuft, kann dahingehend wirken, dass sie den Druck des Brennstoffes verringert, der zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 geliefert wird.
Wenn der ablaufende Brennstoff das Ventilelement 110 erreicht, kann er weiter zum Ablauf 28 laufen oder kann ansprechend auf eine Druckdifferenz an dem Ventilelement 110 blockiert werden. Insbesondere, wenn die Kraft an dem Ventilelement 110, die aus dem Druck des Brennstoffes resultiert, der durch das Ventilelement 106 abläuft, größer als die Kraft ist, die aus dem Druck des Brennstoffes in der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 und der Vorspannung der assoziierten Rückstellfeder resultiert, kann das Ventilelement 110 sich öffnen, um den ablaufenden Brennstoff zum Tank 28 zu leiten. Wenn jedoch die Kraft, die aus dem Brennstoff resultiert, der durch das Ventilelement 106 abläuft, geringer als die Kraft ist, die aus dem Druck des Brennstoffes in der ersten gemeinsamen Sam melleitung 34 und der Vorspannung der Rückstellfeder resultiert, kann der ablaufende Brennstoff vom Tank 28 abgeblockt sein. In dieser Weise kann der Druck des Brennstoffes innerhalb der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 den Druck des Brennstoffes beeinflussen, der zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 geleitet wird.
Brennstoff kann immer für die Einspritzvorrichtung 32 verfügbar sein, und zwar ungeachtet des Betriebs des Drucksteuerventils 102. Insbesondere kann die Bypass-Schaltung 112 sicherstellen, dass zu jedem Zeitpunkt, wo der Brennstoffdruck innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 unter den Druck des Brennstoffes innerhalb der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 fällt, der Brennstoff innerhalb der ersten gemeinsamen Sammelleitung 34 zur Einspritzvorrichtung 32 fließen kann.
Das Brennstoffsystem 12 kann weiter einen stufenlosen Bereich von Einspritzdrücken liefern. Insbesondere weil der Druck des eingespritzten Brennstoffes ansprechend auf eine Position des Ventilelementes 106 variieren kann, und weil das Ventilelement 106 zu irgendeiner Position zwischen seiner ersten und zweiten Position bewegt werden kann, können viele unterschiedliche Drücke zur Einspritzung verfügbar sein. Weil das Brennstoffsystem 12 nur Brennstoff verwenden kann, um diese Druckveränderungen zu beeinflussen, ist zusätzlich eine Verunreinigung zwischen unähnlichen Strömungsmitteln kein zu beachtender Punkt.
Wie in den in 3 und 4 veranschaulichten alternativen Ausführungsbeispielen des Brennstoffsystems 12 abgebildet, kann die Drucksteuervorrichtung 302 den Druck des Brennstoffes beeinflussen, der zu den mittigen Bohrungen 70 und 82 geliefert wird, und der darauf folgend in die Brennkammer 22 eingespritzt wird. Insbesondere ansprechend auf einen Strom, der an die piezo-elektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 304 angelegt wird, kann die Betätigungsvorrichtung 304 eine Bewegung der Ventilelemente 306 (siehe 3) und 408 (siehe 4) beeinflussen, um die Menge des unter Druck gesetzten Brennstoffes zu vergrößern oder zu verringern, welche aus der ersten Common-Rail 34 in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 fließt. Bezüglich des Ausführungsbeispiels der 3 kann die Bewegung der Betätigungsvorrichtung 304 auch gleichzeitig die Menge des unter Druck gesetzten Brennstoffes steuern, die aus der zweiten Common-Rail 37 in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 fließt. Mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 4 kann das Ventilelement 410 im Gegensatz dazu unabhängig gesteuert werden, um den Fluss von Brennstoff aus der zweiten Common-Rail 37 in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu gestatten oder zu blockieren.
Die Steuervorrichtung 318 kann eine präzise Steuerung des Druckes eines Brennstoffeinspritzereignisses ermöglichen. Insbesondere während unterschiedlicher Stufen der Einspritzung (Voreinspritzung, Haupteinspritzung, Nacheinspritzung usw.) kann es wünschenswert sein, den Druck des eingespritzten Brennstoffes zu verändern. Um diese Druckveränderung zu erreichen, kann die Steuervorrichtung 318 auf das Beziehungskennfeld (die Beziehungskennfelder) Bezug nehmen, das (die) in ihrem Speicher gespeichert ist (sind) und einen erwünschten Druck entsprechend der gegenwärtigen Zeitsteuerstufe der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 bestimmen. Dieser erwünschte Druck kann dann durch die Steuervorrichtung 318 mit dem Signal vom Sensor 317 verglichen werden, um einen Fehlerwert zu bestimmen. Wenn der Fehlerwert einen vorbestimmten Wert überschreitet, kann die Steuervorrichtung 318 den Strom modulieren, welcher zur Betätigungsvorrichtung 304 geliefert wird, wodurch das Verhältnis des Niederdruckbrennstoffes zum Hochdruckbrennstoff variiert wird, welches durch das Ventilelement 306 (mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 3) oder durch die Ventilelemente 408 und 410 (mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 4), geleitet wird.
Diese Veränderung der Flussraten des Brennstoffes aus den ersten und zweiten Common-Rails 34, 37 kann direkt und sofort den Druck des Brennstoffes in den mittigen Bohrungen 70 und 82 beeinflussen. Beispielsweise kann ein gesteigerter Strom, der an die Betätigungsvorrichtung 34 angelegt wird, eine Verringerung der Flussrate des unter Druck gesetzten Brennstoffes von der ersten Common-Rail 34 und einen resultierenden höheren Druck des Brennstoffes in den mittigen Bohrungen 70 und 82 bewirken. Im Gegensatz dazu kann ein verringerter Strom, der an die Betätigungsvorrichtung 304 angelegt wird, eine Zunahme der Flussrate des unter Druck gesetzten Brennstoffes von der ersten Common-Rail 34 und einen re sultierenden höheren Druck des Brennstoffes in den mittigen Bohrungen 70 und 82 bewirken. Bezüglich 3 können die Veränderungen der Flussrate des unter Druck gesetzten Brennstoffes aus der zweiten Common-Rail 37 gleichzeitig einer umgekehrten bzw. inversen Veränderung der Flussrate des unter Druck gesetzten Brennstoffes von der ersten Common-Rail 34 entsprechen. Mit Bezug auf 4 kann die Flussrate des unter Druck gesetzten Brennstoffes aus der zweiten Common-Rail 37 unabhängig über ein elektromagnetbetätigtes Ventilelement 410 gesteuert werden.
Weil das Brennstoffsystem 12 den Druck des eingespritzten Brennstoffes durch Kombinieren und/oder Leiten von zwei unterschiedlichen Flüssen von unter Druck gesetztem Brennstoff zu einer einzigen Einspritzvorrichtung variieren kann, kann die Anzahl der unterschiedlichen Brennstoffdruckpegel, die für die Einspritzung verfügbar sind, unbegrenzt sein. Insbesondere kann das Brennstoffsystem 12 nicht auf spezielle vorbestimmte Druckpegel eingeschränkt sein. Diese Flexibilität beim Druck des eingespritzten Brennstoffes kann die Anwendung des Brennstoffsystems auf unterschiedliche Anwendungen erweitern, genauso wie den Betriebsbereich und den Wirkungsgrad des Motors 10. Zusätzlich kann diese Flexibilität einen Übereinstimmung mit Emissionsstandards unter einem großen Bereich von Betriebsbedingungen gestatten.
Weil das Brennstoffsystem 12 den Druck des eingespritzten Brennstoffes mit einer minimalen Anzahl von zusätzlichen Komponenten variieren kann, können weiterhin die Komplexität und die Kosten des Brennstoffsystems 12 gering sein. Insbesondere kann das Hinzufügen der Drucksteuervorrichtung 302 sehr wenig Komplexität oder Kosten zusätzlich für das Brennstoffsystem 12 hinzubringen.
Wegen der Konfiguration des Brennstoffsystems 12 kann zusätzlich das Ansprechen des Brennstoffsystems 12 hoch sein. Insbesondere weil der Druck des Brennstoffes, der durch die Ventilelemente 306 oder durch die Ventilelemente 408 und 410 geleitet wird, basierend auf einem gemessenen Druck direkt stromabwärts der Ventilelemente geregelt werden kann, kann eine sehr geringe Verzögerung zwischen dem erwünschten Brennstoffdruck und dem tatsächlich eingespritz ten Brennstoffdruck bestehen. Dieses verbesserte Ansprechen kann einen höheren Brennstoffwirkungsgrad, niedrigere Abgasemissionen des Motors 10 und verbessertes Ansprechen der Maschine 5 zur Folge haben.
In alternativen Ausführungsbeispielen des Brennstoffsystems 12, die in den 6 und 7 veranschaulicht sind, kann jede Drucksteuervorrichtung 502 den Druck des Brennstoffes beeinflussen, der zu einer entsprechenden Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 geliefert wird, und zwar ansprechend auf den Druck, der nur von der betätigten einen Brennstoffeinspritzvorrichtung der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 in der Gruppe angefordert wird. Insbesondere kann die Be- tätigungsvorrichtung 604 ansprechend auf einen Strom, der an die piezoelektrischen Kristalle der Betätigungsvorrichtung 604 angelegt wird, eine Bewegung der Ventilelemente 606 (siehe 6) und 708 (siehe 7) beeinflussen, um die Menge des unter Druck gesetzten Brennstoffes zu vergrößern oder zu verringern, die aus der ersten Common-Rail 34 zur Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 zur Anwendung durch die betätigte Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 fließt. Bezüglich des Ausführungsbeispiels der 6 kann die Bewegung der Betätigungsvorrichtung 604 auch gleichzeitig die Menge des unter Druck gesetzten Brennstoffes steuern, die von der zweiten Common-Rail 37 in die entsprechende Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 fließt. Bezüglich des Ausführungsbeispiels der 7 kann im Gegensatz dazu das Ventilelement 710 unabhängig gesteuert werden, um den Fluss von Brennstoff aus der zweiten Common-Rail 37 zur Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 zu gestatten oder abzublocken.
Diese Veränderung der Flussraten des Brennstoffes von den ersten und zweiten Common-Rails 34, 37 kann direkt und sofort den Druck des Brennstoffes innerhalb der mittleren Bohrungen 70 und 82 beeinflussen. Beispielsweise kann ein gesteigerter Strom, der an die Betätigungsvorrichtung 604 angelegt wird, eine Verringerung der Flussrate von unter Druck gesetztem Brennstoff von der zweiten Common-Rail 37 bewirken, und einen daraus resultierenden niedrigeren Druck des Brennstoffes, der zur einer gemeinsamen Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 geleitet wird. Im Gegensatz dazu kann ein verringerter Strom, der an die Betätigungsvorrichtung 604 angelegt wird, eine Steigerung der Flussrate von unter Druck gesetztem Brennstoff von der zweiten Common-Rail 37 bewirken, und einen resultierenden höheren Druck des Brennstoffes, der zur gemeinsamen Gruppe von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 geleitet wird. Bezüglich 6 können die Veränderungen der Flussrate des unter Druck gesetzten Brennstoffes von der zweiten Common-Rail 37 gleichzeitig einer umgekehrten Veränderung der Flussrate des unter Druck gesetzten Brennstoffes von der ersten Common-Rail 34 entsprechen. Mit Bezug auf 7 kann die Flussrate des unter Druck gesetzten Brennstoffes von der zweiten Common-Rail 37 unabhängig über ein elektromagnetbetätigtes Ventilelement 710 gesteuert werden.
Weil das Brennstoffsystem 12 gemeinsame Drucksteuervorrichtungen 502 verwenden kann, können die Komplexität und die Kosten des Brennstoffsystems 12 gering sein. Insbesondere weil eine Drucksteuervorrichtung 502 verwendet werden kann, um den Einspritzdruck von mehreren Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 zu steuern, kann die Anzahl der Komponenten des Brennstoffsystems 12 gering sein, was ein einfaches kostengünstiges System zur Folge hat. Weil jede Drucksteuervorrichtung mit nur nicht aufeinander folgend zündenden Brennkammern assoziiert ist, kann weiterhin die Ansprechfähigkeit der Drucksteuervorrichtungen 502 für eine große Vielzahl von Anwendungen ausreichend sein.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem Brennstoffsystem der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des hier offenbarten Brennstoffsystems offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
Zusammenfassung
BRENNSTOFFSYSTEM MIT MEHREREN QUELLEN FÜR EINSPRITZUNG MIT VARIABLEM DRUCK
Ein Brennstoffsystem für einen Motor wird offenbart. Das Brennstoffsystem hat eine erste Quelle, die konfiguriert ist, um Brennstoff auf einen ersten Druck unter Druck zu setzen, und eine zweite Quelle, die konfiguriert ist, um Brennstoff auf einen zweiten Druck unter Druck zu setzen. Das Brennstoffsystem hat auch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die konfiguriert ist, um Brennstoff aufzunehmen und in den Motor einzuspritzen, und ein einzelnes Ventil, welches zwischen der Brennstoffeinspritzvorrichtung und den ersten und zweiten Quellen angeordnet ist. Das einzelne Ventil ist in Strömungsmittelverbindung mit den ersten und zweiten Quellen und der Brennstoffeinspritzvorrichtung und kann Brennstoff mit variablem Druck an die Brennstoffeinspritzvorrichtung liefern.

Claims

Brennstoffsystem für einen Motor, welches Folgendes aufweist: eine erste Quelle, die konfiguriert ist, um Brennstoff auf einen ersten Druck unter Druck zu setzen; eine zweite Quelle, die konfiguriert ist, um Brennstoff auf einen zweiten Druck unter Druck zu setzen; eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die konfiguriert ist, um Brennstoff aufzunehmen und in den Motor einzuspritzen; und ein einzelnes Ventil, welches zwischen der Brennstoffeinspritzvorrichtung und den ersten und zweiten Quellen angeordnet ist, wobei das einzelne Ventil in Strömungsmittelverbindung mit den ersten und zweiten Quellen und mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung ist und fähig ist, Brennstoff mit variablem Druck zur Brennstoffeinspritzvorrichtung zu liefern.
Brennstoffsystem nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung konfiguriert ist, um Brennstoff mit dem ersten Druck und dem zweiten Druck aufzunehmen; und wobei das einzelne Ventil konfiguriert ist, um den Druck des Brennstoffes von der ersten Quelle basierend auf einem Druck des Brennstoffes von der zweiten Quelle zu modifizieren.
Brennstoffsystem nach Anspruch 2, wobei das einzelne Ventil weiter konfiguriert ist, um selektiv Brennstoff von nur der ersten Quelle zur Brennstoffeinspritzvorrichtung zu leiten.
Brennstoffsystem nach Anspruch 2, wobei das einzelne Ventil den Druck des Brennstoffes von der ersten Quelle durch selektives Leiten eines Teils des Brennstoffes von der ersten Quelle zu einem Ablauf modifiziert.
Brennstoffsystem nach Anspruch 2, wobei der Teil des Brennstoffes von der ersten Quelle, der selektiv zum Ablauf geleitet wird, von einem Druck des Brennstoffes von der zweiten Quelle abhängig ist.
Brennstoffsystem nach Anspruch 5, wobei der Brennstoff von der ersten Quelle auf einem höheren Druck ist als der Brennstoff von der zweiten Quelle; und wobei das Modifizieren nur das Verringern des Druckes des Brennstoffes von der ersten Quelle aufweist.
Brennstoffsystem nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung eine von einer ersten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen ist; und wobei das einzelne Ventil ein erstes Ventil ist, welches mit der ersten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen assoziiert ist und konfiguriert ist, um selektiv Brennstoff von der ersten Quelle und Brennstoff von der zweiten Quelle nur zu der ersten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu leiten; und wobei das Brennstoffsystem weiter Folgendes aufweist: eine zweite Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen; und ein zweites Ventil, welches mit der zweiten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen assoziiert ist und konfiguriert ist, um selektiv Brennstoff von der ersten Quelle und Brennstoff von der zweiten Quelle nur zu der zweiten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu leiten.
Brennstoffsystem nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Ventile konfiguriert sind, um selektiv Brennstoff von der ersten Quelle und Brennstoff von der zweiten Quelle zu kombinieren, um einen Brennstofffluss mit einem dritten Druck zu erzeugen.
Brennstoffsystem nach Anspruch 7, wobei die erste Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen nur mit nicht aufeinander folgend zündenden Brennkammern des Motors assoziiert ist; und wobei die zweite Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen nur mit nicht aufeinander folgend zündenden Brennkammern des Motors assoziiert ist.
Brennstoffsystem nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung konfiguriert ist, um Brennstoff von den ersten und zweiten Quellen aufzunehmen und wobei das System weiter eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem einzelnen Ventil aufweist und konfiguriert ist, um den Betrieb des einzelnen Ventils und eines daraus resultierenden Brennstoffdruckes basierend auf einem erwünschten Einspritzdruck zu beeinflussen.
Brennstoffsystem nach Anspruch 10, welches weiter einen Drucksensor aufweist, der zwischen dem einzelnen Ventil und einer Spitze der Brennstoffeinspritzvorrichtung angeordnet ist und konfiguriert ist, um ein Signal zu liefern, welches den Druck des eingespritzten Brennstoffes anzeigt, wobei die Steuervorrichtung weiter konfiguriert ist, um den Betrieb des einzelnen Ventils und des daraus resultierenden Brennstoffdruckes in weiterem Ansprechen auf das Signal zu beeinflussen.
Brennstoffsystem nach Anspruch 10, wobei das einzelne Ventil ein Hauptventilelement aufweist, welches zwischen einer ersten Position, in der Brennstoff nur von der ersten Quelle mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung in Verbindung ist, und einer zweiten Position bewegbar ist, in der Brennstoff von nur der zweiten Quelle mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung in Verbindung ist.
Brennstoffsystem nach Anspruch 10, wobei das einzelne Ventil weiter konfiguriert ist, um selektiv den Brennstoff mit dem ersten Druck mit dem Brennstoff mit dem zweiten Druck zu kombinieren, um zur Brennstoffeinspritzvorrichtung Brennstoff mit dem erwünschten Einspritzdruck zu liefern.
Motor, der Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Brennkammern; eine erste Brennstoffquelle mit einem ersten Druck; eine zweite Brennstoffquelle mit einem zweiten Druck; eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die konfiguriert ist, um Brennstoff aufzunehmen und in den Motor einzuspritzen; und ein einzelnes Ventil, welches zwischen der Brennstoffeinspritzvorrichtung und den ersten und zweiten Quellen angeordnet ist, wobei das einzelne Ventil in Strömungsmittelverbindung mit der ersten und zweiten Quelle und der Brennstoffeinspritzvorrichtung ist und fähig ist, Brennstoff mit variablem Druck zur Brennstoffeinspritzvorrichtung zu liefern.
Motor nach Anspruch 14, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung konfiguriert ist, um Brennstoff mit dem ersten Druck und mit dem zweiten Druck aufzunehmen; und wobei das einzelne Ventil konfiguriert ist, um den Druck des Brennstoffes von der ersten Quelle basierend auf einem Druck des Brennstoffes von der zweiten Quelle zu modifizieren.
Motor nach Anspruch 14, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung eine von einer ersten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen ist; und wobei das einzelne Ventil ein erstes Ventil ist, welches mit der ersten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen assoziiert ist und konfiguriert ist, um selektiv Brennstoff von der ersten Quelle und Brennstoff von der zweiten Quelle nur zu der ersten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu leiten; und wobei der Motor weiter Folgendes aufweist: eine zweite Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen; und ein zweites Ventil, welches mit der zweiten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen assoziiert ist und konfiguriert ist, um selektiv Brennstoff von der ersten Quelle und Brennstoff von der zweiten Quelle nur zu der zweiten Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu leiten.
Motor nach Anspruch 14, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung konfiguriert ist, um Brennstoff von den ersten und zweiten Quellen aufzunehmen und wobei weiter eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem einzelnen Ventil vorgesehen ist und konfiguriert ist, um den Betrieb des einzelnen Ventils und eines resultierenden Brennstoffdruckes basierend auf einem erwünschten Einspritzdruck zu beeinflussen.
Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff, welches Folgendes aufweist: Unterdrucksetzen eines ersten Brennstoffstroms auf einen ersten Druck; Unterdrucksetzen eines zweiten Brennstoffstroms auf einen zweiten Druck; Aufnehmen der ersten und zweiten Brennstoffströme an einer einzigen Stelle und darauf ansprechendes Erzeugen eines dritten Brennstoffstroms mit einem dritten Druck; Leiten des dritten Brennstoffstroms zu einer Einspritzvorrichtung; und selektives Einspritzen des dritten Brennstoffstroms.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das darauf ansprechende Erzeugen aufweist, Brennstoff mit dem ersten Druck und Brennstoff mit dem zweiten Druck zu kombinieren, um einen Brennstofffluss mit einem dritten Druck zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der dritte Brennstoffstrom nur Brennstoff vom ersten Brennstoffstrom aufweist; und wobei der Druck des dritten Brennstoffstroms abweichend vom ersten Brennstoffstrom basierend auf dem Druck des zweiten Brennstoffstroms modifiziert wird.