DE112020001837T5

DE112020001837T5 - Kraftstoffsystem mit absperrventilen zwischen kraftstoffinjektoren und gemeinsamer ablassleitung

Info

Publication number: DE112020001837T5
Application number: DE112020001837.7T
Authority: DE
Inventors: Siddharth Nair; Manjunath Bannur Nagaraja
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2021-12-23
Also published as: WO2020231587A1; US20200362797A1; US11220980B2; CN113785117B; CN113785117A

Abstract

Ein Kraftstoffsystem (20) beinhaltet eine Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32), die mit einer gemeinsamen Ablassleitung (38) verbunden sind, und eine Vielzahl von Absperrventilanordnungen (40), die jeweils fluidisch zwischen der gemeinsamen Ablassleitung (38) und einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) angeordnet sind. Jede Absperrventilanordnung (40) beinhaltet ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position, um eine Einspritzsteuerventilanordnung (34) im Kraftstoffinjektor (32) von der gemeinsamen Ablassleitung (38) zu blockieren, und einer offenen Position beweglich ist, und einen Vorspanner (80), der das Absperrventilelement (56) in Richtung der geschlossenen Position vorspannt, sodass die Kraftstoffinjektoren (32) von Fluiddruckimpulsen isoliert sind, die durch die Betätigung der Düsenkontrolle erzeugt werden, um das Übersprechen zwischen den Kraftstoffinjektoren (32) zu begrenzen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf das Positionieren einer Absperrventilanordnung zwischen jedem einer Vielzahl von Kraftstoffinjektoren in einem Kraftstoffsystem und einer gemeinsamen Ablassleitung.
Stand der Technik
Verbrennungsmotoren sind weithin bekannt und werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, die von der elektrischen Energieerzeugung über die Bereitstellung von Drehmoment für den Antrieb von Maschinen bis hin zum Antrieb von Pumpen, Verdichtern und anderen Geräten reichen. In einigen Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren mit Selbstzündung, ist das Teilsystem für die Kraftstoffzufuhr komplex und besteht aus vielen sich schnell bewegenden Teilen, hohen Flüssigkeitsdrücken und anderen rauen Bedingungen. Die Lebensdauer solcher Kraftstoffsysteme liegt in der Regel im Bereich von mehreren zehntausend Stunden. Bei einem typischen Kraftstoffsystem für einen Dieselmotor mit Selbstzündung sind mehrere Kraftstoffinjektoren jeweils einem von mehreren Zylindern zugeordnet und erstrecken sich in die einzelnen Zylinder hinein, um dosierte Mengen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff direkt einzuspritzen. Einzelne Kraftstoffinjektoren können mit so genannten Einheitspumpen ausgestattet sein, deren Druckkolben zum Beispiel durch eine Motornocke oder Hydraulikflüssigkeit angetrieben wird. In anderen Systemen dient ein gemeinsamer Vorratsbehälter für unter Druck stehenden Kraftstoff, das so genannte Common Rail, als Vorratsbehälter zur Speicherung einer Kraftstoffmenge mit einem geeigneten Einspritzdruck.
In beiden Systemen können einige der hydraulisch und elektrisch betätigten Komponenten empfindlich auf Flüssigkeitsdruckphänomene reagieren, die an anderer Stelle im System entstehen. Ein bekanntes Common-Rail-Kraftstoffsystem ist beispielsweise aus der US-Patentanmeldung Nr. 2011/0297125 an Schafer et al. bekannt.
Kurzdarstellung der Erfindung
In einem Aspekt umfasst ein Kraftstoffsystem eine Vielzahl von Kraftstoffinjektoren, wobei jede der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren eine Einspritzsteuerventilanordnung und eine direktgesteuerte Düsenkontrolle umfasst und einen Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang und eine darin ausgebildete Kontrollsteuerkammer aufweist. Das Kraftstoffsystem umfasst ferner eine gemeinsame Ablassleitung, die mit jedem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren fluidmäßig verbunden ist, um abgelassenes Betätigungsfluid für jede der direktgesteuerten Düsenkontrollen aufzunehmen. Das Kraftstoffsystem beinhaltet ferner eine Vielzahl von Absperrventilanordnungen, die jeweils fluidisch zwischen der gemeinsamen Ablassleitung und einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren angeordnet sind. Jede der Vielzahl von Absperrventilanordnungen beinhaltet ein Absperrventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position, in der es die Einspritzsteuerventilanordnung in einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren gegenüber der gemeinsamen Ablassleitung blockiert, und einer offenen Position beweglich ist, und eine Vorspannvorrichtung, die das Absperrventilelement in Richtung der geschlossenen Position vorspannt.
In einem anderen Aspekt beinhaltet ein Kraftstoffinjektor einen Injektorkörper mit einem Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang, einer Kontrollsteuerkammer und einem darin ausgebildeten Niederdruckauslass. Der Kraftstoffinjektor beinhaltet ferner eine direktgesteuerte Düsenkontrolle und eine Einspritzsteuerventilanordnung. Der Kraftstoffinjektor beinhaltet ferner eine Absperrventilanordnung mit einem Absperrventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position, in der es die Einspritzsteuerventilanordnung in einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren gegenüber der gemeinsamen Ablassleitung blockiert, und einer offenen Position beweglich ist, sowie eine Vorspannvorrichtung, die das Absperrventilelement in Richtung der geschlossenen Position vorspannt.
In einem weiteren Aspekt beinhaltet eine Absperrventilanordnung für ein Kraftstoffsystem einen Ventilkörper, der in einem Kraftstoffinjektor positioniert werden kann, wobei in dem Ventilkörper ein Niederdruckauslass ausgebildet ist, einen Ablassweg, der zur Herstellung einer Fluidverbindung mit einer Kontrollsteuerkammer für eine Auslasskontrolle in dem Kraftstoffinjektor aufgebaut ist, und ein Ventilsitz, der fluidisch zwischen dem Ablassweg und dem Niederdruckauslass positioniert ist. Die Absperrventilanordnung beinhaltet ferner eine Einspritzsteuerventilanordnung mit einem Einspritzsteuerventilelement, das zwischen einer geschlossenen Steuerventilposition, in der der Ventilsitz blockiert ist, und einer offenen Steuerventilposition beweglich ist, sowie ein Absperrventilelement. Das Absperrventilelement ist fluidisch zwischen der Einspritzsteuerventilanordnung und dem Niederdruckauslass angeordnet und zwischen einer offenen Absperrventilposition und einer geschlossenen Absperrventilposition beweglich. Die Absperrventilanordnung beinhaltet ferner einen Vorspanner, der das Absperrventilelement in Richtung der geschlossenen Absperrventilposition vorspannt, sodass die Bewegung des Absperrventilelements von der geschlossenen Absperrventilposition in die offene Absperrventilposition in Reaktion auf einen Fluiddruckimpuls durch den Ventilsitz entgegen einer Vorspannkraft des Vorspanners erfolgt.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotorsystems gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine geschnittene schematische Seitenansicht eines Kraftstoffinjektors gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine geschnittene schematische Seitenansicht durch einen Abschnitt des Kraftstoffinjektors aus 2;
4 ist eine geschnittene schematische Seitenansicht durch einen Abschnitt des Kraftstoffinjektors aus 2, der eine Absperrventilanordnung in einer ersten Ausgestaltung darstellt;
5 ist eine geschnittene schematische Seitenansicht ähnlich wie in 4, die die Absperrventilanordnung in einer zweiten Ausgestaltung darstellt; und
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Absperrventilelements gemäß einer Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung
Bezugnehmend auf 1 ist ein Verbrennungsmotorsystem 10 gemäß einer Ausführungsform dargestellt, das einen Verbrennungsmotor 11 mit einem Motorgehäuse 12, einem Zylinderblock 14 und einem Motorkopf 16 beinhaltet. Im Zylinderblock 14 ist eine Vielzahl von Verbrennungszylindern 18 ausgebildet, die eine beliebige Anzahl von Zylindern in beliebiger Anordnung beinhalten können, wie z. B. eine Reihenanordnung, eine V-Konfiguration oder eine andere. Eine Vielzahl von Kolben (nicht dargestellt) ist in jedem der Verbrennungszylinder 18 angeordnet und zwischen einer Position im oberen Totpunkt und einer Position im unteren Totpunkt in einem üblichen Vier-Takt-Muster beweglich. Das Verbrennungsmotorsystem 10 umfasst ferner ein Kraftstoffsystem 20, das aufgebaut ist, einen Kraftstoff zuzuführen und unter Druck zu setzen, um ihn in die Verbrennungszylinder 18 zu leiten. In einer Implementierung beinhaltet der Kraftstoff Diesel-Destillat-Kraftstoff, der für die Kompressionszündung geeignet ist. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht dadurch beschränkt und andere geeignete Kraftstoffe wie Biodiesel, Mischungen usw. können verwendet werden. Eine andere Zündstrategie, wie etwa eine Funkenzündung oder möglicherweise eine Zündstrategie mit zwei Kraftstoffen, könnte verwendet werden.
Das Kraftstoffsystem 20 beinhaltet einen Kraftstoffvorrat oder Kraftstofftank 22 und eine Einrichtung zur Förderung von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 22 zu den Verbrennungszylindern 18, einschließlich einer Niederdruck-Transferpumpe 24, einer Hochdruckpumpe 26 und eines Common Rail 28, der so aufgebaut ist, dass er druckbeaufschlagten Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 26 erhält und den druckbeaufschlagten Kraftstoff zur Abgabe an eine Vielzahl von Kraftstoffinjektoren 32 über eine Vielzahl von Kraftstoffversorgungsleitungen 44 speichert. Die Kraftstoffversorgungsleitungen 44 können zumindest teilweise im Motorkopf 16 ausgebildet und mit jedem der Kraftstoffinjektoren 32 über so genannte Pinolenverbinder oder dergleichen oder über jede andere geeignete Strategie verbunden sein. Bei dem Kraftstoffsystem 20 handelt es sich in einer praktischen Implementierung um ein Common-Rail-Kraftstoffsystem. Die vorliegende Offenbarung ist dadurch jedoch nicht eingeschränkt und könnte alternativ eine Vielzahl von Pumpeneinheiten beinhalten, die von einer Motornocke oder über einen hydraulischen Aktor angetrieben werden und jedem der Kraftstoffinjektoren 32 zugeordnet oder Teil davon sind. Weitere mögliche Konfigurationen beinhalten eine Anzahl von Pumpen, die kleiner ist als die Anzahl der Kraftstoffinjektoren, wobei jede einzelne Pumpe dazu dient, den Kraftstoff für mehr als einen Kraftstoffinjektor unter Druck zu setzen und den druckbeaufschlagten Kraftstoff in einem gemeinsamen Kraftstoffdruckspeicher zu speichern. Jeder der Kraftstoffinjektoren 32 beinhaltet eine Einspritzsteuerventilanordnung 34 und eine direktgesteuerte Düsenkontrolle 36. Die Einspritzsteuerventilanordnung 34 wird elektrisch betrieben und die direktgesteuerte Düsenkontrolle wird hydraulisch betrieben. Eine elektronische Steuereinheit 30 kann in Steuerverbindung mit jeder Einspritzsteuerventilanordnung 34 sein, die jedem Kraftstoffinjektor 32 zugeordnet ist.
Das Kraftstoffsystem 20 beinhaltet auch eine gemeinsame Ablassleitung 38, die mit jedem der Kraftstoffinjektoren 32 verbunden ist, um die abfließende Betätigungsflüssigkeit für jede direktgesteuerte Düsenkontrolle 36 aufzunehmen. Zwischen jedem Kraftstoffinjektor 32 und der gemeinsamen Ablassleitung 38 kann eine Ablassleitung 42 verlaufen, die beispielsweise im Motorkopf 16 ausgebildet sein kann. Zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und dem Kraftstofftank 22 ist in der gemeinsamen Ablassleitung 38 ein Rückschlagventil 54 angeordnet, um einen Rückfluss von Flüssigkeit oder Gas aus dem Kraftstofftank 22 zu verhindern. Die Kraftstoffinjektoren 32 können im Verbrennungsmotorsystem 10 gegeneinander austauschbar sein. Wenn hierin Merkmale oder Funktionen eines der Kraftstoffinjektoren 32 oder Merkmale oder Funktionen eines untergeordneten Teils eines der Kraftstoffinjektoren 32 erläutert werden, bezieht sich dies in Analogie auf jeden anderen Kraftstoffinjektor 32 oder dessen untergeordnete Teile. Das Kraftstoffsystem 20 beinhaltet ferner eine Vielzahl von Absperrventilanordnungen 40, die jeweils fluidisch zwischen der gemeinsamen Ablassleitung 38 und einem der Kraftstoffinjektoren 32 angeordnet sind. Jede der mehreren Absperrventilanordnungen 40 ist zur Erzeugung eines Gegendrucks in stromaufwärtiger Richtung in Richtung der Steuerventilanordnung 34 in dem zugeordneten Kraftstoffinjektor 32 ausgelegt, um Fluiddruckimpulse zu dämpfen oder zu eliminieren, die in Reaktion auf die Betätigung der entsprechenden direktgesteuerten Düsenkontrolle 36 erzeugt werden, und um eingehende Fluiddruckimpulse von anderen Kraftstoffinjektoren zu blockieren und dadurch das Übersprechen zwischen oder unter den Kraftstoffinjektoren 32 im Kraftstoffsystem 20 zu begrenzen, wie hierin weiter ausgeführt wird. Die Fluidverbindung zwischen den Kraftstoffinjektoren 32 vor der gemeinsamen Ablassleitung 38 kann abgesehen von Absperrventilanordnungen 40 ungehindert sein.
Mit weiterem Bezug auf 2 sind weitere Merkmale des Kraftstoffinjektors 32 dargestellt, einschließlich eines Injektorkörpers 46. Der Injektorkörper 46 hat einen Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang 62, eine Kontrollsteuerkammer 66 und einen darin ausgebildeten Niederdruckauslass 69. Die Einspritzsteuerventilanordnung 34 wird elektrisch betätigt, und die direktgesteuerte Düsenkontrolle 36 wird, wie oben erwähnt, hydraulisch betätigt. Die Einspritzsteuerventilanordnung 34 beinhaltet einen elektrischen Aktor, wie z. B. ein Solenoid 70, der mit der elektronischen Steuereinheit 30 in einer allgemein üblichen Weise gekoppelt ist. Der Injektorkörper 46 verfügt zudem über einen Hochdruckeinlass 60 und eine Vielzahl von darin ausgebildeten Sprühöffnungen oder Düsenauslässen 68. Die direktgesteuerte Düsenkontrolle 36 ist zwischen einer geschlossenen Kontrollposition, in der die Düsenauslässe 68 von dem Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang 62 blockiert sind, und einer offenen Kontrollposition beweglich. Der Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang 62 ist vom Hochdruckeinlass 60 bis zu den Düsenauslässen 68 in der offenen Position ungehindert. Eine Einheitspumpen- oder Überlaufventilkonfiguration in einem Kraftstoffinjektor würde wahrscheinlich nicht so verstanden werden, dass ein Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang von einem Hochdruckeinlass zu einer Vielzahl von Düsenauslässen in dieser allgemeinen Weise ungehindert ist.
In der veranschaulichten Ausführungsform definiert eine Lochscheibe 58 oder möglicherweise eine Vielzahl von Lochscheiben allgemein bekannter Bauart die Kontrollsteuerkammer 66. Die Förderung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs durch eine oder mehrere Lochscheiben 58 und andere interne Komponenten des Injektorkörpers 46 sowie das Vorsehen von Niederdruckanschlüssen wird im Allgemeinen durch bekannte Konfigurationen von Kraftstoffinjektor-Komponenten ausgeführt. Allgemein ausgedrückt, wird durch das Öffnen der Einspritzsteuerventilanordnung 34 der hydraulische Schließdruck auf das hintere Ende der direktgesteuerten Düsenkontrolle 36 entlastet, sodass die direktgesteuerte Düsenkontrolle 36 von ihrer geschlossenen Position in ihre offene Position angehoben werden kann und das Sprühen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff aus den Düsenauslässen 68 eingeleitet wird. Die Betätigung der Einspritzsteuerventilanordnung 34 in geschlossenem Zustand ermöglicht die Rückführung des hydraulischen Schließdrucks auf das hintere Ende der direktgesteuerten Düsenkontrolle 36, um das Sprühen von Kraftstoff zu beenden. Der Injektorkörper 46 beinhaltet auch ein Düsenstück 48 mit darin ausgebildeten Sprühöffnungen 68, ein Gehäuse 50 und einen Ventilkörper 52. Der Ventilkörper 52 ist Teil des Injektorkörpers 46 und kann auch als Teil der Absperrventilanordnung 40 verstanden werden.
Der Ventilkörper 52 kann einen darin ausgebildeten Niederdruckauslass 69 haben. Mit Bezug auf 3 ist in dem Ventilkörper 52 auch ein Ventilsitz 75 ausgebildet. Der Ventilsitz 75 ist fluidisch zwischen der Kontrollsteuerkammer 66 und dem Niederdruckauslass 69 angeordnet. Die Einspritzsteuerventilanordnung 34 beinhaltet ein Steuerventilelement 72, das zwischen einer geschlossenen Steuerventilposition, in der der Ventilsitz 75 blockiert ist, und einer offenen Steuerventilposition beweglich ist. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Niederdruckauslass 69 ein erster Auslass zur gemeinsamen Ablassleitung 38, und im Ventilkörper 52 ist ein zweiter Auslass 169 zur gemeinsamen Ablassleitung 38 ausgebildet. Die Absperrventilanordnung 40 beinhaltet ferner ein Absperrventilelement 56, das fluidisch zwischen dem Ventilsitz 75 und dem Niederdruckauslass 69 angeordnet ist. Das Absperrventilelement 56 ist zwischen einer, die Einspritzsteuerventilanordnung 34 in der entsprechenden Anordnung der Kraftstoffinjektoren 32 von der gemeinsamen Ablassleitung 38 blockierenden, geschlossenen Absperrventilposition und einer offenen Absperrventilposition beweglich. Die Absperrventilanordnung 40 kann ferner ein zweites Absperrventilelement 156, das zwischen einer geschlossenen Absperrventilposition, die die Einspritzsteuerventilanordnung 34 in dem entsprechenden Kraftstoffinjektor 32 von der gemeinsamen Ablassleitung 38 blockiert, und einer offenen Absperrventilposition beweglich ist, beinhalten. Das zweite Absperrventilelement 156 ist fluidisch zwischen dem Ventilsitz 75 und dem zweiten Niederdruckauslass 169 angeordnet. Die Einspritzsteuerventilanordnung 34 kann auch eine weitere Lochscheibe 78 beinhalten, in der der Ventilsitz 75 ausgebildet ist. Im Ventilkörper 52 ist ein Niederdruck-Ablassweg 64 ausgebildet, der mit der Kontrollsteuerkammer 66 verbunden ist und sich zwischen der Kontrollsteuerkammer 66 und der Einspritzsteuerventilanordnung 34 erstreckt und insbesondere mit dem Ventilsitz 75 verbunden ist. Wenn die Einspritzsteuerventilanordnung 34 betätigt wird, beispielsweise durch Aktivieren oder Deaktivieren des elektrischen Aktors 70 zur Bewegung des Einspritzsteuerventilelements 72, um den Ventilsitz 75 zu öffnen, wird der Unterdruck über den Ventilsitz 75 an den Ablassweg 64 und die Kontrollsteuerkammer 66 weitergeleitet. Wenn das Einspritzsteuerventil 72 zur Blockierung des Ventilsitzes 75 zurückkehrt, wird der Hochdruck wiederhergestellt.
Es wurde beobachtet, dass das Öffnen des Ventilsitzes 75, um das Anheben der direktgesteuerten Düsenkontrolle 36 zu ermöglichen, einen Fluiddruckimpuls durch den Ventilsitz 75 erzeugen kann. In früheren Systemen, bei denen die Niederdruckauslässe der einzelnen Kraftstoffinjektoren über eine gemeinsame Ablassleitung ungehindert miteinander kommunizieren konnten, wurde beobachtet, dass diese Fluiddruckimpulse möglicherweise ein problematisches Übersprechen verursachen, etwa durch das Öffnen eines Einspritzsteuerventils in einem Kraftstoffinjektor in Reaktion auf einen oder mehrere Fluiddruckimpulse, die von einem oder mehreren anderen Kraftstoffinjektoren erzeugt wurden. Wie aus der folgenden Beschreibung weiter ersichtlich wird, ist die Absperrventilanordnung 40 so aufgebaut, dass sie ein solches Übersprechen oder andere Phänomene, die zu einer Leistungsverschlechterung in einem Kraftstoffsystem führen, reduziert oder eliminiert.
Es sei daran erinnert, dass jede der Vielzahl von Absperrventilanordnungen 40 im Kraftstoffsystem 20 ein Absperrventilelement 56 enthält, das zwischen einer geschlossenen Absperrventilposition, die die entsprechende Einspritzsteuerventilanordnung 34 von der gemeinsamen Ablassleitung 38 blockiert, und einer offenen Absperrventilposition beweglich ist. Die Absperrventilanordnung 40 beinhaltet ferner einen Vorspanner 80, der das Absperrventilelement 56 in Richtung der geschlossenen Position vorspannt. Das Absperrventilelement 156 kann in ähnlicher Weise einem Vorspanner (nicht nummeriert) zugeordnet sein und ist ansonsten im Wesentlichen identisch mit dem Absperrventilelement 56 und den zugehörigen Komponenten aufgebaut. Mit Bezugnahme auf 4 sind weitere Merkmale der Absperrventilanordnung 40 ausführlich dargestellt. Der Ventilkörper 52 weist ferner eine darin ausgebildete Bohrung 74 auf, die sich zwischen dem Ventilsitz 75 und dem Niederdruckauslass 69 erstreckt, sowie eine Senkbohrung 76, die mit der Bohrung 74 verbunden ist und das Absperrventilelement 56 darin aufnimmt. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der Vorspanner 80 eine Vorspannfeder, und der Kraftstoffinjektor 32 und die Absperrventilanordnung 40 beinhalten ferner einen Sprengring 82 im Ventilkörper 52. Der Sprengring 82 wird in eine in der Bohrung 74 ausgebildete Nut 84 eingesetzt, sodass der Vorspanner 80 zwischen dem Absperrventilelement 56 und dem Sprengring 82 eingeklemmt wird. Bezugnehmend auch auf 5 und 6 beinhaltet das Absperrventilelement 56 einen Schaft 92 und einen Ventilkopf 94. Der Schaft 92 ist sowohl in der geschlossenen als auch in der offenen Position des Absperrventilelements 56 in der Senkbohrung 76 angeordnet. Es ist auch zu beachten, dass das Absperrventilelement 56 einen Auslassdurchgang 95 hat, der im Schaft 92 ausgebildet ist. 4 stellt das Absperrventilelement 56 in der geschlossenen Absperrventilposition dar, während 5 das Absperrventilelement 56 in der offenen Absperrventilposition darstellt. Der Auslassdurchgang 95 ist mit dem Niederdruckauslass 69 in der offenen Absperrventilposition fluidisch verbunden.
Wie in 6 dargestellt, definiert das Absperrventilelement 56 eine Längsachse 100, die sich zwischen einer ersten axialen Endfläche 97, die am Ventilkopf 94 ausgebildet ist, und einer zweiten axialen Endfläche 99, die am Schaft 92 ausgebildet ist, erstreckt. Die Absperrventilanordnung 40 kann so ausgelegt sein, dass die erste axiale Endfläche 97 den Vorspanner 80 berührt. Eine stromabwärtige Seite des Ventilkopfs 94 ist auf den Niederdruckauslass 69 ausgerichtet, eine stromaufwärtige Seite auf die Einspritzsteuerventilanordnung 34. Der Vorspanner 80 kann ferner eine Unterkopffläche 101 beinhalten. Befindet sich das Absperrventilelement 56 in der geschlossenen Position, ist der Auslassdurchgang 95 für die Fluidverbindung mit der Bohrung 74 blockiert. Die Unterkopffläche 101 kann eine Wandfläche 91 berühren, um eine Fluidabdichtung oder eine wesentliche Fluidabdichtung vorzusehen. Die zweite axiale Endfläche 99 kann sich einer anderen Wandfläche 90 an einem Ende der Senkbohrung 76 annähern, oder in einigen Fällen, je nach Konstruktion, diese berühren. Ebenfalls in 6 dargestellt sind ein Einlass- 96 zu einem Auslassdurchgang 95 und eine Vielzahl von Auslässen 98, die jeweils im Schaft 92 ausgebildet sind. Somit ist zu beachten, dass sich in der in 4 dargestellten Konfiguration die Auslässe 98 innerhalb der Senkbohrung 76 befinden. Wenn sich das Absperrventilelement 56 in eine offene Position bewegt, wobei sich der Schaft 92 immer noch innerhalb der Senkbohrung 76 befindet, wird eine Fluidverbindung zwischen den Auslässen 98 und der Bohrung 74 und damit dem Niederdruckauslass 69 hergestellt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie hierin beschrieben, kann die Absperrventilanordnung 40 normalerweise geschlossen sein, um die Fluidverbindung zwischen dem zugeordneten Kraftstoffinjektor 32, insbesondere der Einspritzsteuerventilanordnung 34, und der gemeinsamen Ablassleitung 38 und anderen Kraftstoffeinspritzungen zu blockieren und dadurch zu verhindern, dass Fluiddruckimpulse zwischen den Kraftstoffinjektoren 32 übertragen werden und dazu führen, dass die Einspritzsteuerventilanordnung 34 aufspringt oder andere Probleme verursacht, die möglicherweise zu einer Leistungsverschlechterung führen oder Änderungen der Steuerungsmethodik oder eine elektronische Abstimmung erfordern. In einer Implementierung kann es wünschenswert sein, dass die Absperrventilanordnung 40 einen Gegendruck von etwa 550 Kilopascal (kPa) erzeugt, obwohl je nach Auslegung des Kraftstoffsystems ein anderer Gegendruck gewünscht sein könnte.
Wie aus einem Vergleich von 4 mit 5 hervorgeht, kann sich das Absperrventilelement 56 in Reaktion auf einen Fluiddruckimpuls, der durch das Öffnen der Einspritzsteuerventilanordnung 34 und das Anheben der Düsenauslasskontrolle 36 erzeugt wird, von seiner geschlossenen Position in eine offene Position bewegen, sodass der Fluiddruckimpuls und das Betätigungsfluid in die gemeinsame Ablassleitung 38 abgeleitet werden können, wobei jedoch eingehende Fluiddruckimpulse oder andere Fluiddruckausschläge verhindert werden. Der Vorspanner 80 kann mit einer Vielzahl von aktiven Spulen 86 ausgelegt sein, die sich zwischen inaktiven Endspulen 88, die den Ventilkopf 94 und den Sprengring 82 berühren, erstrecken. In einem ersten komprimierten Zustand, wie er beispielsweise in 4 dargestellt ist, sind die aktiven Spulen 86 geringfügig voneinander getrennt. In einem zweiten komprimierten Zustand, wie er etwa in 5 dargestellt ist, können die aktiven Spulen 86 einander berühren, wenn der Vorspanner 80 in seiner offenen Position nach unten austritt. Bei anderen Ausführungsformen könnte eine Schraubenfeder oder dergleichen, die in einem gespannten Zustand gehalten wird, oder eine andere Vorspannstrategie verwendet werden. Wenn der Fluiddruckimpuls vorüber ist und das Betätigungsfluid aus der Absperrventilanordnung 40 in Richtung der gemeinsamen Ablassleitung 38 abgeflossen ist, kann das Absperrventilelement 56 von seiner offenen Absperrventilposition in seine geschlossene Absperrventilanordnung zurückkehren und so die Fluidabdichtung oder im Wesentlichen die Fluidabdichtung zwischen der Einspritzsteuerventilanordnung 34 und dem Niederdruckauslass 69 wiederherstellen. Es ist denkbar, dass das Absperrventilelement 56 und das Absperrventilelement 156 parallel zueinander funktionieren und im Wesentlichen die gleiche Konstruktion und Funktionalität aufweisen. In anderen Fällen können zwei verschiedene Absperrventilelemente mit leicht unterschiedlicher Funktionalität verwendet werden. Während in einer praktischen Implementierung der Strategie die Absperrventilanordnung 40 im Kraftstoffinjektor 32 untergebracht ist, kann das Kraftstoffsystem 20 in anderen Fällen so ausgelegt werden, dass die Absperrventilanordnung 40 außerhalb des Injektorkörpers 46 und fluidisch zwischen dem Kraftstoffinjektor 32 und der gemeinsamen Ablassleitung 28 angeordnet ist.
Die vorliegende Beschreibung dient lediglich zur Veranschaulichung und sollte nicht derart ausgelegt werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Fachleute auf dem Gebiet werden es daher begrüßen, dass verschiedene Modifikationen an den hierin offenbarten Ausführungsformen erfolgen könnten, ohne von dem beabsichtigten und angemessenen Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Prüfung der beigefügten Zeichnungen und angefügten Ansprüche deutlich werden. In der hierin verwendeten Form sollen die Artikel „ein/eine/einer/eines“ ein oder mehrere Elemente beinhalten und können mit „ein oder mehr“ austauschbar verwendet werden. Wenn nur ein Gegenstand beabsichtigt ist, wird der Begriff „ein“ oder eine ähnliche Sprache verwendet. Auch die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“, „umfassend“ oder dergleichen sind als offene Begriffe gedacht. Des Weiteren soll der Ausdruck „basierend auf“ „mindestens teilweise basierend auf“ bedeuten, es sei denn, es ist ausdrücklich etwas anderes angegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0297125 [0003]

Claims

Kraftstoffsystem (20), umfassend: eine Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32), wobei jeder der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) eine Einspritzsteuerventilanordnung (34) und eine direktgesteuerte Düsenkontrolle (36) beinhaltet und einen Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang (62) und eine darin ausgebildete Kontrollsteuerkammer (66) aufweist; eine gemeinsame Ablassleitung (38), die mit jedem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) fluidisch verbunden ist, um abfließende Betätigungsflüssigkeit für jede der direktgesteuerten Düsenkontrollen (36) aufzunehmen; eine Vielzahl von Absperrventilanordnungen (40), die jeweils in Fluidverbindung zwischen der gemeinsamen Ablassleitung (38) und einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) angeordnet sind; und wobei jede der Vielzahl von Absperrventilanordnungen (40) ein Absperrventilelement (56) enthält, das zwischen einer geschlossenen Position, in der es die Einspritzsteuerventilanordnung (34) in einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) gegenüber der gemeinsamen Ablassleitung (38) blockiert, und einer offenen Position beweglich ist, und einen Vorspanner (80), der das Absperrventilelement (56) in Richtung der geschlossenen Position vorspannt.
Kraftstoffsystem (20) nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Absperrventilanordnungen (40) in einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) angeordnet ist; jede der Vielzahl von Absperrventilanordnungen (40) ein zweites Absperrventilelement (156) beinhaltet, das zwischen einer geschlossenen Position, in der es die Einspritzsteuerventilanordnung (34) in einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) gegenüber der gemeinsamen Ablassleitung (38) blockiert, und einer offenen Position beweglich ist, und einen zweiten Vorspanner (80), der das zweite Absperrventilelement (156) in Richtung der geschlossenen Position vorspannt; jede der Vielzahl von Absperrventilanordnungen (40) ferner einen Sprengring (82) innerhalb des entsprechenden der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) beinhaltet, und der Vorspanner (80) eine Vorspannfeder beinhaltet, die zwischen dem Sprengring (82) und dem Absperrventilelement (56) unter Kompression gehalten wird.
Kraftstoffsystem (20) nach Anspruch 2, wobei das Absperrventilelement (56) einen Schaft, einen an dem Schaft befestigten Kopf und einen Auslassdurchgang (95) beinhaltet, der sich durch den Schaft erstreckt und in der offenen Position des Absperrventilelements (56) in Fluidverbindung mit der gemeinsamen Ablassleitung (38) steht; und jeder der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) einen Hochdruckeinlass (60) beinhaltet, und ferner eine gemeinsame Common Rail (28) in Fluidverbindung mit dem Hochdruckeinlass (60) jedes der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) umfasst.
Kraftstoffeinspritzdüse (32), umfassend: einen Injektorkörper (46) mit einem Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang (62), einer Kontrollsteuerkammer (66) und einem darin ausgebildeten Niederdruckauslass (69); eine direktgesteuerte Düsenkontrolle (36); eine Einspritzsteuerventilanordnung (34); und eine Absperrventilanordnung (40), einschließlich eines Absperrventilelements (56), das zwischen einer geschlossenen Position, in der es die Einspritzsteuerventilanordnung (34) in dem einen der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) gegenüber der gemeinsamen Ablassleitung (38) blockiert, und einer offenen Position beweglich ist, und einen Vorspanner (80), der das Absperrventilelement (56) in Richtung der geschlossenen Position vorspannt.
Kraftstoffinjektor (32) nach Anspruch 4, wobei: die Absperrventilanordnung (40) einen Ventilkörper (52) beinhaltet, der einen Teil des Injektorkörpers (46) ausbildet und in dem der Niederdruckauslass (69) und ein Ventilsitz (75) ausgebildet sind, und wobei das Absperrventilelement (56) fluidisch zwischen dem Ventilsitz (75) und dem Niederdruckauslass (69) positioniert ist; und der Ventilkörper (52) eine darin ausgebildete Bohrung (74) aufweist, die sich zwischen dem Ventilsitz (75) und dem Niederdruckauslass (69) erstreckt, und eine Senkbohrung (76), die mit der Bohrung (74) verbunden ist und das Absperrventilelement (56) darin aufnimmt.
Kraftstoffeinspritzdüse (32) nach Anspruch 5, wobei: das Absperrventilelement (56) einen Schaft und einen Ventilkopf (94) beinhaltet und der Schaft sowohl in der geschlossenen Position als auch in der offenen Position in der Senkbohrung (76) angeordnet ist; das Absperrventilelement (56) einen in dem Schaft ausgebildeten Auslassdurchgang (95) aufweist und der Auslassdurchgang (95) in der offenen Position des Absperrventilelements (56) mit dem Niederdruckauslass (69) in Fluidverbindung steht; der Ventilkopf (94) eine stromabwärtige Seite, die auf den Niederdruckauslass (69) ausgerichtet ist, und eine stromaufwärtige Seite beinhaltet, und wobei der Vorspanner (80) eine Vorspannfeder beinhaltet, die in Kontakt mit der stromabwärtigen Seite des Ventilkopfes (94) steht; und der Kraftstoffinjektor (32) ferner einen Sprengring (82) innerhalb des Ventilkörpers (52) umfasst, und die Vorspannfeder zwischen dem Absperrventilelement (56) und dem Sprengring (82) eingespannt ist.
Kraftstoffinjektor (32) nach Anspruch 4 oder 5, wobei: in dem Ventilkörper (52) ein zweiter Niederdruckauslass (169) ausgebildet ist und die Absperrventilanordnung (40) ein zweites Absperrventilelement (156) beinhaltet, das fluidisch zwischen dem Ventilsitz (75) und dem zweiten Niederdruckauslass (169) angeordnet ist; und der Injektorkörper (46) einen Hochdruckeinlass (60) und eine Vielzahl von darin ausgebildeten Düsenauslässen (98) aufweist, und wobei die direktgesteuerte Düsenkontrolle (36) zwischen einer geschlossenen Kontrollposition, in der die Vielzahl von Düsenauslässen (98) von dem Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang (62) blockiert ist, und einer offenen Kontrollposition beweglich ist, und der Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang (62) in der offenen Kontrollposition von dem Hochdruckeinlass (60) zu der Vielzahl von Düsenauslässen (98) unbehindert ist.
Kraftstoffinjektor (32) nach einem der Ansprüche 4-7, wobei das Absperrventilelement (56) in Reaktion auf einen Fluiddruckimpuls durch den Ventilsitz (75) entgegen einer Vorspannkraft des Vorspanners (80) von der geschlossenen Position in die offene Position bewegt werden kann.
Absperrventilanordnung (40) für ein Kraftstoffsystem (20), umfassend: einen Ventilkörper (52), der in einem Kraftstoffinjektor (32) positionierbar ist, wobei in dem Ventilkörper (52) ein Niederdruckauslass (69) ausgebildet ist, einen Ablassweg (64), der so aufgebaut ist, dass er eine Fluidverbindung mit einer Kontrollsteuerkammer (66) für eine Auslasskontrolle in dem Kraftstoffinjektor (32) herstellt, und einen Ventilsitz (75), der in Fluidverbindung zwischen dem Ablassweg (64) und dem Niederdruckauslass (69) angeordnet ist; eine Einspritzsteuerventilanordnung (34), die ein Einspritzsteuerventil (72)-Element beinhaltet, das zwischen einer geschlossenen Steuerventilposition, in der der Ventilsitz (75) blockiert ist, und einer offenen Steuerventilposition beweglich ist; ein Absperrventilelement (56), das fluidisch zwischen der Einspritzsteuerventilanordnung (34) und dem Niederdruckauslass (69) angeordnet und zwischen einer offenen Absperrventilposition und einer geschlossenen Absperrventilposition beweglich ist; und einen Vorspanner (80), der das Absperrventilelement (56) in Richtung der geschlossenen Absperrventilposition vorspannt, sodass die Bewegung des Absperrventilelements (56) von der geschlossenen Absperrventilposition in die offene Absperrventilposition in Reaktion auf einen Fluiddruckimpuls durch den Ventilsitz (75) entgegen einer Vorspannkraft des Vorspanners (80) erfolgt.
Absperrventilanordnung (40) nach Anspruch 9, wobei: der Ventilkörper (52) eine darin ausgebildete Bohrung (74) aufweist, die sich zwischen dem Ventilsitz (75) und dem Niederdruckauslass (69) erstreckt, und eine mit der Bohrung (74) verbundene Senkbohrung (76), die das Absperrventilelement (56) darin aufnimmt; das Absperrventilelement (56) einen Schaft und einen Ventilkopf (94) beinhaltet und der Schaft sowohl in der geschlossenen Position als auch in der offenen Position in der Senkbohrung (76) angeordnet ist; der Ventilkörper (52) einen darin ausgebildeten zweiten Niederdruckauslass (169) aufweist und der Ventilsitz (75) fluidisch zwischen dem Ablassweg (64) und dem zweiten Niederdruckauslass (69) angeordnet ist; und die Absperrventilanordnung (40) ein zweites Absperrventilelement (156) beinhaltet, das fluidisch zwischen dem Ventilsitz (75) und dem zweiten Niederdruckauslass (169) angeordnet ist.