DE112020001838T5

DE112020001838T5 - Kraftstoffsystem mit durchflussregelventil mit fester geometrie zur begrenzung des übersprechens des injektoren

Info

Publication number: DE112020001838T5
Application number: DE112020001838.5T
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: US10895233B2; US20200362805A1; WO2020231588A1; CN113795665A

Abstract

Das Kraftstoffsystem (20) beinhaltet eine Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32), die jeweils eine Einspritzsteuerventilanordnung (34), eine direktgesteuerte Düsenkontrolle (36), einen Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang (62) und eine Kontrollsteuerkammer (66) aufweisen. Eine gemeinsame Ablassleitung (38) ist mit jedem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) verbunden, um abgelassene Betätigungsflüssigkeit aufzunehmen. Eine Vielzahl von Druckregelventilen (40), die jeweils eine statische Geometrie aufweisen und fluidisch zwischen der gemeinsamen Ablassleitung (38) und der Kontrollsteuerkammer (66) in einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) angeordnet sind. Der Betrieb eines Kraftstoffsystems (20) gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Begrenzung des Übersprechens zwischen Injektoren im Kraftstoffsystem (20).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf ein Kraftstoffsystem, bei dem Druckregelventile mit statischer Geometrie zwischen jedem einer Vielzahl von Kraftstoffinjektoren und einem gemeinsamen Ablass angeordnet sind.
Stand der Technik
Verbrennungsmotorsysteme sind weithin bekannt und werden für die verschiedensten Zwecke eingesetzt, von der Erzeugung elektrischer Energie über die Bereitstellung von Drehmoment für den Fahrzeugantrieb bis hin zum Antrieb von Verdichtern, Pumpen und allen möglichen anderen Maschinen. Bei einigen Verbrennungsmotorsystemen, insbesondere bei Dieselmotoren mit Selbstzündung, kann das Kraftstoffsystem der komplexeste Teil des Systems sein, mit vielen verschiedenen, sich schnell bewegenden Teilen, hohen Flüssigkeitsdrücken und Druckänderungen und einer vorgesehenen Lebensdauer von mehreren zehntausend Stunden. Ein typisches Dieselkraftstoffsystem kann eine Vielzahl von Kraftstoffinjektoren beinhalten, die zur direkten Einspritzung von druckbeaufschlagten Kraftstoffmengen in die Zylinder des Motors aufgebaut sind. In einigen Ausführungen sind die einzelnen Kraftstoffinjektoren mit so genannten Einheitspumpen oder dergleichen ausgestattet, deren Druckbeaufschlagungskolben durch eine Motornocke oder durch Hydraulikflüssigkeit angetrieben wird. In anderen Fällen speichert ein gemeinsamer Vorratsbehälter für druckbeaufschlagten Kraftstoff, der typischerweise als Common Rail bezeichnet wird, ein Kraftstoffvolumen mit einem für die Einspritzung geeigneten Druck und wird von einer speziellen Hochdruck-Kraftstoffpumpe auf diesem Druck gehalten.
Bei beiden Grundkonstruktionen können die relativ hohen absoluten Drücke und die schnellen und großen Druckschwankungen dazu führen, dass die Ausrüstung des Kraftstoffsystems Verschleiß, mechanischer Beanspruchung, großer Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen und anderen Faktoren ausgesetzt ist, die es erforderlich machen, die meisten Systeme relativ robust zu konstruieren und die Komponenten mit engen Toleranzen zu bearbeiten. In Systemen mit einem Common Rail oder dergleichen kann der Betrieb eines Kraftstoffinjektors manchmal den Betrieb eines anderen Kraftstoffinjektors nachteilig beeinflussen. Ein bekanntes Common-Rail-Kraftstoffsystem ist beispielsweise aus der US-Patentanmeldung Nr. 2011/0297125 an Schafer et al. beschrieben.
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 Druckregelventilen, die jeweils eine statische Geometrie aufweisen und fluidisch zwischen der gemeinsamen Ablassleitung und der Kontrollsteuerkammer in einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren angeordnet sind.
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, eine Einspritzsteuerventilanordnung und ein Druckregelventil, das eine statische Geometrie aufweist und zwischen der Kontrollsteuerkammer und dem Niederdruckauslass angeordnet ist.
In einem weiteren Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffsystems das Bewegen eines Einspritzsteuerventils in einem ersten Kraftstoffinjektor in dem Kraftstoffsystem von einer geschlossenen Position in eine offene Position und die Fluidverbindung einer Kontrollsteuerkammer in dem ersten Kraftstoffinjektor mit einem Niederdruckauslass des ersten Kraftstoffinjektors in Reaktion auf die Bewegung des Einspritzsteuerventils. Das Verfahren beinhaltet ferner das Erzeugen eines Fluiddruckimpulses in Reaktion auf die Fluidverbindung der Kontrollsteuerkammer mit dem Niederdruckauslass und das Zuführen des Fluiddruckimpulses zu einem Druckregelventil, das eine statische Geometrie aufweist und fluidisch zwischen der Kontrollsteuerkammer im ersten Kraftstoffinjektor und einem zweiten Kraftstoffinjektor im Kraftstoffsystem angeordnet ist. Das Verfahren beinhaltet ferner die Begrenzung des Übersprechens zwischen dem ersten Kraftstoffinjektor und dem zweiten Kraftstoffinjektor basierend auf einer Dämpfung des Fluiddruckimpulses durch das Druckregulierventil.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotorsystems gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffinjektors gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine Schnittdarstellung durch einen Abschnitt des Verbrennungsmotorsystems von 1;
4 ist ein Längsschnitt durch einen Abschnitt des Kraftstoffinjektors von 2;
5 ist eine isometrische Ansicht eines Druckregelventils gemäß einer Ausführungsform;
6 ist eine isometrische Ansicht eines Abschnitts des Kraftstoffinjektors von 2; und
7 ist eine axiale Schnittdarstellung durch den Kraftstoffinjektor von 2.

Ausführliche Beschreibung
Bezugnehmend auf 1 ist ein Verbrennungsmotorsystem 10 gemäß einer Ausführungsform dargestellt, einschließlich eines Verbrennungsmotors 11 mit einem Motorgehäuse 12, das einen Zylinderblock 14 und einem Motorkopf 16 aufweist. 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 ebenso verwendet werden wie eine andere Zündstrategie wie die Funkenzündung.
Das Kraftstoffsystem 20 beinhaltet einen Kraftstoffvorrat oder -tank 22 und eine Einrichtung zur Förderung von Kraftstoff aus dem Tank 22 zu den Verbrennungszylindern 18, einschließlich einer Niederdruck-Transferpumpe 24, einer Hochdruckpumpe 26 und eines Common Rail 28, der so aufgebaut ist, dass er den von der Hochdruckpumpe 26 druckbeaufschlagten Kraftstoff aufnimmt und 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 verbunden sein, oder sie können auf jede andere geeignete Weise verbunden werden. Bei dem Kraftstoffsystem 20 handelt es sich in einer praktischen Implementierung um ein Common-Rail-Kraftstoffsystem, doch ist die vorliegende Offenbarung dadurch nicht eingeschränkt und könnte eine Einheitspumpe aufweisen, die jedem der Kraftstoffinjektoren 32 zugeordnet oder Teil davon ist. In einer weiteren Konfiguration könnte eine Anzahl von Pumpeneinheiten, die kleiner als die Anzahl der Kraftstoffinjektoren ist, in Verbindung mit einer Vielzahl von Kraftstoffdruckspeichern verwendet werden, die jeweils so aufgebaut sind, dass sie druckbeaufschlagten Kraftstoff zur Abgabe an weniger als alle Kraftstoffinjektoren 32 im Kraftstoffsystem 20 speichern.
Jeder der Kraftstoffinjektoren 32 beinhaltet eine Einspritzsteuerventilanordnung 34 und eine direktgesteuerte Düsenkontrolle 36. Die Einspritzsteuerventilanordnung 34 wird elektrisch betrieben und die direktgesteuerte Düsenkontrolle 36 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. Obwohl in 1 nicht dargestellt, könnte ein Rückschlagventil in der gemeinsamen Ablassleitung 38 fluidisch zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und dem Tank 22 angeordnet sein, um einen Rückfluss von Flüssigkeit oder Gas aus dem Tank 22 zu verhindern. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kraftstoffinjektoren 32 im Verbrennungsmotorsystem 10 untereinander austauschbar sein können und dass die hierin beschriebenen Merkmale oder Funktionen eines der Kraftstoffinjektoren 32 sich analog auf jeden anderen Kraftstoffinjektor 32 beziehen können. Jeder der Kraftstoffinjektoren 32 beinhaltet ferner ein Druckregelventil 40, das fluidisch zwischen der gemeinsamen Ablassleitung 38 und einem der Kraftstoffinjektoren 32 angeordnet bzw. diesem zugeordnet ist. Jedes Druckregelventil 40 kann eine statische Geometrie aufweisen, deren Bedeutung sich aus der folgenden Beschreibung ergibt.
Mit weiterem Bezug auf 2 sind weitere Merkmale des Kraftstoffinjektors 32 dargestellt, einschließlich eines Injektorkörpers 46. Der Injektorkörper 46 beinhaltet allgemein die von den internen beweglichen Teilen getrennten Komponenten des Kraftstoffinjektors 32 und beinhaltet ein Düsenstück 48, ein Gehäuse 50 und ein Basisteil 52. Der Kraftstoffinjektor 32 beinhaltet auch eine Kupplungs- oder Befestigungsanordnung 54, um die Montage des Kraftstoffinjektors 32 im Verbrennungsmotor 11 zu unterstützen. Der Injektorkörper 46 ist ebenfalls vom Druckregelventil 40 demontiert dargestellt. Das Druckregelventil 40 kann einen Ventilkörper 56 mit einem ersten bogenförmigen Ventilkörperteil 58 und einem zweiten bogenförmigen Ventilkörperteil 60 beinhalten. Der Kraftstoffinjektor 32 beinhaltet einen Niederdruckauslass 69, der in der veranschaulichten Ausführungsform im Ventilkörper 56 ausgebildet ist. Aus 2 geht auch hervor, dass der Ventilkörper 56 einen Teil der Außenfläche 95 des Kraftstoffinjektors 32 ausbildet. In anderen Ausführungsformen kann der Ventilkörper 56 des Durchflussregelventils 40 intern im Kraftstoffinjektor 32 untergebracht sein. Der Kraftstoffinjektor 32 und der Injektorkörper 46 definieren eine Längsachse 100.
Bezug nehmend auf 3 kann der Kraftstoffinjektor 32 zumindest teilweise im Motorkopf 16 angeordnet sein, und es ist eine Versorgungsleitung 44 dargestellt, die mit dem Kraftstoffinjektor 32 verbunden ist. Der Injektorkörper 46 hat einen darin ausgebildeten Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang 62, der sich zwischen einem Hochdruckeinlass (nicht nummeriert) zum Injektorkörper 46 von der Versorgungsleitung 44 erstreckt, und einer Vielzahl von Sprühöffnungen 68, die im Düsenstück 48 ausgebildet sind. Das Kraftstoffsystem 20 ist ein Einzelflüssigkeitssystem, das sowohl Kraftstoff für die Einspritzung als auch für die Betätigung der Komponenten verwendet. In anderen Ausführungsformen kann ein Zweiflüssigkeitssystem verwendet werden, z. B. wenn eine andere Flüssigkeit als Kraftstoff für die Einspritzung verwendet wird, um die internen Komponenten des Kraftstoffinjektors zu betätigen. Die Düsenkontrolle 36 ist zwischen einer geschlossenen Position, in der die Sprühöffnungen 68 etwa wie dargestellt blockiert sind, und einer offenen Position, in der die Sprühöffnungen 68 über den Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang 62 in Fluidverbindung mit der Versorgungsleitung 44 stehen, beweglich. Im Injektorkörper 46 ist auch eine Kontrollsteuerkammer 66 ausgebildet, die gemäß der allgemein bekannten internen Geometrie des Kraftstoffinjektors mit dem Hochdruck-Düsenversorgungsdurchgang 62 verbunden sein kann, um eine Hochdruck-Betätigungsflüssigkeit, im dargestellten Fall druckbeaufschlagten Kraftstoff, für das hintere Ende der Düsenkontrolle 36 vorzusehen, damit die Düsenkontrolle 36 geschlossen wird. Der Injektorkörper 46 hat außerdem einen Niederdruck-Ablassweg 64 ausgebildet, der sich von der Kontrollsteuerkammer 66 durch das Basisteil 52 zum Niederdruckauslass 69 erstreckt. Die Einspritzsteuerventilanordnung 34 ist funktionsfähig zwischen der Kontrollsteuerkammer 66 und dem Niederdruckauslass 69 angeordnet, um die Kontrollsteuerkammer 66 selektiv mit dem Niederdruckauslass 69 zu verbinden, um den hydraulischen Schließdruck auf die Düsenkontrolle 36 abzubauen. Durch die Betätigung der Einspritzsteuerventilanordnung 34 kann der Druck des von der Düsenversorgungsleitung 62 zugeführten Kraftstoffs auf die sich öffnenden hydraulischen Flächen (nicht nummeriert) der Düsenkontrolle 36 einwirken, wodurch die Düsenkontrolle 36 veranlasst wird, in eine offene Position anzuheben. Wird die Einspritzsteuerventilanordnung 34 betätigt, um die Kontrollsteuerkammer 66 gegenüber dem Niederdruckauslass 69 zu blockieren, kann der Hochdruck in die Kontrollsteuerkammer 66 zurückkehren, um die Düsenkontrolle 36 zurück in ihre geschlossene Position zu bewegen.
Mit Bezugnahme auf 4 sind einige Merkmale der Einspritzsteuerventilanordnung 34 und des Druckregelventils 40 ausführlich dargestellt. Die Einspritzsteuerventilanordnung 34 beinhaltet einen elektrischen Aktor oder ein Solenoid 70 und ein Ventil 72. Das Ventil 72 ist beweglich in Reaktion auf die Aktivierung oder Deaktivierung des elektrischen Aktors 70, um das Ventil 72 von einem Ventilsitz 74 weg oder in Kontakt mit diesem zu bewegen. In der veranschaulichten Ausführungsform kann das Ventil 72 geschlossen werden, um den Ventilsitz 74 zu blockieren und so die Fluidverbindung zwischen dem Niederdruck-Ablassweg 64 und dem Niederdruckauslass 69 zu verhindern. Wird der elektrische Aktor 70 zur Bewegung des Ventils 72 vom Ventilsitz 74 betätigt, ermöglicht ein Druckabfall in dem Niederdruck-Ablassweg 64 und der Steuerkammer 66 das Anheben der Düsenkontrolle 36. Das Öffnen der Einspritzsteuerventilanordnung 34 und das Anheben der Düsenkontrolle 36 erzeugt einen Fluiddruckimpuls, dessen Bedeutung aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich wird. In 4 ist auch zu erkennen, dass der Ventilkörper 56 im Allgemeinen auf der Längsachse 100 zentriert ist und sich in Umfangsrichtung um die Längsachse 100 erstreckt. Mit Bezug auf 7 ist eine axiale Schnittansicht dargestellt, die allgemein durch den Ventilkörper 56 verläuft und weitere Merkmale veranschaulicht.
Das Druckregelventil 40 beinhaltet auch eine im Ventilkörper 56 ausgebildete Strömungsbahn 76, die sich zwischen einem Einlass 78 innerhalb des Kraftstoffinjektors 32 und einem Auslass 80, der mit der gemeinsamen Ablassleitung 30 verbunden ist, erstreckt. Wie in 7 veranschaulicht, deckt sich der Auslass 80 im Wesentlichen mit dem Niederdruckauslass 69 des Injektorkörpers 46 und des Kraftstoffinjektors 32. Die Strömungsbahn 76 beinhaltet eine in einem ersten bogenförmigen Körperteil 58 ausgebildete erste Strömungsbahn 76, die sich teilweise in Umfangsrichtung um die Längsachse 100 erstreckt. Eine zweite Strömungsbahn 77 ist im zweiten bogenförmigen Ventilkörperteil 60 ausgebildet und erstreckt sich ebenfalls teilweise in Umfangsrichtung um die Längsachse 100. Es ist klar, dass eine Vielzahl von verschiedenen Geometrien und Ventilkonfigurationen gemäß den hierin enthaltenen Lehren konstruiert werden können. Das Durchflussregelventil 40 hat in der veranschaulichten Ausführungsform eine geteilte Konfiguration, bei der zwei separate Ventilkörperteile als zwei separate Druckregelventile vorgesehen sind. In anderen Fällen wird möglicherweise nur ein einziges Druckregelventil verwendet. Die zweite Strömungsbahn 77 erstreckt sich zwischen einem zweiten Einlass 79 innerhalb des Kraftstoffinjektors 32 und des Injektorkörpers 46 und einem zweiten Auslass 81, der allgemein einen weiteren Niederdruckauslass des Injektorkörpers 46 und des Kraftstoffinjektors 32 ausbilden kann. Ferner sind in der veranschaulichten Ausführungsform die Strömungsbahn 76 und dir Strömungsbahn 77 sowie das erste und das zweite bogenförmige Ventilkörperteil 58 und 60 im Wesentlichen identisch zueinander. In anderen Fällen können die Ventilkörperteile und die inneren Strömungsbahnen unterschiedlich, beispielsweise spiegelbildlich, ausgelegt sein. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der Ventilkörper 56 ebenfalls eine Vielzahl von in der Strömungsbahn 76 angeordneten Säulen 82 und eine weitere Vielzahl von in der Strömungsbahn 77 angeordneten Säulen 83. Das Druckregelventil 40 beinhaltet ferner einen ersten Anschluss 84, der den ersten bogenförmigen Ventilkörperteil 58 mit dem Basisteil 52 verbindet, und einen zweiten Anschluss 86, der das zweite bogenförmige Ventilkörperteil 60 mit dem Basisteil 52 verbindet. Der erste Anschluss 84 kann einen Gewindeanschluss beinhalten und weist eine darin ausgebildete erste Bohrung 85 auf, die den Niederdruck-Ablassweg 64 mit dem Einlass 78 verbindet. Der zweite Anschluss 86 hat eine darin ausgebildete zweite Bohrung 87, die den Niederdruck-Ablassweg 64 mit dem zweiten Einlass 79 verbindet. Es sei daran erinnert, dass der Einlass 78, der einen ersten Einlass beinhalten kann, sich innerhalb des Kraftstoffinjektors 32 befindet und der Einlass 79 ein zweiter Einlass sein kann, der sich ebenfalls innerhalb des Kraftstoffinjektors 32 befindet. Die Bohrung 85 kann verschlossen werden, so dass die durch die Bohrung 85 zugeführte Flüssigkeit in die Strömungsbahn 76 geleitet werden kann. Die Bohrung 87 kann auch verschlossen werden, sodass die durch die Bohrung 87 zugeführte Flüssigkeit in die Strömungsbahn 77 geleitet wird. Beim Druckregelventil 40 ist die Geometrie des Ventils feststehend, d. h. es werden keine beweglichen Teile verwendet. Es wird auch deutlich, dass die Strömungsbahnen im Ventil 40 und in anderen hierin betrachteten Ventilen aus einem einzigen Stück Material bestehen können, das beispielsweise durch 3-D-Druck oder ein anderes Additivherstellungsverfahren ausgebildet wird. Der Zweck, die Bedeutung und die Auswirkungen des Druckregelventils 40 in einem Kraftstoffsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung werden hierin weiter erörtert.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Aus den Zeichnungen wird ersichtlich, dass Druckregelventile eine Vielzahl unterschiedlicher Geometrien und Anordnungen haben können und in oder außerhalb eines Kraftstoffinjektors angeordnet sein können. Die internen Strukturen eines Durchflussregelventils in einem Kraftstoffinjektor gemäß der vorliegenden Offenbarung können fest, ohne bewegliche Teile, und derart aufgebaut sein, dass sie einen im Wesentlichen ungehinderten Durchfluss in einer ersten Richtung, aber einen begrenzten Durchfluss in einer entgegengesetzten Richtung ermöglichen. In der in 7 dargestellten Konfiguration kann das Druckregelventil 40 so verstanden werden, dass es eine strömungshemmende Richtung definiert, die sich nachgelagert von der Kontrollsteuerkammer im entsprechenden Kraftstoffinjektor erstreckt, mit anderen Worten, dass es einen im Wesentlichen ungehinderten Durchfluss aus der Kontrollsteuerkammer und weg vom Kraftstoffinjektor in Richtung einer gemeinsamen Ablassleitung zulässt, aber den Durchfluss in einer entgegengesetzten Richtung begrenzt.
In bestimmten Kraftstoffsystemen wurde beobachtet, dass ein Übersprechen zwischen Kraftstoffinjektoren auftreten kann, wie hierin weiter ausgeführt wird. Der Betrieb eines Kraftstoffsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie beispielsweise des Kraftstoffsystems 20, kann das Bewegen des Einspritzsteuerventils 72 in einem ersten Kraftstoffinjektor 32 von einer geschlossenen Position in eine offene Position beinhalten, wodurch die Kontrollsteuerkammer 66 in Reaktion auf das Bewegen des Einspritzsteuerventils 72 mit dem Niederdruckauslass 69 verbunden wird und die Düsenkontrolle 36 angehoben wird. Durch die Fluidverbindung zwischen der Kontrollsteuerkammer 66 und dem Niederdruckauslass 69 kann ein Fluiddruckimpuls erzeugt werden, da der Fluiddruck in dem Ablassweg 64 vorherrscht und eine relativ kleine Menge an Fluid am Ventilsitz 74 vorbeigeleitet werden kann. Bestimmte frühere Kraftstoffsysteme beinhalteten ein Rückschlagventil zwischen einer gemeinsamen Ablassleitung und einem Kraftstofftank. Dementsprechend könnte zumindest in einigen Fällen ein Fluiddruckimpuls, der durch die Betätigung eines Einspritzsteuerventils erzeugt wird, um die Kraftstoffeinspritzung zu starten oder möglicherweise die Kraftstoffeinspritzung zu beenden, zwischen oder unter Kraftstoffinjektoren übertragen werden. Derartige Fluiddruckimpulse könnten die unerwünschte Wirkung haben, dass ein Einspritzsteuerventil in einem Kraftstoffinjektor in Reaktion auf einen Fluiddruckimpuls, der einen anderen Kraftstoffinjektor betätigt, aufspringt. Ein solches Übersprechen könnte den unerwünschten Effekt haben, dass sich die Leistung in einigen Fällen verschlechtert. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein auf diese Weise erzeugter Fluiddruckimpuls einem Druckregelventil, wie etwa dem Druckregelventil 40, zugeführt, das strömungsmäßig zwischen der Kontrollsteuerkammer 66 in einem ersten Kraftstoffinjektor 32 und einem zweiten Kraftstoffinjektor im Kraftstoffsystem 20 angeordnet ist. Die Zuführung des Fluiddruckimpulses zum Druckregelventil 40 begrenzt das Übersprechen zwischen den Kraftstoffinjektoren basierend auf einer Abschwächung der Amplitude des Fluiddruckimpulses durch das Druckregelventil 40. Weist ein Druckregelventil eine Konfiguration wie in 7 auf, wird, infolge einer stromabwärts der Kontrollsteuerkammer verlaufende Strömungsvorspannrichtung ein Gegendruck erzeugt, der dem Fluiddruckimpuls entgegenwirkt. Der Gegendruck könnte beispielsweise etwa 550 KPa betragen. In anderen Ausführungsformen könnte die Anordnung der Druckregelventile umgekehrt sein, sodass sich die Strömungsvorspannrichtung stromaufwärts zur Kontrollsteuerkammer 66 erstreckt. In einer solchen Konfiguration wird kein Gegendruck erzeugt, der der Ausgabe eines Fluiddruckimpulses von einem Kraftstoffinjektor entgegenwirkt, sondern ein Gegendruck in entgegengesetzter Richtung, wodurch ein Kraftstoffinjektor gegenüber Fluiddruckimpulsen desensibilisiert wird, die andernfalls von anderen Kraftstoffinjektoren eingespeist werden könnten. Die gewählte Konfiguration und Anordnung der Druckregelventile kann in verschiedenen Systemen unterschiedlich sein, und es sind sogar Ausführungsformen denkbar, bei denen einige Kraftstoffinjektoren in einem Kraftstoffsystem einem Druckregelventil mit einer nachgelagerten Strömungsvorspannrichtung zugeordnet sind, während andere einem Druckregelventil mit einer vorgelagerten Strömungsvorspannrichtung zugeordnet sind.
Fachleute auf dem Gebiet werden ein Druckregelventil mit einer festen Geometrie, wie es in der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist, als eine Art von Ventil erkennen, das allgemein als Tesla-Ventil oder mit anderen bekannten Begriffen bezeichnet wird. Es sind auch andere Geometrien von Druckregelventilen als die erläuterten denkbar, bei denen die inneren Strömungsflächen ähnliche Ergebnisse erzielen. In einer Implementierung wird eine Innenkontur von Strömungsbahnen in einem Druckregelventil gemäß der vorliegenden Offenbarung gemäß einem ersten geometrischen Attribut, einem zweiten geometrischen Attribut und einem dritten geometrischen Attribut zwischen einem Einlass und einem Auslass zu der Strömungsbahn variiert. Ein erstes geometrisches Attribut könnte die Höhe eines Strömungsdurchgangs sein, ein zweites geometrisches Attribut könnte die Breite des Strömungsdurchgangs sein, und ein drittes geometrisches Attribut könnte das Vorhandensein von internen, die Strömung beeinflussenden Strukturen wie Säulen 82, 83 sein. Solche Säulen können innerhalb einer Fluidströmungsstrecke positioniert werden und sind so geformt, dass sie gemäß bekannter hydrodynamischer Prinzipien die Strömung in einer Richtung durch eine Strömungsbahn ermöglichen, jedoch die Strömung in einer entgegengesetzten Richtung begrenzen. Eine Durchflussbegrenzungsöffnung, deren Geometrie in nur zwei Dimensionen variiert, würde beispielsweise nicht gemäß den ersten, zweiten und dritten geometrischen Attributen variiert werden.
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; und eine Vielzahl von Druckregelventilen (40), die jeweils eine statische Geometrie aufweisen und fluidisch zwischen der gemeinsamen Ablassleitung (38) und der Kontrollsteuerkammer (66) in einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) angeordnet sind.
Kraftstoffsystem (20) nach Anspruch 1, wobei: jedes der Vielzahl von Druckregelventilen (40) sich in einem der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) befindet; jedes der Vielzahl von Druckregelventilen (40) eine Strömungsvorspannrichtung definiert, die sich nachgelagert in Richtung der gemeinsamen Ablassleitung (38) erstreckt; jedes der Vielzahl von Druckregelventilen (40) einen Ventilkörper beinhaltet, der eine Außenfläche (95) des entsprechenden einen der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) ausbildet; jedes der Vielzahl von Druckregelventilen (40) eine Strömungsbahn beinhaltet, die sich zwischen einem Einlass (78) innerhalb des Kraftstoffinjektors (32) und einem Auslass (80), der mit der gemeinsamen Ablassleitung (38) verbunden ist, erstreckt; jeder der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) eine Längsachse (100) definiert, und die Strömungsbahn (76) sich in Umfangsrichtung um die Längsachse (100) erstreckt, und eine Vielzahl von Säulen (82, 83) durch den Ventilkörper (56) ausgebildet und innerhalb der Strömungsbahn (76) angeordnet sind; der Ventilkörper (56) ein erstes bogenförmiges Ventilkörper-(58)-Teil und ein zweites bogenförmiges Ventilkörper-(60)-Teil beinhaltet, und die Strömungsbahn (76) in dem ersten bogenförmigen Ventilkörperteil (58) ausgebildet ist; und jedes der Vielzahl von Druckregelventilen (40) eine zweite Strömungsbahn (77) beinhaltet, die in dem zweiten Ventilkörperteil (60) ausgebildet ist und sich zwischen einem zweiten Einlass (79) innerhalb des Kraftstoffinjektors (32) und einem zweiten Auslass (81) erstreckt, der mit der gemeinsamen Ablassleitung (38) verbunden ist.
Kraftstoffsystem (20) nach Anspruch 2, wobei: jeder der Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (32) ein Basisteil (52) und einen Niederdruck-Ablassweg (64) beinhaltet, die sich von der Kontrollsteuerkammer (66) durch das Basisteil (52) erstreckt; und jedes der Vielzahl von Druckregelventilen (40) ein erstes Gewindestück (84) beinhaltet, das den ersten bogenförmigen Ventilkörper (58) an dem Basisteil (52) befestigt und eine darin ausgebildete erste Bohrung (85) aufweist, die den Niederdruck-Ablassweg (64) mit dem ersten Einlass (78) innerhalb des Kraftstoffinjektors (32) verbindet, und ein zweites Gewindestück (86), das den zweiten gebogenen Ventilkörper (60) an dem Basisteil (52) befestigt und eine zweite darin ausgebildete Bohrung (87) aufweist, die den Niederdruck-Ablassweg (64) mit dem zweiten Einlass (79) innerhalb des Kraftstoffinjektors (32) verbindet.
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 ein Druckregelventil (40), das eine statische Geometrie aufweist und zwischen der Kontrollsteuerkammer (66) und dem Niederdruckauslass (69) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor (32) nach Anspruch 4, wobei das Druckregelventil (40) einen Ventilkörper (56) beinhaltet, in dem eine Strömungsbahn (76) ausgebildet ist, die sich zwischen einem Einlass (78) innerhalb des Injektorkörpers (46) und einem Auslass (80) erstreckt, der mit dem Niederdruckauslass (69) des Injektorkörpers (46) zusammenfällt.
Kraftstoffeinspritzdüse (32) nach Anspruch 5, wobei: der Injektorkörper (46) einen darin ausgebildeten Niederdruck-Ablassweg (64) aufweist, die sich von der Kontrollsteuerkammer (66) aus erstreckt; der Ventilkörper (56) ein erstes Ventilkörperteil (58) mit der darin ausgebildeten Strömungsbahn (76) und ein zweites Ventilkörperteil (60) mit einer darin ausgebildeten zweiten Strömungsbahn (77) beinhaltet; das Druckregelventil (40) ferner einen ersten Anschluss (84) beinhaltet, der den Niederdruck-Ablassweg (64) mit der ersten Strömungsbahn (76) fluidisch verbindet, und einen zweiten Anschluss (86), der den Niederdruck-Ablassweg (64) mit der zweiten Strömungsbahn fluidisch verbindet; und der Injektorkörper (46) ein Basisteil (52) mit einem darin ausgebildeten ersten Ausschnitt (88) und einem zweiten Ausschnitt (90) beinhaltet, und wobei das erste Ventilkörperteil (58) eine gebogene Form aufweist und innerhalb des ersten Ausschnitts (88) angeordnet ist und das zweite Ventilkörperteil (60) eine gebogene Form aufweist und innerhalb des zweiten Ausschnitts (90) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor (32) nach Anspruch 6, wobei das Basisteil (52) ein erstes Segment (96), ein zweites Segment (98) und ein Steuerventilsegment (99) beinhaltet, das sich zwischen dem ersten Segment (96) und dem zweiten Segment (98) erstreckt, und wobei der erste Ausschnitt (88) und der zweite Ausschnitt (90) jeweils durch das erste Segment (96), das zweite Segment (98) und das Steuerventilsegment (99) definiert sind und die Einspritzsteuerventilanordnung (34) zumindest teilweise innerhalb des Steuerventilsegments (99) angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffsystems (20), umfassend: Bewegen eines Einspritzsteuerventils (72) in einem ersten Kraftstoffinjektor (32) in dem Kraftstoffsystem (20) von einer geschlossenen Position in eine offene Position; fluidisches Verbinden einer Kontrollsteuerkammer (66) in dem ersten Kraftstoffinjektor (32) mit einem Niederdruckauslass (69) des ersten Kraftstoffinjektors (32) in Reaktion auf die Bewegung des Einspritzsteuerventils (72); Erzeugen eines Fluiddruckimpulses in Reaktion auf die Fluidverbindung der Kontrollsteuerkammer (66) mit dem Niederdruckauslass (69); Zuführen des Fluiddruckimpulses zu einem Druckregelventil (40), das eine statische Geometrie aufweist und fluidisch zwischen der Kontrollsteuerkammer (66) in dem ersten Kraftstoffinjektor (32) und einem zweiten Kraftstoffinjektor (32) in dem Kraftstoffsystem (20) angeordnet ist; und Begrenzen des Übersprechens zwischen dem ersten Kraftstoffinjektor (32) und dem zweiten Kraftstoffinjektor (32) basierend auf einer Abschwächung des Fluiddruckimpulses durch das Druckregelventil (40).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei sich das Druckregelventil (40) in dem ersten Kraftstoffinjektor (32) befindet.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Druckregelventil (40) einen Gegendruck erzeugt, der dem Fluiddruckimpuls entgegenwirkt.