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Technisches Gebiet
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Diese
Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungsmotoren
und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf die Steuerung
von Luft-Brennstoff-Verhältnissen für solche Verbrennungsmotoren.
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Hintergrund
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Moderne
Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise turboaufgeladene Dieselmotoren,
sind strengen Emissionsanforderungen unterworfen. Eine Charakteristik,
die in solchen Anforderungen vorkommt, ist die Menge der Partikel
oder des sichtbaren Rußes, die ein Motor während
des Betriebs ausstößt. Viele Faktoren beeinflussen
die Menge der Partikel, die ein Motor ausstoßen kann, wie
beispielsweise die Brennstoffqualität, die Betriebsumgebung und
Motorcharakteristika, wie beispielsweise das Luft-Brennstoff-Verhältnis,
die Drehzahl, die Belastung und das transiente Verhalten. Ein spezieller Grund
für die Rußerzeugung kann ein Mangel einer ausreichenden
Verbrennungsluftladung während aggressiver transienter
Zustände sein. Ein Beispiel eines solchen transienten Zustands
kann eine schnelle Anforderung einer Zunahme der Leistungsausgabe des
Motors durch einen Bediener sein, der entscheidet, die Motordrehzahl
vom Leerlauf auf volle Drehzahl zu steigern, indem er plötzlich
das Beschleunigungspedal bzw. Gaspedal vollständig herunterdrückt.
Da der Motor in verzögerter Weise beschleunigt, wird für
eine kurze Zeit zuviel Brennstoff in Beziehung zur Luftmenge eingespritzt,
die zur Verbrennung verfügbar ist, was eine unvollständige
Verbrennung und möglicherweise einen Abfall der Temperatur
in der Brennkammer bewirkt, und daher eine übermäßiger
Rauchentwicklung. Eine beträchtliche Verringerung des sichtbaren
Rauches bzw. Rußes, der von turboaufgeladenen Dieselmotoren
bei der Beschleunigung ausgestoßen wird, ist mit den Jahren durch
druckempfindliche Vorrichtungen erreicht worden, wie beispielsweise
Anaeroid-Steuervorrichtungen. Anaeroid-Steuervorrichtungen beeinflussen
die Brennstoffmenge, die zu dem Ein spritzsystem geliefert wird,
abhängig von dem Einlasssammelleitungs- oder Ladedruck.
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Das
US-Patent 4 727 839 beschreibt
eine solche Anaeroid-Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung, so
wie sie offenbart wird, beschreibt eine Steueranordnung mit mehreren
Federn, um eine verbesserte Brennstoffregelcharakteristik zu erreichen, anstatt
nur eine Charakteristik mit Standardleistung. Obwohl die Steuervorrichtung
kompakt ist und eine verbesserte Regelcharakteristik gegenüber
dem Stand der Technik bieten soll, ist die Konstruktion kompliziert
und kann anfällig für Versagen sein. Das System
basiert auf einer federvorgespannten Membran mit einer mechanischen
Anordnung, die zur Betätigung eines Mechanismus in einer
Brennstoffeinspritzpumpe angebracht ist. Die Membran wird unter dem
Einfluss des Einlassluftdruckes betätigt. Die Kräfte,
die von der unter Druck gesetzten Einlassluft erzeugt werden, sind
ziemlich schwach, und das mit der Membran verbundene System, welches
die Gaskräfte ausgleicht, darf daher nicht viel Widerstand bieten.
Eine Anordnung mit einer leichten bzw. schwachen Feder wird daher
bevorzugt, die auch das Ansprechen des Systems im Allgemeinen verbessern
kann. Da die Steuervorrichtung eine „trockene" Steuervorrichtung
ist, muss weiterhin eine Dichtungsanordnung am Platz bzw. im Einsatz
sein, um zu verhindern, dass irgendwelcher Brennstoff von der Brennstoffeinspritzpumpe
in die Steuervorrichtung nach oben läuft. Eine normale
Abnutzung und ein Verschleiß des Systems in Kombination
mit dem Widerstand, der von der Dichtungsanordnung geboten wird,
kann einen ordnungsgemäßen Betrieb der Steuervorrichtung
behindern.
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Die
gegenwärtige Offenbarung zielt darauf, zumindest einen
Teil der zuvor erwähnten Nachteile zu verbessern oder zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Brennstoffsystem
für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, der eine Ladedruck-
bzw. Ladungssteueranordnung aufweist, die betriebsmäßig
mit einer Brennstoffeinspritzpumpe zu verbinden ist. Die Ladungssteueranordnung
hat eine erste Kammer und eine zweite Kammer, die von der ersten
Kammer durch ein bewegbares Glied getrennt ist. Die erste Kammer
ist konfiguriert, um ein Signal aufzunehmen, welches einen Ladungszustand
des Verbrennungsmotors anzeigt. Die zweite Kammer ist konfiguriert,
um Brennstoff zu enthalten. Der Verbrennungsmotor weist weiter einen
Brennstoffhalte- bzw. Brennstofflagerbereich auf, der strömungsmittelmäßig
mit der zweiten Kammer verbunden ist, und eine Strömungsmittelflusssteueranordnung
zwischen der zweiten Kammer und dem Strömungsmittelhaltebereich,
um die Flussrate des Brennstoffes zwischen der zweiten Kammer und
dem Niederdruckbereich zu steuern.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur
Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses in einem
Verbrennungsmotor vorgesehen. Das Verfahren weist auf, eine Anforderung
einer Veränderung eines ersten Brennstoffflusses zu mindestens
einer Brennkammer zu empfangen und den ersten Brennstofffluss ansprechend
auf die Anforderung zu modifizieren. Das Verfahren weist weiter
auf, ein erstes Signal zu empfangen, welches eine erste Luftversorgungsbedingung
anzeigt, einen zweiten Brennstofffluss ansprechend auf das Signal
zu verändern bzw. zu verdrängen und die Modifikation
des ersten Brennstoffflusses durch eine Veränderung des
zweiten Brennstoffflusses zu steuern.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Ventilanordnung
vorgesehen, um Flussraten in eine Ladungssteueranordnung eines Verbrennungsmotors
hinein und aus dieser heraus zu steuern. Die Ventilanordnung weist ein
Gehäuse mit einem ersten Durchlassteil und einem zweiten
Durchlassteil auf, ein selbsteinstellendes Ventilglied, welches
verschiebbar mit dem Gehäuse in Eingriff ist und zwischen
dem ersten Durchlassteil und dem zweiten Durchlassteil positioniert
ist. Das selbsteinstellende Ventilglied hat einen ersten Strömungsmitteldurchlass,
der strömungsmittelmäßig den ersten Teil
und den zweiten Teil des Gehäuses verbindet. Die Ventilanordnung
weist weiter einen zweiten Durchlass auf, der strömungsmittelmäßig
den ersten Durchlassteil und den zweiten Durchlassteil des Gehäuses
verbindet, wobei das Gehäuse und das Ventilglied so konfiguriert
sind, dass das selbsteinstellende Ventilglied eine Positi on relativ zum
Gehäuse einnehmen kann, wodurch in dieser Position der
zweite Durchlass eingeschränkt ist.
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Andere
Merkmale und Aspekte der Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung
und den beigefügten Zeichnungen offensichtlich werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Verbrennungsmotors;
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2 zeigt
eine weitere perspektivische Darstellung des Verbrennungsmotors
der 1;
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3 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Ladungssteueranordnung zur
Anwendung in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor der 1 und 2;
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4 ist
eine diagrammartige Darstellung einer Strömungsmittelschaltung
zur Anwendung in Verbindung mit der Ladungssteueranordnung der 3;
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5 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels
einer Strömungsmittelflusssteueranordnung zur Anwendung
in Verbindung mit der Ladungssteueranordnung der 3;
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6 ist
eine perspektivische diagrammartige Darstellung eines Ventilgliedes
der Strömungsmittelflusssteueranordnung der 5.
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Detaillierte Beschreibung
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Nun
mit Bezug auf die 1 und 2 ist ein
Motor, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet
wird, nur zu Beispielszwecken gezeigt. Der Motor 10 kann
beispielsweise irgendein geeigneter Verbrennungsmotor sein, wie
beispielsweise ein turboaufgeladener Mehrzylinder-Dieselmotor. In
einem Ausführungsbeispiel kann der Motor 10 mit
einer Auslasssammelleitung 12, einer Einlasssammelleitung 14 und
einer Turboladeranordnung 16 versehen sein. Die Turboladeranordnung 16 kann
in herkömmlicher Weise arbeiten, so dass zumindest ein
Teil des Abgases, welches vom Motor 10 ausgestoßen
wird, aus der Auslasssammelleitung 12 zu der Turboladeranordnung
hin fließt. Das Abgas kann die Turbola deranordnung antreiben,
die wiederum dann frische Luft zur Einlasssammelleitung 14 liefern
kann.
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Der
Motor 10 kann weiter mit einem Brennstoffsystem versehen
sein, welches im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnet
ist, welches eine Brennstoffeinspritzpumpe 18 (FIP = fuel
injection pump) hat, die irgendeine geeignete Brennstoffeinspritzpumpe
sein kann, wie beispielsweise eine mechanische Dreh- oder In-Line-Brennstoffpumpe. Die
Brennstoffeinspritzpumpe 18 kann Brennstoff zu irgendeiner
Anzahl von (nicht gezeigten) Zylindern des Motors 10 in
herkömmlicher Weise liefern, wie beispielsweise über
ein starres Brennstoffrohr und über Einspritzvorrichtungsanordnungen.
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Die
Brennstoffeinspritzpumpe 18 kann mit einer Ladedruck- bzw.
Ladungssteueranordnung 20 (BCA = boost control arrangement)
versehen sein, von der ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
in 3 gezeigt ist. In einem Ausführungsbeispiel
kann die Ladungssteueranordnung 20 ein Gehäuse 22 haben,
welches zwei Bereiche in Form einer ersten Kammer 24 und
einer zweiten Kammer 26 definiert. Das Gehäuse 22 kann
irgendeine geeignete Konstruktion aufweisen und kann beispielsweise
ein zweiteiliges Gehäuse sein, wodurch ein erster Teil 23 des
Gehäuses 22 vorherrschend die erste Kammer 24 bilden
kann, und wobei ein zweiter Teil 25 des Gehäuses 22 vorherrschend
die zweite Kammer 26 bilden kann.
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Die
ersten und zweiten Kammern 24, 26 können
durch ein bewegbares Glied 27 aufgeteilt oder getrennt
sein. Das bewegbare Glied 27 kann ein Kolben oder ähnliches
sein, und in einem Ausführungsbeispiel kann das bewegbare
Glied 27 ein flexibles Glied sein, wie beispielsweise eine
Membran. In dem Fall, dass das bewegbare Glied 27 eine
Membran ist, kann das bewegbare Glied 27 so angeordnet
sein, dass ein Flanschteil 28 des bewegbaren Gliedes 27 zwischen
den ersten und zweiten Teilen 23 und 25 des Gehäuses 22 eingeklemmt
bzw. eingespannt ist. Eine Betätigungsvorrichtung 30 kann
betriebsmäßig mit dem bewegbaren Glied 27 verbunden
sein, sodass eine Bewegung des bewegbaren Gliedes 27 eine
Bewegung der Betätigungsvorrichtung 30 zur Folge
hat. Die Betätigungsvorrichtung 30 kann im Allgemeinen
stiftförmig sein und kann in einer Bohrung 32 geführt
oder gehalten sein. Die Betätigungsvorrichtung 30 kann
betriebsmäßig mit einem (nicht gezeigten) Zumessteil
der Brennstoffeinspritzpumpe 18 verbunden sein, sodass
irgendeine Bewegung der Betätigungsvorrichtung 30 eine
veränderte Einstellung der Brennstoffeinspritzpumpe 18 zur
Folge haben kann. Die Betätigungsvorrichtung kann mit einem
Teil der Brennstoffeinspritzpumpe 18 verbunden sein, der
unter Druck gesetzten Brennstoff enthält. Der Brennstoff
kann auf irgendeinem geeigneten Druck sein, wie beispielsweise auf
dem Gehäusedruck der Brennstoffeinspritzpumpe. Das Spiel
zwischen der Betätigungsvorrichtung 30 und der
Bohrung 32 kann so ausgewählt werden wie bevorzugt, und
kann konfiguriert sein, um als ein Brennstoffdurchlass 21 zu
wirken, um die Übertragung von Brennstoff von der Brennstoffeinspritzpumpe 18 zur zweiten
Kammer 26 zu gestatten.
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Ein
elastisches Glied 34, wie beispielsweise eine Feder, kann
in der zweiten Kammer 26 angeordnet sein, um das bewegbare
Glied 27 zur ersten Kammer 24 hin vorzuspannen.
Das elastische Glied 34 kann im Wesentlichen mittig in
der zweiten Kammer 26 angeordnet sein, sodass das elastische
Glied 34 zumindest einen Teil der Betätigungsvorrichtung 30 umgibt.
Unter Druck gesetzter Brennstoff in der zweiten Kammer 26 kann
auch das bewegbare Glied 27 zur ersten Kammer 24 hin
vorspannen. Es sei bemerkt, dass das bewegbare Glied 27 zur
ersten Kammer 24 nur durch das elastische Glied 34 vorgespannt
sein kann, nur durch den Brennstoffdruck in der zweiten Kammer 26 oder
durch eine Kombination daraus.
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Die
zweite Kammer 26 kann strömungsmittelmäßig
mit einem anderen Bereich verbunden sein, wie beispielsweise mit
einem Strömungsmittelhalte- bzw. Strömungsmittellagerbereich 36.
Der Strömungsmittelhaltebereich 36 kann irgendein
geeigneter Bereich sein, wie beispielsweise eine (nicht gezeigte)
andere Kammer oder eine Rückleitung zum Tank (nicht gezeigt)
und kann auf irgendeinem geeigneten Druck sein, entweder positiv,
negativ oder neutral. Es sei bemerkt, dass der Strömungsmittelhaltebereich
nicht implizit mit sich bringt, dass das Strömungsmittel
statisch ist, der Strömungsmittelhaltebereich kann beispielsweise
auch einen Transferdurchlass aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel
ist der Strömungsmittelhaltebereich 36 im Wesentlichen drucklos.
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Zwischen
der zweiten Kammer 26 und dem Strömungsmittelhaltebereich 36 kann
eine Strömungsmittelflusssteueranordnung 40 vorgesehen sein,
die strömungsmittelmäßig mit der zweiten
Kammer 26 und dem Strömungsmittelhaltebereich 36 durch
einen Durchlass 41 verbunden sein kann. Die Strömungsmittelflusssteueranordnung 40 kann
so konfiguriert sein, dass sie die Flussrate des Brennstoffes zwischen
der zweiten Kammer 26 und dem Strömungsmittelhaltebereich 36 beeinflussen
kann. Die Strömungsmittelflusssteueranordnung 40 kann konfiguriert
sein, so dass sie geometrische Flusssteuermerkmale aufweist, so
dass der Auslasskoeffizient für den Strömungsmittelfluss
in einer Richtung im Wesentlichen anders als der Auslasskoeffizient
für einen Strömungsmittelfluss in der entgegengesetzten
Richtung ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel kann die Strömungsmittelflusssteueranordnung 40 so
konfiguriert sein, dass sie eine erste Strömungsmittelflussquerschnittsfläche
definiert, um einen ersten Brennstofffluss von der zweiten Kammer 26 zum
Strömungsmittelhaltebereich 36 zu gestattet, und
eine zweite Strömungsmittelflussquerschnittsfläche,
um einen zweiten Brennstofffluss von dem Strömungsmittelhaltebereich 36 zur
zweiten Kammer 26 zu gestatten, wodurch die zweiten Strömungsmittelflussquerschnittsfläche
größer als die erste Strömungsmittelflussquerschnittsfläche
sein kann. Eine solche Beziehung kann beispielsweise in einem Strömungsmitteldiagramm
ausgedrückt sein, wie in 4 gezeigt. Wenn
Strömungsmittel von dem Strömungsmittelhaltebereich 36 zur
zweiten Kammer 26 fließt, kann Strömungsmittel
sowohl durch den ersten Durchlass 31 als auch durch den
zweiten Durchlass 33 fließen. Wenn jedoch das
Strömungsmittel von der zweiten Kammer 26 zum
Strömungsmittelhaltebereich 36 fließt,
kann das Ventil 35, welches in diesem Beispiel derart gezeigt
ist, dass es ein Einweg-Wechselventil ist, teilweise abgeschlossen
sein, um den Fluss durch den Durchlass 33 zu begrenzen.
Begrenzen kann in diesem Zusammenhang so interpretiert werden, dass
das Strömungsmittel entweder vollständig behindert
oder blockiert wird. Das Ventil kann von irgendeiner geeigneten
Konstruktion sein. In einem Aus führungsbeispiel ist das
Ventil 35 selbsteinstellend dahingehend, dass es auf einen
Strömungsmittelfluss anspricht, und es kann auf den Strömungsmittelfluss
ohne irgendeine äußere Eingabe reagieren, d. h.
es kann seine eigene Position unter dem Einfluss eines Strömungsmittelflusses
einstellen. Es ist zu sehen, dass der Strömungsmittelflussquerschnitt
größer ist, wenn das Strömungsmittel
vom Strömungsmittelhaltebereich 36 zur zweiten
Kammer 26 fließt, weil beide Durchlässe 31 und 33 vollständig offen
sind oder zumindest offener als in der entgegengesetzten Richtung.
Es sei bemerkt, dass der Durchlass 31 so bemessen sein
kann, dass er als ein Widerstand wirken kann, oder mit einem Widerstand versehen
sein kann, wie beispielsweise mit einer Zumessöffnung,
um standardisierte Körper mit geeigneten Zumessöffnungen
anpassen zu können.
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In
einem Ausführungsbeispiel kann die Strömungsmittelflusssteueranordnung 40 eine
Ventilanordnung aufweisen, von der ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
in 5 gezeigt ist. Eine Ventilanordnung, die im Allgemeinen
mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet wird, kann ein Gehäuse 44 haben.
Das Gehäuse 44 kann eine einteilige Konstruktion
haben oder kann aus mehreren Teilen aufgebaut sein. Ein Ventilglied 46 kann
verschiebbar mit dem Gehäuse in Eingriff sein. Für
eine einfachere Bezugnahme wird das Gehäuse 44 derart
beschrieben, dass es einen ersten Durchlassteil 48 und
einen zweiten Durchlassteil 50 hat, wodurch der erste Durchlassteil 48 jener Teil
ist, der links vom Ventilglied 46 gelegen ist, wie in 5 zu
sehen. Es folgt daraus, dass der zweite Durchlassteil 50 jener
Teil ist, der rechts vom Ventilglied 46 gelegen ist, wie
in 5 zu sehen. Es sei auch bemerkt, dass die genauen
Grenzen der ersten und zweiten Teile 48 und 50 relativ
sind und von der Position des Ventilgliedes 46 abhängen.
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Ein
Ausführungsbeispiel des Ventilgliedes 46 ist in 6 detaillierter
gezeigt. Das Ventilglied 46 kann als eine einteilige Komponente
hergestellt sein. Ein erster Endteil 52 kann verjüngt
sein, um einen im Allgemeinen konisch geformten Nasenteil zu bilden, der
einer Gegenfläche 57 des Gehäuses 44 entspricht.
Der erste Endteil 52 kann mit einem längs verlaufenden
Strömungsmitteldurchlass 56 versehen sein, der
strömungsmittelmäßig eine Kammer 58 des Ventilgliedes 46 mit
dem ersten Durchlassteil 48 verbindet. Ein zweiter Endteil 54 kann
mit mindestens ei ner radialen Strömungsmittelöffnung 60 versehen sein,
die strömungsmittelmäßig die Kammer 58 mit dem
zweiten Durchlassteil 50 verbindet. In einem Ausführungsbeispiel
können die Strömungsmittelöffnungen zur
vereinfachten Herstellung als Schlitze 62 im zweiten Endteil 54 geformt
sein, um einen eingeschnittenen bzw. kronenförmigen Endteil 54 zu
erzeugen. Jedoch kann irgendeine geeignete Alternative zur Verbindung
der Kammer 58 mit der Umgebung außerhalb des Ventilgliedes 46 ausgewählt
werden, beispielsweise runde Durchlässe, die durch Gießen, Spritzgießen,
Sintern oder eine maschinelle Bearbeitung geformt werden können,
wie beispielsweise durch Bohren. Das Ventilglied 46 kann
eine im Wesentlichen umlaufende Form haben, wie bevorzugt wird.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Ventilglied mit mindestens
einer Oberfläche 66 und mindestens einer konvexen
Oberfläche 64 versehen sein. Die konvexe Oberfläche 64 kann
als Positionierungsoberfläche angesehen werden, um das
Ventilglied 46 relativ zum Körper 44 zu
positionieren. Die Oberfläche 66 kann weniger
konvex sein als die konvexe Oberfläche 64 und
kann beispielsweise eine im Wesentlichen flache oder im Wesentlichen
konkave Oberfläche sein. Wenn das Ventilglied 64 mit
dem Gehäuse 44 in Eingriff ist, kann die konvexe
Oberfläche 64 enger von der inneren Wand 45 des
Gehäuses 44 als die Oberfläche 66 beabstandet
sein. Das Gehäuse 44 und die Oberfläche 66 können
daher einen Durchlass 68 außerhalb des Ventilgliedes 46 bilden,
welcher gestatten kann, dass Strömungsmittel zwischen dem
ersten Endteil 52 und dem zweiten Endteil 54 übertragen
wird. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Durchlass 56 die
Funktion des Durchlasses 31 ausführen, während
der Durchlass 68 die Funktion des Durchlasses 33 ausführen
kann. Immer wenn das Ventilglied in der Position ist, sodass der
erste Endteil 52 nahe an der entsprechenden Gegenfläche 57 ist,
oder diese berührt, kann der Durchlass 68 zumindest
teilweise abgeblockt sein und daher die Funktion des Ventils 35 ausführen.
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Alternativ
kann ein Durchlass, der in seiner Funktion dem Durchlass 68 oder 33 äquivalent
ist, vorherrschend oder vollständig in dem Körper 44 geformt
sein oder durch diesen geformt sein, anstatt vorherrschend durch
die Oberfläche 66 geformt zu werden, die von einer
Oberfläche des Körpers 44 beabstandet
ist.
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Es
sei bemerkt, dass diese Ventilanordnung als selbsteinstellend angesehen
werden kann, wie oben erwähnt.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Während
des Gebrauchs arbeitet der Motor 10 in herkömmlicher
Weise. Die Brennstoffeinspritzpumpe 18 liefert Brennstoff
zum Motor 10, der mit Luft verbrannt werden kann, die über
die Einlasssammelleitung 14 geliefert wird. Nach der Verbrennung können
die Abgase über die Auslasssammelleitung 12 entlüftet
werden. Die Turboladeranordnung 16 kann durch die Abgase
angetrieben werden, die aus der Auslasssammelleitung 12 fließen.
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Die
Turboladeranordnung 16 kann dann wiederum die Luft in der
Einlasssammelleitung 14 unter Druck setzen. Während
des Betriebs kann eine Anforderung bezüglich einer Veränderung
eines ersten Brennstoffflusses zu mindestens einer Brennkammer empfangen
werden. Beispielsweise kann der Motor 10 in einem Aufladungszustand
sein, der als ein Zustand beschrieben werden kann, bei dem eine
relativ große Zunahme der Leistungsausgabe des Motors 10 in
einer relativ kurzen Zeitperiode angefordert wird. Dies kann beispielsweise
geschehen, wenn, während des Betriebs einer Arbeitsmaschine,
der Bediener eine Steigerung der Leistungsausgabe des Motors 10 anfordert,
indem er eine Maschinenfunktion betätigt, wie beispielsweise
die Bewegung eines Beschleunigungspedals oder einer (nicht gezeigten) Handdrossel
aus einer ersten Position, die einer niedrigeren Motordrehzahl entspricht,
in eine zweite Position, die einer höheren Motordrehzahl
entspricht. Ansprechend auf die Anforderung der Veränderung des
ersten Brennstoffflusses, kann der erste Brennstofffluss modifiziert
bzw. verändert werden. Unter solchen Bedingungen ist es
möglich, dass die Steigerungsrate des Brennstoffes, der
zur Verbrennung eingespritzt wird, höher ist als die Steigerungsrate
der Luftmenge, die für eine zufriedenstellende Verbrennung
erforderlich ist, d. h., das Luft-Brennstoff-Verhältnis
ist nicht so gut gesteuert, wie erwünscht. Die Steigerungsrate
der Luftmenge kann über ein Anzeigesignal ausgedrückt
werden. Beispielsweise können der Gasdruck in der Einlasssammelleitung 14 oder
der Auslasssammelleitung 12 verwendet werden, um ein Signal
zu empfangen, welches einen Luftversorgungszustand anzeigt, wie
beispielsweise die Luftmenge, die zur Verbrennung verfügbar
ist. In einem Ausführungsbeispiel bezieht sich das Signal insbesondere
auf den Gasdruck in der Einlasssammelleitung 14. Das Signal
kann in irgendeiner Form erzeugt werden, wie beispielsweise ein
elektrisches Signal, welches von einem Sensor erzeugt wird, welches
dann an die Ladungsdruck- bzw. Ladungssteueranordnung 20 entweder
in direkter oder indirekter Weise gesendet wird und von dieser empfangen wird.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Signal vorgesehen
bzw. geliefert werden, indem man die Ladungssteueranordnung 20 strömungsmittelmäßig
mit einer Sammelleitung in Verbindung kommen lässt, wie
beispielsweise der Einlasssammelleitung 14, sodass die
Ladungssteueranordnung 20 einen Gasdruck entsprechend dem
Gasdruck in der Einlasssammelleitung 14 aufnehmen kann.
Der Gasdruck kann von der ersten Kammer 24 aufgenommen
werden und kann auf das bewegbare Glied 27 wirken, um das
bewegbare Glied 27 zu verschieben. Verschieben in diesem
Zusammenhang kann so interpretiert werden, dass zumindest ein Teil
des bewegbaren Gliedes 27 verschoben wird. Das bewegbare Glied 27 kann
wiederum die Betätigungsvorrichtung 30 verschieben,
sodass die Betätigungsvorrichtung 30 oder ein
anderer damit in Beziehung stehender Mechanismus die Zumessung oder
Ausgabe der Brennstoffeinspritzpumpe 18 beeinflusst. Es
ist daher zu sehen, dass ein Signal, welches einem höheren Gasdruck
entspricht, die Brennstoffeinspritzvorrichtung 18 mehr
beeinflussen kann als ein Signal, welches einem niedrigeren Gasdruck
entspricht.
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Während
einer Anforderung nach einer Steigerung der Leistungsausgabe des
Motors 10 kann die Brennstoffeinspritzpumpe 18 ihre
Ausgabe in direkter Beziehung zur Anforderung steigern, beispielsweise
kann eine Bewegung eines Gas- bzw. Beschleunigungspedals oder einer
Handdrossel direkt die Brennstoffausgabe der Brennstoffeinspritzpumpe 18 steigern.
Zusätzlich kann die Ladungssteueranordnung 20 die
Rate der Brennstofflieferung auch weiter ansprechend auf ein Signal
steigern, welches einen Aufladungszustand anzeigt, bei dem ausreichend
Luft verfügbar ist, um zusätzlichen Brennstoff
in akzeptabler Weise zu verbrennen.
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Um
die Ladungssteueranordnung 20 auszugleichen, kann das elastische
Glied 34 das bewegbare Glied zur ersten Kammer 24 vorspannen.
Ein vergrößertes Signal, welches von dem Gasdruck
erzeugt wird, kann daher die Kraft überwinden, die von dem
elastischen Glied 34 geliefert wird, und das elastische
Glied 34 kann zusammengedrückt werden. Wenn das
elastische Glied eine Feder ist, kann die Beziehung der Kraft und
der Kompression im Wesentlichen linear sein, was daher zu einer
im Wesentlichen linear zu dem Signal entgegenwirkenden Kraft führt,
wie von dem bewegbaren Glied 27 übertragen.
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Die
zweite Kammer 26 der Ladungssteueranordnung 20 kann
mit Brennstoff versehen sein, welcher von der Brennstoffeinspritzpumpe 18 über
den Durchlass 21 zwischen die Betätigungsvorrichtung 30 und
die Bohrung 32 fließt. Der Durchlass 21 kann relativ
klein sein, was daher zur Folge haben kann, dass die zweite Kammer 26 mit
einer relativ niedrigen Geschwindigkeit gefüllt wird. Während
des Betriebs kann ein erstes Signal an der Ladungssteueranordnung 20 ankommen,
wodurch das Signal einen ersten Luftversorgungszustand anzeigen
kann, wie beispielsweise einen ersten Aufladungszustand. Dies kann
beispielsweise ein Zustand sein, wo eine starke Steigerung der Leistungsausgabe
aus dem Motor 10 angefordert wird. Das Signal kann im Fall
einer Ladungssteueranordnung 20 mit einem bewegbaren Glied 27 das
bewegbare Glied 27 gegen den Widerstand verschieben, der
von dem elastischen Glied 34 vorgesehen wird. Die Verschiebung
des bewegbaren Gliedes 27 steigert den Strömungsmitteldruck
in der zweiten Kammer 26. Nicht das gesamte Strömungsmittel,
das in der zweiten Kammer 26 vorhanden ist, kann zurück
zur Brennstoffeinspritzpumpe 18 über den Durchlass 21 entweichen,
und zwar aufgrund dessen, dass der Durchlass 21 vergleichsweise
klein ist. Das unter Druck gesetzte Strömungsmittel in
der zweiten Kammer 26 kann dann als ein zweiter Brennstofffluss
zum Strömungsmittelhaltebereich 36 über den
Durchlass 41 und der Strömungsmittelflusssteueranordnung 40 verdrängt
bzw. verschoben werden. Es sei daher bemerkt, dass der zweite Brennstofffluss
ansprechend auf den Empfang des Signals verschoben bzw. verdrängt
wird. Wie oben beschrieben, kann die Strömungsmittelflusssteueranordnung 40 mit
einer speziellen ersten Strömungsmittelflussquerschnittsfläche
versehen sein, um eine erste Brennstoffflussrate von der zweiten
Kammer 26 zum Strömungsmittelhaltebereich 36 zu
gestatten. Wenn daher das bewegbare Glied 27 das Strömungsmittel aus
der zweiten Kammer 26 zum Strömungsmittelhaltebereich 36 verschiebt,
kann die Rate des Brennstoffes, die aus der zweiten Kammer 26 entweicht,
so zugeschnitten sein, dass ein zusätzlicher Widerstand für
das bewegbare Glied 27 in Verbindung mit dem elastischen
Glied vorgesehen ist. Die Verschiebungsrate des bewegbaren Gliedes 27 hängt
daher von dem Widerstand ab, der von dem elastischen Glied 27 geboten
wird, der im Wesentlichen linear sein kann, und von dem Widerstand,
der von der Verschiebung bzw. Verdrängung des Strömungsmittels über
die Strömungsmittelflusssteueranordnung 40 geboten
wird, der im Wesentlichen nicht linear sein kann. Durch Bemessung
des Durchlasses 31 kann daher ein nicht linearer Widerstand
gegen eine Verdrängung des Strömungsmittels ausgewählt
werden. Die Verdrängung bzw. Verschiebung kann beispielsweise
dadurch beeinflusst werden, dass man das Strömungsmittel
zwingt, durch eine Zumessöffnung zu fließen. Durch
Beeinflussen der Einstellrate des Zumessteils der Brennstoffeinspritzpumpe 18 ist
es möglich, die Zunahme des Brennstoffes zuzuschneiden,
der von der Brennstoffeinspritzpumpe 18 zur Verbrennung
geliefert wird, und zwar in Beziehung zu der zur Verbrennung verfügbaren
Luft, d. h., die Veränderung des ersten Brennstoffflusses
wird durch die Verschiebung des zweiten Brennstoffflusses gesteuert.
Die Begrenzung, so wie sie von der Brennstoffflusssteueranordnung 40 geboten
wird, kann auch auf unterschiedliche Motoranwendungen zugeschnitten
werden, wie beispielsweise auf Ackerbauarbeiten unter schwerer Last,
Bauarbeiten unter leichter Last usw.
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Während
des Betriebs kann ein zweites Signal von der Ladungssteueranordnung 20 empfangen werden,
wodurch das Signal einen zweiten Luftversorgungszustand anzeigen
kann, wie beispielsweise einen zweiten Aufladungszustand, wobei
eine Anforderung nach einer starken Steigerung der Leistungsausgabe
des Motors 10 unterbrochen wird. Dies kann mit dem ersten
Signal in Beziehung stehen, sodass das zweite Signal einen zweiten
Gasdruck anzeigt, wodurch der erste Gasdruck höher als
der zweite Gasdruck ist. In diesem Zustand können der von
dem elastischen Glied 34 gebotene Widerstand und irgendein
Strömungsmitteldruck in der Kammer 26 das bewegbare
Glied 27 zurück zur ersten Kammer 24 drücken.
Es ist wünschenswert, das Strömungsmittel zu ersetzen,
welches zuvor aus der zweiten Kammer 26 verschoben bzw.
verdrängt wurde, um die zweite Kammer für das
nächste Ereignis vorzubereiten, welches dem ersten Ladungszustand ähnlich
ist.
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Jedoch
gibt es aufgrund dessen, dass der Durchlass 32 relativ
klein ist und nicht schnell eine ausreichende Brennstoffmenge liefern
kann, ein Risiko, das die zweite Kammer nur teilweise wieder gefüllt
wird, wenn das nächste Ereignis beginnt. Dies kann nicht
wünschenswert sein, und zumindest ein Teil des Strömungsmittels,
das zuvor in den Durchlass 41 verschoben wurde, kann zurückkehren,
um die zweite Kammer 26 erneut zu füllen, um das
zuvor verschobene Strömungsmittel zu ersetzten. Weil eine schnelle
erneute Füllung wünschenswert ist, kann es bevorzugt
sein, einen vergrößerten Auslasskoeffizienten
oder einen vergrößerten Strömungsquerschnitt vorzusehen,
wie beispielsweise einen zusätzlichen Durchlass, der einen
unbehinderten oder weniger eingeschränkten Fluss von Strömungsmittel
zur zweiten Kammer hin gestattet. Während des zweiten Ladezustandes
kann daher Brennstoff vom Druckbereich 36 zur zweiten Kammer 26 über
den Durchlass 33 fließen, jedoch kann er zusätzlich
durch den Durchlass 33 und das Ventil 35 fließen.
Indem gestattet wird, dass Brennstoff zurück durch sowohl
den Durchlass 31 als auch 33 fließt,
wird ein größerer Brennstoffströmungsquerschnitt
vorgesehen, der eine größere Brennstoffflussrate
in die zweite Kammer 26 im Vergleich dazu ermöglicht,
dass der Brennstoff nur durch den Durchlass 31 fließen
kann.
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In
einem Ausführungsbeispiel, welches die Ventilanordnung 42 verwendet,
wie sie in den 5 und 6 gezeigt
ist, kann der Vorgang wie folgt sein. Während eines ersten
Ladungszustandes kann das Strömungsmittel aus dem zweiten
Durchlassteil 50 zum ersten Durchlassteil 48 fließen.
Der Fluss wirkt auf das Ventilglied 46, sodass das Ventilglied eine
erste Position einnimmt, sodass der erste Endteil 52 und
die Gegenfläche 57 zusammenkommen können,
wodurch der Durchlass 68 eingeschränkt wird, was
dem äquivalent ist, dass der Durchlass 33 eingeschränkt
wird, wie in 4 gezeigt. Einschränken
kann in diesem Zusammenhang als ein teilweises oder vollständiges
Verschließen von mindestens einem Durchlass interpretiert
werden. Daher kann der größte Teil des Strömungsmittels
oder das gesamte Strömungsmittel dann aus dem zweiten Durchlassteil 50 durch
die Kammer 58 und den längs verlaufenden Strömungsmitteldurchlass 56 zum
ersten Durchlassteil 48 fließen. Während
eines zweiten Ladungszustandes kann das Strömungsmittel
vom ersten Durchlassteil 48 zum zweiten Durchlassteil 50 fließen.
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Der
Fluss wirkt auf das Ventilglied 42, sodass das Ventilglied 46 in
eine Richtung gedrückt wird, die im Allgemeinen weg vom
ersten Durchlassteil 48 ist, wodurch eine zweite Position
und Öffnung eingenommen wird oder der Durchlass 68 weiter
geöffnet wird. In diesem Fall kann Strömungsmittel
vom ersten Durchlassteil 48 zum zweiten Durchlassteil 50 über den
Längsströmungsmitteldurchlass 56 und
die Kammer 58 fließen. Zusätzlich kann
das Strömungsmittel vom ersten Durchlassteil 48 zum
zweiten Durchlassteil 50 über den Durchlass 68,
die radiale Strömungsmittelöffnung 60 und
wieder über die Kammer 58 fließen.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Veränderungen an dem offenbarten System vorgenommen
werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem
Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen
Ausführung des offenbarten Verfahrens und der Vorrichtung
offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung
und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein
wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten
Ausführungen gezeigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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