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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf
Brennstoffeinspritzsysteme und insbesondere auf
hydraulisch betätigte Brennstoffeinspritzsysteme.
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US-A-4 459 959 und US-A-4 372 272 zeigen hydraulisch
betätigte Einheitseinspritzbrennstoffsysteme.
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Hydraulisch betätigte Einheitseinspritzbrennstoffsysteme,
die Mehrfachsammelleitungen zum Liefern von
Hochdruckbetätigungsströmungsmittel zu den
Einheiteinspritzvorrichtungen bzw. Tnjektoren besitzen, können einen
Helmholtz-Resonanzeffekt zwischen den Sammelleitungen
erzeugen. Der Helmholtz-Resonanzeffekt wird bewirkt durch
Hochdruckdruckwellen, die zwischen den Sammelleitungen
hin und her reflektiert werden, die durch eine gemeinsame
Hochdruckpumpe versorgt werden. Die Druckwellen werden
erzeugt infolge eines temporären Druckverlustes in einer
der Sammelleitungen, wenn ein Einheitsinjektor, der mit
der Sammelleitung in Verbindung steht,
Betätigungströmungsmittel verwendet hat, um die Brennstoffinjektion zu
bewirken. Das Erzeugen eines Helmholtz-Resonanzeffektes
zwischen den Sammelleitungen bewirkt, daß die
Sammelleitungdrücke nicht gleichförmig sind, was dann die
vorgesehene oder gewollte Sequenz von Brennstoffeinspritzungen
durch die Einheitseinspritzer bzw. Injektoren beeinflußt.
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US-A-Re 33270 zeigt ein Brennstoffeinspritzsystem, das
folgendes aufweist: eine
Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe; eine erste Vielzahl von hydraulisch
betätigten Injektoren; eine erste
Hochdruckbetätigungsströmungsmittel-Sammelleitung, die in
Strömungsmittelverbindung mit der Pumpe und jedem der ersten Vielzahl von
Injektoren steht; und gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein solches System gekennzeichnet durch: eine zweite
Vielzahl von hydraulisch betätigten Injektoren; eine
zweite Hochdruckbetätigungsströmungsmittel-Sammelleitung,
die in Strömungsmittelverbindung mit der Pumpe und jedem
der zweiten Vielzahl von Injektoren verbunden ist; und
Mittel zum Steuern bzw. Kontrollieren der Helmholtz-
Resonanz der Druckwellen zwischen den Sammelleitungen.
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In der Zeichnung zeigt:
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Fig. 1 eine im allgemeinen schematische Ansicht eines
hydraulisch betätigten, elektronisch gesteuerten
Einheitseinspritzbrennstoffsystems der
vorliegenden Erfindung, das sowohl einen
Betätigungsströmungsmittelkreis als auch einen
Brennstoffeinspritzkreis aufweist, für einen internen
Verbrennungsmotor mit einer Vielzahl von
Einheitsinjektoren;
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Fig. 2 eine detaillierte schematische Ansicht der
hydraulischen Betätigungsströmungsmittel- und
Dämpfungsströmungsmittelversorgungsmitteln, die im
allgemeinen in Fig. 1 gezeigt sind; und
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Fig. 3 eine detaillierte schematische Ansicht der
Brennstoffversorgungsmittel, die im allgemeinen in Fig.
1 gezeigt sind;
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Fig. 4 eine Ansicht ähnlich zu einer vergrößerten
Teilansicht in Fig. 1, die aber ein alternatives
Ausführungsbeispiel zeigt;
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Fig. 5 eine Ansicht ähnlich zu einer vergrößerten
Teilansicht in Fig. 4, die aber ein anderes
alternatives Ausführungsbeispiel zeigt;
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Fig. 6 eine Ansicht ähnlich zu einer vergrößerten
Teilansicht in Fig. 5, die aber ein anderes
alternatives Ausführungsbeispiel zeigt.
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Gemäß den Fig. 1-3, in denen dieselben Bezugszeichen
dieselben Elemente oder Merkmale durch alle Fig. 1-3 zeigen,
ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hydraulisch
betätigten, elektronisch gesteuerten,
Einheitseinspritzbrennstoffsystems 10 gezeigt, das nachfolgend als ein
HEUT-Brennstoffinjektionssystems bezeichnet wird. Das
beispielshafte HEUI-Brennstoffeinspritzsystem 10 ist in
den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, wie es geeignet ist, für
einen Dieselzyklus-Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor
12. Während ein V8-Motor in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt
und hier beschrieben ist, sei bemerkt, daß die Erfindung
auch auf andere Arten von Motoren, wie zum Beispiel
Reihenmotoren sowie Rotationsmotoren anwendbar ist und
daß der Motor weniger oder mehr als acht Zylinder oder
Verbrennungskammern enthalten kann.
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Gemäß Fig. 1 weist das HEUI-Brennstoffeinspritzsystem 10
folgendes auf: einen oder mehrere hydraulisch betätigte
elektronisch gesteuerte Einheitsinjektoren 18, die in der
Lage sind, in einer jeweiligen Einheitseinspritzbohrung
16 positioniert zu werden, Mittel oder Einrichtung 20 zum
Liefern von hydraulisch betätigendem Strömungsmittel und
Dämpfungsströmungsmittel an jeden Einheitsinjektor 18,
Mittel oder Einrichtung 22 zum Liefern von Brennstoff an
jeden Einheitsinjektor 18 und Mittel oder Einrichtung 24
zum elektronischen Steuern des HEUI-Brennstoffsystems 10.
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Insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 2, aber auch auf
Fig. 1 weisen die hydraulischen
Betätigungsströmungsmittel- und Dämpfungsströmungsmittel-Versorgungsmittel 20
einen Hauptbetätigungsströmungsmittelkreis auf, der
vorzugsweise einen Betätigungsströmungsmittelsumpf 316,
einen Aufnahmefilter 318 des Schirmtyps, ein
Einwegeströmungsrückschlagventil 320, eine
Betätigungsströmungsmitteltransferpumpe 322, einen
Betätigungsströmungsmittelkühler 324, einen oder mehrere
Betätigungsströmungsmittelfilter 326, Mittel oder Einrichtung 328 zum Umleiten
von Betätigungsströmungsmittel bezüglich der
Strömungsmittelfilter 26, ein Zünd- oder Motorstartreservoir oder
Behälter 330, eine einen relativ hohen Druck erzeugende
Betätigungsströmungsmittelpumpe 332, erste und zweite
Hochdruckbetätigungsströmungsmittel-Sammelleitungen 334,
336,
Mittel oder Einrichtung 338 zum Steuern oder
Kontrollieren der Erzeugung einer Helmholtz-Resonanz von
Druckwellen zwischen den Sammelleitungen 334, 336 und
zwischen der Pumpe 332 und jeder Sammelleitung 334, 336
und Mittel oder Einrichtung 340 aufweisen zum Steuern des
Druck- niveaus in den Sammelleitungen 334 und 336.
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Vorzugsweise ist das Strömungsmittel, das für das
Betätigungsströmungsmittel ausgewählt wird, nicht Brennstoff,
sondern ein flüssiges Strömungsmittel mit einer relativ
höheren Viskosität als Brennstoff unter denselben
Bedingungen. Zum Beispiel kann das
Betätigungsströmungsmittel Motorschmieröl sein. Bei diesem Beispiel ist der
Betätigungsströmungsmittelsumpf 316 der
Motorschmierölsumpf.
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Das Rückschlagventil 320 ist vorgesehen als ein Anti-
Siphonventil, um zu helfen, das
Betätigungsströmungsmittel in dem Kreis zu halten. Nach dem Ausschalten des
Motors bleibt der Kreis mit ausreichendem
Betätigungsströmungsmittel geladen, um ein schnelles Starten des
Motors 12 zu erleichtern.
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Die Transferpumpe 322 besitzt einen herkömmlichen Aufbau.
Zum Beispiel kann die Transferpumpe 322 eine
Zahnradmotorpumpe sein, die einen relativ geringen Druck erzeugt
(zum Beispiel ungefähr 413 kpa oder 60 psi).
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Die Filter 326 sind vorzugsweise von der ersetzbaren
Elementbauart. Die Filterbypaß- oder Umlenkmittel 328
umfassen eine Bypaß- oder Umlenkleitung 342, die
stromaufwärts und stromabwärts bezüglich der
Strömungsmittelfilter 326 verbunden ist. Die Filterbypaßmittel 328
umfassen ferner ein Filterbypaßventil 344, das in der
Bypaßleitung 342 positioniert ist und eine
Rückführleitung 346, die zwischen der Bypaßleitung 342 und dem Sumpf
316 verbunden ist. Die Filterbypaßmittel 328 umfassen
ferner einen Betätigungsströmungsmitteldruckregulierer
348, der in der Rückführleitung 346 positioniert ist.
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Während des Motorbetriebs kann, wenn die
Strömungsmittelfilter 326 mit Schmutz verstopft werden, der Druck
stromabwärts bezüglich der Strömungsmittelfilter 326 anfangen
abzufallen. Wenn dieser Druck unter ein vorgewähltes
Niveau fällt (zum Beispiel ungefähr 138 kpa oder 20 psi)
wird das Filterbypaßventil 344 betätigt, was dem
Betätigungsströmungsmittel erlaubt, die Strömungsmittelfilter
326 zu umgehen und weiter zu dem Start- oder
Aufladereservoir 330 zu strömen. Der Druckregulierer bzw.
Regulator 348 ist vorgesehen, als ein Mittel zum verhindern,
das Betätigungsströmungsmittel, das stromaufwärts von der
Pumpe 332 ist, einen ausgewählten Druck (zum Beispiel
ungefähr 345 kpa oder 50 psi) übersteigt. Wenn der
ausgewählte Druck überstiegen wird, wird das übermäßige oder
überschüssige Betätigungsströmungsmittel zu dem Sumpf 316
zurückgeführt.
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Stromabwärts bezüglich der Strömungsmittelfilter 326 wird
das Betätigungsströmungsmittel in erste und zweite
Zweigdurchlässe 350, 352 aufgeteilt, wenn Motorschmieröl als
das Betätigungsströmungsmittel ausgewählt wird. Das
meiste des Schmieröls strömt (zum Beispiel ungefähr 57 l/min
oder 15 Gallonen pro Minute) in den ersten Zweigdurchlaß
350, der das Motorschmiersystem versorgt (nicht gezeigt).
Der Rest des Schmieröls, (zum Beispiel ungefähr 15 l/min
oder 4 Gallonen pro Minute), was ungefähr 25-33 % der
Gesamtströmung entspricht, strömt in den zweiten
Zweigdurchlaß 352, der mit dem Startreservoir 330 des
Hauptbetätigungsströmungsmittelkreises in Verbindung steht.
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Das Startreservoir 330 ist vorgesehen als ein Mittel zum
Starten bzw. Aufladen um dadurch das schnelle
Unterdrucksetzen der Hochdruckpumpe 332 während des Motorstartens
zu erleichtern. Das Start- oder Aufladereservoir 330 ist
stromaufwärts bezüglich der Pumpenkammer(n) der
Hochdruckpumpe 332 positioniert und ist in engerer
Strömungsmittelverbindungsnähe zu der Pumpe 332 als zu dem
separaten Sumpf 316 angeordnet. Zum Beispiel kann das
Startreservoir 330 integral mit der Frontabdeckung (nicht
gezeigt) des Motors 12 ausgebildet sein. Alternativ kann
das Startreservoir 330 integral mit der Hochdruckpumpe
332 ausgebildet sein. An oder in der Nähe der höchsten
Erhebung des Strömungsmittelniveaus des Startresevoirs
330 ist eine Rückführleitung 354 vorgesehen mit einer
ausgewählten Strömungseinschränkung oder Drossel 356
darinnen. Vorzugsweise ist die Strömungsdrossel 356 eine
Zumeßöffnung mit einer festen Strömungsfläche. Die
Rückführleitung 354 und die Strömungsdrossel 356 sind
vorgesehen, um Luft aus dem Startreservoir 330
herauszulassen und die Luft zurück zu dem Sumpf 316 zu lenken, wo
sie zur Atmosphäre abgegeben werden kann.
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Stromaufwärts bezüglich des Kühlers 324 ist eine
Kühler/Filterbypaßleitung 358 vorgesehen, die den Kühler 324
und die Strömungsmittelfilter 326 vollsätndig umgeht und
direkt mit dem Startreservoir 330 in Verbindung steht.
Die Kühler/Filterbypaßleitung 358 ist vorgesehen als ein
Mittel oder eine Einrichtung zum automatischen Auffüllen
oder Nachfüllen eines Betätigungsströmungsmittels, das in
dem Startreservoir 330 während kalter
Motorbetriebsbedingungen fehlt, wenn die Viskosität des
Betriebsströmungsmittels relativ höher ist. Die Kühler/Filterbypaßleitung
358 besitzt ein Einwegeströmungsrückschlagventil 360
darinnen angeordnet.
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Während des Betriebs der hydraulischen
Betätigungsströmungsmittel- und
Dämpfungsströmungsmittelversorgungsmittel 20 bei kalten Temperaturen öffnet das
Rückschlagventil 360 die Strömungsmittelströmung durch die
Kühler/Filterbypaßleitung 358 und zu dem Startreservoir 330,
wenn der Strömungmitteldruck in dem Startreservoir 330 um
eine ausgewählte Größe kleiner ist als der
Strömungsmitteldruck in dem Auslaß der Transferpumpe 322. Diese
Druckdifferenz bewirkt, daß sich das Rückschlagventil 360
mit einem entsprechenden Maß öffnet und einen Teil oder
das gesamte Betätigungsströmungsmittel direkt zu dem
Startreservoir 330 leitet, ohne gefiltert zu werden. Die
Strömung durch die Kühler/Filterbypaßleitung 358 wird
aktiviert, wann immer der zweite Durchlaß 352, der zu dem
Startresevoir 330 führt, nicht in der Lage ist, das
Startreservoir 330 vollständig zu füllen. Wenn der Druck
in dem Startresevoir 330 ein ausgewähltes Niveau
bezüglich zu dem Auslaß der Transferpumpe 322 erreicht, wird
das Rückschlagventil 360 geschlossen und die Stömung von
vollständig gefiltertem Betätigungsströmungsmittel zu dem
Startreservoir 330 wird wieder aufgenommen.
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An oder in der Nähe des Bodens (tiefste Höhe) des
Startreservoirs 330 ist ein Pumpenversorgungdurchlaß 362
vorgesehen, der mit einem Einlaß der Hochdruckpumpe 332
verbunden ist. Vorzugsweise ist das höchste Niveau oder die
höchste Erhöhung des Betätigungsströmungsmittels in dem
Startreservoir 330 höher als das höchste Niveau eines
Betätigungsströmungsmittels in der bzw. den Pumpenkammer(n)
der Hochdruckpumpe 332, um sicherzustellen, daß die
Hochdruckpumpe 332 vollständig mit Betätigungsströmungsmittel
geladen bleibt. Um die Kosten zu minimieren, ist die
Hochdruckpumpe 332 vorzugsweise eine eine feste
Verdrängung aufweisende Axialkolbenpumpe, die mechanisch durch
den Motor 12 angetrieben wird. Die Hochdruckpumpe 332
arbeitet in Verbindung mit einem variablen
Hauptdruckregulator, der nachfolgend beschrieben wird. Alternativ
kann die Hochdruckpumpe 332 eine eine variable
Verdrängung aufweisende Axialkolbenpumpe sein, ohne den
variablen Hauptdruckregulator. Bei einem
HEUI-Brennstoffeinspritzsystem 10 für einen V-Motor 12 ist die
Hochdruckpumpe 332 vorzugsweise vorne an dem Motor 12 an oder in
der Nähe des Scheitelpunktes des V's angeordnet, das
durch das Paar von Zylinderköpfen 14 gebildet wird. Der
Auslaß der Hochdruckpumpe 332 steht mit ersten und
zweiten Sammelleitungsversorgungsdurchlässen 364, 366 in
Verbindung. Jeder der ersten und zweiten
Sammelleitungsversorgungsdurchlässe 364, 366 steht mit einer jeweiligen
Sammelleitung 334, 336 in Verbindung.
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Vorzugsweise umfassen die Sammelleitungsdrucksteuermittel
340 einen elektronisch gesteuerten Hauptdruckregulator
368. Der Hauptdruckregulator 368 ist zwischen dem Auslaß
der Hochdruckpumpe 332 und einer Rückführleitung 370
verbunden, die mit dem Sumpf 316 verbunden ist. Der
Hauptdruckregulator 368 ist als ein Mittel oder eine
Einrichtung vorgesehen zum Variieren des Drucks in den
Sammelleitungen 334, 336 zwischen ausgewählten Grenzen (zum
Beispiel ungefähr 2067 bis 20 670 kPa oder 300 bis 3000
psi). Durch Variieren des
Betätigungsströmungsmitteldrucks in den Sammelleitungen 334, 336 wird demgemäß der
Injektionsdruck des Brennstoffs, der durch die
Einheitsinjektoren 18 geliefert wird, variiert. Die
Sammelleitungsdrucksteuermittel 340 umfassen fernen ein
Druckentlastungsventil 372, das den Hauptdruckregulator 368
unterstützt und die Sammelleitungen 334, 336 davor
schützt, daß sie einen ausgewählten Druck (zum Beispiel
ungefähr 27560 kpa oder 4000 psi) übersteigen.
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Wenn sie aktiviert sind, leiten der Hauptdruckregulator
368 und/oder das Druckentlastungsventil 372 übermäßiges
Betätigungsströmungsmittel durch die Rückführleitung 370,
die mit dem Sumpf 316 in Verbindung steht. Eine
Strömungsmittelleckage in der Hochdruckpumpe 332 wird durch
einen Gehäuseauslaßdurchlaß 374 geleitet, der mit der
Rückführleitung 370 verbunden ist, die mit dem Sumpf 316
verbunden ist. Ein Betätigungsströmungsmitteldrucksensor
376 ist an mindestens einer der Sammelleitungen 334, 336
vorgesehen und sendet ein Signal S&sub6; zurück zu den
elektronischen Steuermitteln 24.
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Die Helmholtz-Resonator- oder Resonanzsteuermittel 338
umfassen ein Einwegeströmungsrückschlagventil 378, 380,
das in jedem der ersten und zweiten
Sammelleitungsversorgungsdurchlässen 364, 366 positioniert ist, die die
Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 332 mit jeder
der Sammelleitungen 334, 336 verbinden. Die Helmholtz-
Resonanzsteuermittel 338 umfassen ferner eine
Bypaßleitung 382, 384 mit einer ausgewählten Strömungsdrossel
386, 388 darinnen, die parallel zu jedem Rückschlagventil
378, 380 verbunden ist. Alternativ kann, wie beispielhaft
durch die Fig. 4 und 6 dargestellt ist, die ausgewählte
Strömungseinschränkung bzw.Drossel 386, 388 integral mit
dem Rückschlagventil 378, 380 ausgebildet sein, um ein
mit einer Zumeßöffnung versehenes Rückschlagventil 389,
391 zu bilden. Vorzugsweise ist jede Strömungsdrossel
386, 388 eine Zumeßöffnung mit fester Strömungsfläche,
aber alternativ könnte eine Zumeßöffnung mit variabler
Strömungsfläche verwendet werden, wie beispielsweise
durch die Fig. 5 und 6 gezeigt ist.
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Die Helmholtz-Resonanzsteuermittel 338 sind vorgesehen,
um steuerbar die Erzeugung einer Helmholtz-Resonanz der
Druckwellen zu minimieren oder zu verhindern, die auf
natürliche Weise zwischen den zwei miteinander
verbundenen Hochdrucksammelleitungen 334, 336 und auch der
Pumpe 332 und jeder Sammelleitung 334, 336 auftreten
würde. Das Steuern oder Kontrollieren der
Helmholtz-Resonanz hilft einen gleichförmigen Druck über die Zeit in
jeder Leitung 334, 336 bei einer konstanten
Druckeinstellung des Hauptdruckregulators 368 beizubehalten. Die
Rückschlagventile 378, 380 isolieren die
Strömungsmittelverbindung von einer Sammelleitung zu der anderen. Die
Bypaßleitung 382, 384 und die Strömungseinschränkungen
oder Drosseln 386, 388 minimieren die
Strömungsmittelverbindung von einer Sammelleitung 334, 336 zu der anderen,
was Strömungsmittelenergie dissipiert bzw. ableitet, die
freigegeben wird, wenn ihr jeweiliges Rückschlagventil
378, 380 geschlsosen wird. Die Bypaßleitungen 382, 384
und die Strömungsdrosseln 386, 388 führen auch drei
andere Funktionen durch. Zuerst dienen sie als Mittel
oder Einrichtung zum Herunterbluten bzw. Absenken des
Drucks in jeder Sammelleitung 334, 336 während des
Motorbetriebs, nachdem das elektronische Steuermodul 454 dem
Hauptdruckregulator 368 signalisiert, den Druck in den
Sammelleitungen 334, 336 zu senken. Sie dienen auch als
Mittel oder Einrichtung zum Herunterbluten des hohen
Drucks in den Sammelleitungen nach dem Abschalten des
Motors, so daß die Einheitsinjektoren 18 abgenommen bzw.
entfernt werden können zur Wartung ohne
Betätigungsströmungsmittel von dem Motor 12 zu verschütten. Wenn darüber
hinaus das Betätigungsströmungsmittel nicht aus den
Sammelleitungen 334, 336 herausgeleitet bzw.
heruntergeblutet ist, nach dem Abschalten des Motors und beim
Wiederstarten des Motors 12 würden die Injektoren 18 dazu
neigen, schwarzen Rauch oder andere ungewünschte Emissionen
zu erzeugen und würde auch ein recht hörbares
Klopfgeräusch verursachen. Als zweites dienen sie als Mittel
oder Einrichtung zum Ausgleichen des Drucks des
Betätigungsströmungsmittels, das zu beiden der ersten und
zweiten Sammelleitungen 334, 336 während des Betriebs des
Brennstoffeinspritzsystems 10 geleitet wird. Als drittes
bilden sie einen Teil der hydraulischen Füll- oder
Ausgleichsschaltung, die nachfolgend beschrieben wird. Die
Strömungsfläche jeder Strömungsdrossel 386, 388 und die
Masse und Verdrängung der Rückschlagventile 378, 380 wird
gemäß dem Systemdruck, den Strömungsanforderungen, der
Betriebsfrequenz, und der hydraulischen Konfiguration des
HEUI-Brennstoffeinspritzsystems 10 ausgewählt.
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Die Betätigungsströmungsmittelschaltung umfaßt auch
Mittel oder eine Einrichtung 390 zum automatischen
Ausgleichen oder Nachfüllen des Mangels in jeder Sammelleitung
334, 336, der nach dem Motorabschalten auftritt, infolge
des Abkühlens und Zusammenziehens des
Betätigungsströmungsmittels und/oder des Austritts oder Abscheidens von
eingeschlossener Luft aus dem Betätigungsströmungsmittel.
Ohne den kompensierenden Effekt der Füllmittel 390 würde
das verlorene Volumen an Betätigungsströmungsmittel in
jeder Sammelleitung 334, 336 das Motorstarten verzögern,
bis die Hochdruckpumpe 332 in der Lage ist, das
Verlustvolumen in den Sammelleitungen 334, 336 nachzufüllen. Die
Füllmittel 390 umfassen vorzugsweise einen
Betätigungsströmungsmittel-Siphondurchlaß 392. Der Siphondurchlaß
392 umgeht den Einlaß der Hochdruckpumpe 332 und ist
direkt zwischen dem Startreservoir 330 und den
Sammelleitungen 334, 336 verbunden. Der Siphondurchlaß besitzt
ein Einwegeströmungsrückschlagventil 394 darinnen, das
eine Strömung von dem Startreservoir 330 zu den
Sammelleitungen 334, 336 erlaubt. Die Füllmittel 390 umfassen
auch die Bypaßleitungen 382, 384 und die
Strömungseinschränkungen bzw. Drosseln 386, 388, die
Betätigungsströmungsmittel zu einer jeweiligen Sammelleitung 334,
336 liefern.
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Vorzugsweise ist eine
Betätigungsströmungsmittel-Sammelleitung 334, 336 vorgesehen für und assoziiert mit jedem
Zylinderkopf mit einer Reihe oder Anordnung von
Einheitsinjektoren 18. Zum Beispiel sind bei einem Motor der V-
Bauart zwei Betätigungsströmungsmittel-Sammmelleitungen
334, 336 vorgesehen. Jede
Betätigungsströmungsmittel-Sammelleitung 334, 336 kann integral mit einer
Luftansaugsammelleitung 396 ausgebildet sein und diese kombinierte
Einheit wird mittels Bolzen oder Schrauben oder auf eine
andere Weise mit dem jeweiligen Zylinderkopf verbunden.
Alternativ kann jede
Betätigungsströmungsmittel-Sammelleitung 334, 336 ein separates Bauteil sein, das mit dem
jeweiligen Zylinderkopf verbunden ist. Alternativ könnte
jedes Betätigungsströmungsmittel-Sammelleitung 334, 336
integral mit dem jeweiligen Zylinderkopf ausgebildet
sein. Ein Vorteil des Integrierens der
Betätigungsströmungsmittel-Sammelleitungen
334, 336 als interne
Durchlässe des Motors ist die Beseitigung der externen
Hochdruckbetätigungsströmungsmittelleitungen, die zu den
Kosten hinzufügen würden, und den Zusammenbau
komplizierter machen würden, und die Verläßlichkeit des HEUI-
Brennstoffinjektionssystems 10 bezüglich des Motors
verschlechtern würde. Ein weiterer Vorteil ist das
sauberere oder relativ ordentliche und ästhetische
Erscheinen des Motors, was den Zugriff zur Wartung und Reparatur
erleichtert. Das ordentlichere Erscheinen des Motors
macht es auch leichter, ihn für unterschiedliche
Anwendungen anzupassen oder zu installieren.
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Jede Betätigungsströmungsmittel-Sammelleitung 334, 336
besitzt einen gemeinsamen Hauptdurchlaß 398, 400 und eine
Vielzahl von Hauptzweigdurchlässen 402, die mit dem
gemeinsamen Hauptdurchlaß 398, 400 in Verbindung stehen.
Die Anzahl der Hauptzweigdurchlässe entspricht der Anzahl
von Einheitsinjektoren 18, die in jedem Zylinderkopf
positioniert sind. Jeder gemeinsame Hauptdurchlaß 398, 400
erstreckt sich über den jeweiligen Zylinderkopf, und zwar
in einer beabstandeten und parallelen Beziehung zu der
gesamten Reihe oder Anordnung von Einheitsinjektoren 18,
die in jedem Zylinderkopf positioniert ist.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3, aber auch auf Fig. 1, weisen
die Brennstoffversorgungsmittel 22 einen
Brennstoffeinspritzkreis 404 auf, der folgendes aufweist: einen
Brennstofftank 406, eine Brennstoffversorgungsleitung 408,
eine Brennstofftransfer- und Start- oder Ladungspumpe
410, Mittel oder Einrichtung 412 zum Konditionieren oder
Aufbereiten des Brennstoffs, eine Brennstoffsammelleitung
414, 416 vorgesehen für und assoziiert mit jedem
Zylinderkopf und eine oder mehr Brennstoffrückführleitungen
418, 420.
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Vorzugsweise umfassen die Brennstoffkonditioniermittel
412 einen Brennstofferwärmer 422, einen Brennstoffilter
424 und einen Brennstoff/Wassertrenner 426. Brennstoff
wird durch die Brennstofftransferpumpe 410 von dem Tank
406 angezogen und strömt durch die
Brennstoffkonditioniermittel 412, wo sie auf eine vorgewählte Temperatur
erwärmt wird, gefiltert wird und von Wasser getrennt
wird. Brennstoffkonditioniermittel 412 besitzen einen
Brennstoffauslaßdurchlaß 428, der mit einem T-Element
verbunden ist. Das T-Element 420 teilt die
Brennstoffströmung in zwei Teile auf und verbindet sie mit einem
Paar von Brennstoffsammelleitungsversorgungsdurchlässen
432, 434. Jeder
Brennstoffsammmelleitungsversorgungsdurchlaß 432, 434 steht mit einer jeweiligen
Brennstoffsammelleitung 414, 416 in Verbindung, die in jedem der
Zylinderköpfe definiert ist.
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Die Brennstoffkonditioniermittel 412 umfassen ferner ein
weiteres T-Element 436, das stromaufwärts bezüglich des
T-Elements 430 positioniert ist, und zwar an einer
Stelle, die vorzugsweise an oder in der Nähe des höchsten
Punkts oder der höchsten Erhöhung in dem
Brennstoffströmungskreis ist. Ein Zweig des anderen T-Elements 436 ist
mit einem Entlüftungs-Rückführdurchlaß 438 verbunden, der
eingeschlossene Luft zu dem Brennstofftank 406
zurückführt. Der Entlüftungs-Rückführdurchlaß 438 kann eine
ausgewählte Strömungseinschränkung- oder Drossel 482
aufweisen, um die Brennstoffströmungsmenge durch den
Entlüftungsrückführdurchlaß 438 zu minimieren. Wie in Fig. 3,
aber nicht in Fig. 1 gezeigt ist, können die
Brennstoffrückführleitungen in einer gemeinsamen Rückführleitung
444 zusammenlaufen, die mit dem Brennstofftank 406
verbunden ist. Eine ausgewählte Strömungseinschränkung oder
Drossel 448 vorzugsweise in der Form einer Zumeßöffnung
mit fester Strömungsfläche ist in der Nähe des Auslasses
jeder Brennstoffsammelleitung 414, 416 positioniert, um
zu helfen, daß der Druck in der Brennstoffsammelleitung
auf einem ausgewählten Druck (zum Beispiel ungefähr 276
bis 413 kpa oder 40 bis 60 psi) während des Motorbetriebs
gehalten wird. Darüber hinaus kann ein Druckregulator
450, der auch als ein Anti-Siphonventil dienen kann, in
der Rückführleitung 444 positioniert sein, als Ersatz für
oder als Zusatz zu der individuellen
Strömungseinschränkung oder Drossel 448. Die Brennstoffkonditioniermittel
412 können auch eine Warnungseinrichtung 452 aufweisen,
und zwar in der Form eines Lichtes und/oder Alarms, der
für einen Motorbediener sichtbar ist, und anzeigt, wann
der Brennstoffilter 424 eine Wartung benötigt.
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Gemäß Fig. 1 umfassen die elektronsichen Steuermittel 24
ein programmierbares elektronisches Steuermodul 454 und
Mittel oder eine Einrichtung zum Detektieren mindestens
eines Parameters und erzeugen eines einen Parameter
anzeigenden Signals (S1-5,7-8), das nachfolgend als
Eingangsdatensignal bezeichnet wird, das eine Anzeige des
detektierten Parameters ist. Die Detektier- und
Erzeugungsmittel umfassen vorzugsweise einen oder mehrere
herkömmliche Sensoren oder Wandler, die periodisch einen
oder mehrere Parameter, wie zum Beispiel Motor und/oder
Getriebebetriebsbedingungen detektieren und entsprechende
Eingangsdatensignale erzeugen, die zum dem elektronischen
Steuermodul 454 geschickt werden. Vorzugsweise umfassen
solche Eingangsdatensignale die Motordrehzahl S&sub1;, die
Motorkurbelwellenposition S&sub2;, die
Motorkühlmitteltemperatur S&sub3;, den Motorabgasstaudruck S&sub4;, den
Luftansaugsammelleitungsdruck S&sub5; und die Drosselposition oder Soll-
Brennstoffeinstellung S&sub7;. Wenn darüber hinaus der Motor
12 mit einem automatischen Getriebe gekoppelt ist, können
die Eingangsdatensignale auch ein
Getriebebetriebsbedingungsanzeigesignal S&sub8; aufweisen, das zum Beispiel die
Gangeinstellung des Getriebes anzeigt.
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Das elektronische Steuermodul 454 ist mit
unterschiedlichen multi-dimensionalen Steuerstrategie- oder
Logikkarten programmmiert, die die Eingangsdaten in Betracht
ziehen und ein Paar von Soll- oder optimalen
Ausgangssteuersignalen S&sub9;, S&sub1;&sub0;
berechnen. Ein
Ausgangssteuersignal S&sub9; ist das
Betätigungsströmungsmittelsammelleitungsdruckbefehlssignal. Dieses Signal wird an den
Hauptdruckregulator 368 gerichtet, um den Ausgangsdruck der
Pumpe 332 einzustellen, was wiederum den Druck des
Betätigungsströmungsmittels in den Sammelleitungen 334, 336
auf eine Soll-Größe einstellt. Eine Einstellung des
Betätigungsströmungsmitteldrucks besitzt den Effekt des
direkten Einstellens des Brennstoffinjektionsdrucks, und
zwar unabhängig von der Motordrehzahl. Somit kann das
Ausgangssteuersignal S&sub9; auch als das
Brennstoffinjektionsdruckbefehlssignal angesehen werden.
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Eine genaue Steuerung des
Betätigungsströmungsmitteldrucks hilft eine genaue Steuerung des
Brennstoffinjektionstimings bzw. der Zeitsteuerung und -menge
sicherzustellen. Um den Betätigungsströmungsmitteldruck genau zu
steuern, ist eine Rückkopplungsschaltung mit
geschlossener Schleife bzw. ein geschlossener Regelkreis vorgesehen.
Ein Sensor ist vorgesehen zum Detektieren des Drucks des
hydraulischen Betätigungsströmungsmittels, das an die
Einheitsinjektoren 18 geliefert wird und zum Erzeugen
eines Druckanzeigesignals S&sub6;, das den detektierten Druck
anzeigt. Der Sensor ist vorzugsweise in mindestens einer
der Sammelleitungen 334, 336 positioniert und tastet
periodisch den Ist-Druck ab. Vorzugsweise ist die
Abtastfrequenz so ausgewählt, um einen Mittel- oder
Durchschnittsdruck zu detektieren, der auf unsignifikante
Spitzen-oder Übergangseffekte nicht zu sehr anspricht.
Der Sensor erzeugt ein entsprechendes Eingangsdatensignal
S&sub6;, das an das elektronische Stuermodul 454 geschickt
wird. Das elektronische Steuermodul 454 vergleicht den
Ist-Betätigungsströmungsmitteldruck mit der Soll- oder
optimalen Einstellung und macht eine notwendige Korrektur
des Ausgangssteuersignals S&sub9;.
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Das andere Ausgangssteuersignal S&sub1;&sub0; ist das
Brennstofflieferbefehlssignal, das an die elektronische
Betätigeranordnung 36 eines ausgewählten Einheitsinjektors 18
geht. Das Brennstofflieferbefehlssignals S&sub1;&sub0; bestimmt
die Zeit zum Starten der Brennstoffinjektion und die
injizierte Brennstoffmenge während jeder Tnjektionsphase.
Vorzugsweise wird das Brennstofflieferbefehlssignal, das
durch das elektronische Steuermodul 454 erzeugt wird, zu
einer elektronischen Treibereinheit (nicht gezeigt)
geleitet. Die elektronische Treibereinheit erzeugt eine
ausgewählte Wellenform, die zu der Betätigeranordnung 36
des Einheitsinjektors 18 geleitet wird.
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Vorzugsweise treibt das elektronische Steuermodul 454
direkt den Hauptdruckregulator 368 ohne die Notwendigkeit
für eine dazwischenliegende elektronische Treibereinheit.
Industrielle Anwendbarkeit
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Das HEUI-Brennstoffinjektionssystem 10 verwendet ein
Betätigungs- und Dämpfungsströmungsmittel, das von dem
Brennstoff, der für die Injektion in dem Motor verwendet
wird, getrennt ist. Die Vorteile der Verwendung von
Motorschmieröl anstelle des Brennstoffs als Quelle für das
Betätigungsströmungsmittel und das
Dämpfungsströmungsmittel sind die folgenden. Motorschmiermittel besitzt
eine höhere Viskosität als Brennstoff und daher benötigt
die Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 332 und die
Körperanordnung des Einheitsinjektors 18 nicht den Grad
an Präzisionsfreiräume oder zusätzliche Pumpkapazität,
die notwendig wäre, um den Brennstoff ohne übermäßige
Leckage zu pumpen, insbesondere beim Starten eines
Motors, wenn der Brennstoff noch relativ heiß ist. Das
Motorschmieröl sieht eine bessere Schmierung vor, als zum
Beispiel Dieselbrennstoff. Das Motorschmieröl ist auch in
der Lage, die Ölablaufpfade zu dem Sumpf 316 zu
verwenden, die normalerweise bei herkömmlichen Motoren
bestehen,
wohingegen Brennstoff, der als Betätigungs- und
Dämpfungsströmungmittel verwendet wird, zusätzliche
Durchlässe oder externe Leitungen benötigen würde zum
Ableiten des Brennstoffs zurück zu dem Brennstofftank.
Solche Ölableitpfade sowie der relativ große Luftraum
innerhalb der Zylinderkopfabdeckung sehen für die
Strömung keine Einschränkung vor. Somit wird am Ende der
Injektion die Druckspitze, die auf natürliche Weise
auftritt, schnell ausgebreitet, anstatt zu der
Elektromagnetanordnung 36 zurückreflektiert zu werden, wo sie
die relativ feinen oder zerbrechlichen Bauteile
beschädigen könnte. Das Auslassen oder Ableiten des
Hochdruckbetätigungsströmungsmittels in Ablaufpfaden, die separat
von den Brennstoffversorgungspfaden sind, hilft eine
Veränderung in der Brennstoffversorgung und dem
Injektionstiming zwischen unterschiedlichen Einheitsinjektoren
18 zu verhindern.
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Das Folgende ist eine Zusammenfassung der Hauptvorteile
des HEUI-Brennstoffinjektionssystems 10 gegenüber einem
mechanisch betätigten Brennstoffinjektionssystem. Zuerst
elimniert das HEUI-Brennstoffinjektionsystems 10
unterschiedliche herkömmliche mechanische Bauteile, wie zum
Beispiel den Nocken- und Kipphebelmechanismus, der
verwendet wird, um den Brennstoffpumpkolben oder -plunger zu
betätigen. Eine solche Eliminierung von Bauteilen hiflt
die Kosten zu reduzieren und verbessert die
Verläßlichkeit und die Packung bzw. das Packvolumen des Motors.
Durch die obigen Vorteile ist das
HEUI-Brennstoffinjektionssystem auch zur Nachrüstung bei existierenden
herkömmlichen Motoren attraktiv, die noch keine elektronisch
gesteuerten Brennstoffeinspritzsysteme besitzen. Als
zweites kann der Brennstoffinjektionsdruck des HEUI-
Brennstoffinjektionssystems 10 ausgewählt oder sogar auf
optimale Werte verändert werden, und zwar unabhängig von
der Drehzahl des Motors. Zum Beispiel kann während des
Startens des Motors die Größe des Injektionsdrucks auf
einen ausgewählten Wert erhöht werden, um die
Startfähigkeit des Motors zu verbessern. Bei einer geringen
Motorbelastung und bei geringen Motordrehzahlbedingungen
kann die Größe des Injektionsdrucks auf einen
ausgewählten Wert abgesenkt werden, um die Zerstäubung des
eingespritzten Brennstoffes zu reduzieren, so daß der
Brennstoff langsamer verbrennt und einen leiseren Betrieb des
Motors bewirkt. Bei einer hohen Motorbelastung und
geringen Motordrehzahlbedingungen kann die Größe des
Einspritzdrucks auf einen ausgewählten Wert angehoben
werden, um die Partikelmenge, die durch den Motor abgegeben
wird, zu reduzieren. Bei Teillastbedingungen kann die
Größe des Injektionsdrucks auf einen ausgewählten Wert
abgesenkt werden, um den Brennstoffverbrauch durch den
Motor zu verringern. Bei jedem der obigen Beispiele kann
die Impulsbreite des Brennstofflieferbefehlssignals S&sub1;&sub0;
auch variiert werden für optimale Motorleistung und/oder
minimale Emissionen. Die Rückkopplungsschaltung mit
geschlossenem Kreis hilft sicherzustellen, daß eine
gewünschte oder Soll-Druckeinstellung erreicht und so lange
wie zweckmäßig beibehalten wird.