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    • 专利摘要:
    Ingenieure haben gelernt, dass ein Brennstoffeinspritzsystem (12) mit einer Vielzahl von Möglichkeiten zur Erzeugung einer Vielzahl von Einspritzungsstrategien besser arbeiten kann und Emissionen bei allen Motorbetriebszuständen reduzieren kann als ein Brennstoffeinspritzsystem, welches bezüglich seiner Steuerung der Einspritzzeitsteuerung, der Anzahl der Einspritzungen, der Einspritzmenge und der Ratenformen eingeschränkt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Brennstoffeinspritzsystem (12) mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) auf, welche strömungsmittelmäßig mit mindestens einer ersten Verteilerleiste bzw. Common-Rail (16) und einer zweiten Common-Rail (17) zu verbinden ist, um die Möglichkeiten zur Veränderung von verfügbaren Einspritzstrategien zu verbessern. Durch strömungsmittelmäßige Verbindung der Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) mit der ersten Common-Rail (16) kann Brennstoff mit einem ersten Druck eingespritzt werden. Durch strömungsmittelmäßige Verbindung der Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) mit der zweiten Common-Rail (17) kann Brennstoff mit einem zweiten Druck eingespritzt werden, der unabhängig von dem ersten Druck ist.
    公开号:DE102004008349A1
    申请号:DE200410008349
    申请日:2004-02-20
    公开日:2004-09-09
    发明作者:Ronald D. Peoria Shinogle
    申请人:Caterpillar Inc；
    IPC主号:F02M45-04
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich allgemein auf Brennstoffeinspritzsysteme und insbesondere aufein Brennstoffeinspritzsystem und auf ein Verfahren zur Einspritzungvon Brennstoff unter Verwendung von zwei Common-Rails bzw. Verteilerleistenmit unterschiedlich gesteuerten Drücken.
    [0002] Ingenieure suchen dauernd nach Wegenzur Verringerung von unerwünschtenMotoremissionen. Eine Strategie ist es, Wege zur Verbesserung der Leistungvon Brennstoffeinspritzsystemen zu suchen. Mit den Jahren habendie Ingenieure gelernt, dass Motoremissionen eine beträchtlicheFunktion der Einspritzzeitsteuerung, der Anzahl der Einspritzungen,der Einspritzmengen und Ratenformen sein können. Es ist jedoch beobachtetworden, dass eine Einspritzungsstrategie bei einem Motorbetriebszustanddie Emissionen bei diesem speziellen Betriebszustand verringernkann, jedoch tatsächlicheine übermäßige Mengean unerwünschtenEmissionen bei einem anderen Betriebszustand erzeugen kann. Somitkann ein Brennstoffeinspritzsystem mit einer Vielzahl von Fähigkeitenzur Erzeugung von einer Vielzahl von Einspritzstrategien besserarbeiten und die Emissionen bei allen Motorbetriebsbedingungen reduzierenals ein Brennstoffeinspritzsystem, welches bezüglich seiner Steuerung derEinspritzzeitpunkte, der Anzahl der Einspritzungen, der Einspritzmengeund Ratenformen eingeschränktist. Weiterhin könnenVerbesserungen bei der Fähigkeitzur Variation von Einspritzraten, der Anzahl der Einspritzungen,Einspritzmengen und Ratenformen zu mehr Forschungen bezüglich verbesserterEinspritzstrategien bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen führen undauch zu deren Entdeckung führen.
    [0003] Ein offensichtlicher Versuch, einBrennstoffeinspritzsystem vorzusehen, wel ches schnell den Druckder Einspritzungen variieren kann, wird offenbart in "Heavy Duty DieselEngines – ThePotential of Rate Shaping for Optimizing Emissions and Fuel Consumption" (Schwerlast-Diesel-Motoren – Das Potenzialvon Einspritzratenform zur Optimierung von Emissionen und Brennstoffverbrauch),von Bernd Messers, Mahr, Manfred Durnholz, Wilhelm Polach und HermannGrieshaber, Robert Bosch GmbH, Stuttgart, Deutschland auf dem 21.International Engine Symposium, 4.-5. Mai 2000, Wien, Österreich. DieseSchrift lehrt einen Common-Rail-System und eine direkt gesteuerteBrennstoffeinspritzvorrichtung, die vergeblich die Fähigkeithat, Brennstoff mit mittlerem Druck direkt aus der Rail einzuspritzen,oder die Brennstoff-Common-Railzu verwenden, um intensiv Brennstoff innerhalb der Einspritzvorrichtungenunter Druck zu setzen, und zwar zur Einspritzung mit relativ hohenDrücken.Die Größe des hohenDruckes der druckverstärktenEinspritzung wird teilweise eine Funktion des Brennstoffdruckessein, der auf einen Druckverstärkerinnerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung wirkt.
    [0004] Währenddieses Brennstoffeinspritzsystem theoretisch die Fähigkeithaben kann, mehrere Einspritzungen zu erzeugen, jeweils mit unterschiedlichenDrückenund zeitlich eng beieinander liegend, hat das BrennstofteinspritzsystemNachteile. Beispielsweise haben der Brennstoff, der verwendet wird,um die druckverstärkteEinspritzung auszuführen,und der Brennstoff, der direkt aus der Common-Rail bzw. gemeinsamenDruckleitung eingespritzt wird, die gleiche Quelle, d. h. die Common-Rail.Somit haben sie beiden den Common-Rail-Druck. Bei Situationen, wonicht ausreichend Zeit ist, den Druck innerhalb der Common-Rail zwischenden Einspritzungen zu verändern,hängt derhohe Druck der druckverstärktenEinspritzung von der Einspritzung der Common-Rail-Einspritzung mitmittlerem Druck ab, oder umgekehrt. Beispielsweise ist der Druckeiner Haupteinspritzung, die druckverstärkt ist, durch den Druck einerVorsteuereinspritzung eingeschränkt,die direkt von der Common-Rail eingespritzt wird. Obwohl somit derDruck der Hochdruck-Einspritzung größer ist als der Druck der Einspritzungmit mittlerem Druck fehlt dem Brennstoffeinspritzsystem von Boschdie Fähigkeit, denDruck der Hochdruck-Einspritzung zu variieren, ohne den Druck derEinsprit zung mit mittlerem Druck zu variieren, ohne auch den Druckder Einspritzanlage mit mittleren Druck zu variieren.
    [0005] Die vorliegende Erfindung ist daraufgerichtet, die Fähigkeitenvon Brennstofteinspritzsystemen zu verbessern.
    [0006] Gemäß eines Aspektes der vorliegendenErfindung weist ein Brennstoffeinspritzsystem mindestens eine ersteCommon-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung und eine zweite Common-Railauf. Mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung ist strömungsmittelmässig mitder ersten Common-Rail und der zweiten Common-Rail zu verbinden.Die erste Common-Rail ist auf einem ersten Druck und die zweiteCommon-Rail ist auf einem zweiten Druck, der unabhängig vomersten Druck ist.
    [0007] Gemäß eines weiteren Aspektes dervorliegenden Erfindung weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtungeinen Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper auf, der mindestens einenNiederdruck-Auslass, einen Einlass mit mittlerem Druck, einen Hochdruck-Einlassund einen Düsenauslassdefiniert. Ein direkt wirkendes Nadelsteuerventil weist eine hydraulischeVerschlussflächeauf.
    [0008] Gemäß noch eines weiteren Aspektesder vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Einspritzung vonBrennstoff vorgesehen. Brennstoff wird mit einem ersten Druck zumindestteilweise eingespritzt, in dem man strömungsmittelmässig eineBrennstoffeinspritzvorrichtung mit einer ersten Common-Rail verbindet.Brennstoff wird mit einem zweiten Druck zumindest teilweise eingespritzt,in dem man die Brennstoffeinspritzvorrichtung strömungsmittelmäßig miteiner zweiten Common-Rail verbindet. Der zweiten Druck ist unabhängig vomersten Druck.
    [0009] Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    [0010] 1 isteine schematische Darstellung eines Brennstoffeinspritzsystems gemäß der vorliegendenErfindung;
    [0011] 2 isteine diagrammartige geschnittene Seitenansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegendenErfindung;
    [0012] 3 istdie Brennstoffeinspritzvorrichtung der 2, wie sie entlang einer anderen Schnittlinie zusehen ist.
    [0013] 4a-4e sindbeispielhafte Kurvendarstellungen, die die Brennstoffeinspritzungsrate,die Stösselbewegung,die Bewegung des Flusssteuerventils, die Bewegung des Nadelsteuerventilund einen sac-Druck jeweils gegenüber der Zeit für eine beispielhafteEinspritzungssequenz gemäß der vorliegendenErfindung veranschaulichen.
    [0014] Mit Bezug auf 1 weist ein Sechs-Zylinder-Diesel-Motorein Brennstoffeinspritzsystem 12 mit doppelter Common-Railauf. Das System 12 weist eine individuelle Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 für jedenMotorzylinder auf, weiter einen Kreislauf 38, der eine Öl-Common-Rail 16 aufweist,die strömungsmittelmässig miteinem Ölsumpf 20 verbunden ist,und einen Brennstoffkreislauf 39, der einen Brennstofftank 18 aufweist,der strömungsmittelmässig miteiner Brennstoff-Common-Rail 17 verbunden ist. Der Fachmannwird erkennen, dass es bei anderen Anwendungen zwei oder mehr getrennte Öl-Common-Railsund/oder Brennstoff-Common-Rails geben kann, wie beispielsweiseeine getrennte Brennstoff- und/oder Öl-Common-Rail für jede Seite eines "V-Motors". Obwohl die zweiCommon-Rails 16 und 17 so gezeigt sind, dass siezwei unterschiedliche Strömungsmittelaufweisend, sei bemerkt, dass beide, Common-Rails das gleiche Strömungsmittelaufweisend könnten,d. h. Brennstoff. Weiterhin sei bemerkt, dass wenn beide, Rails Brennstoffaufweisenden bzw. führen,beide, Common-Rails strömungsmittelmässig miteinanderzu verbinden sein könnten,solange jede gemeinsame Common-Rail Brennstoff zu dem Brennstoffeinspritzvorrichtun gen 14 miteinem Druck liefern könnte,der von der anderen Common-Rail unabhängig ist. Beispielsweise könnten dieCommon-Rails strömungsmittelmässig miteinanderund mit dem Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu verbinden sein,und zwar mit einem Druckregler, der zwischen den zwei, Commmon-Railspositioniert ist. Wenn zusätzlichbeide Common-Rails Brennstoff enthielten, zieht die vorliegendeErfindung in Betracht, das Brennstoff von beiden, Common-Rails direktin den Motorzylinder mit oder ohne einer Option einer Druckverstärkung eingespritztwird.
    [0015] Ein elektronisches Steuermodul 22 steuert denBetrieb des Brennstoffeinspritzsystems 12. Das elektronischeSteuermodul 22 verwendet vorzugsweise fortschrittlicheStrategien zur Verbesserung der Genauigkeit und der Konsistenz zwischendem Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 genauso wie eineDrucksteuerung in der Öl-Common-Rail 16 und inder Brennstoff-Common-Rail 17.Beispielsweise könntedas elektronische Steuermodul 22 Strategien zur elektronischenEinstellung einsetzten, die fürjede Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 individuell vorgesehensind, um konsistenter zu arbeiten. Eine konsistente Leistung istwegen dem Vorhandensein von unvermeidlichen Variationen des Leistungsansprechenswünschenswert,und zwar aufgrund von derartigen gründen, wie eine realistische Überarbeitungstoleranz,die mit den verschiedenen Komponenten assoziiert ist, die die Brennstofteinspritzvorrichtungen 14 bilden.Gemäß einerweiteren Strategie könntedas elektronische Steuermodul 22 ein modellbasiertes Rail-Drucksteuersystemeinsetzten, welches die Rail-Drucksteuerausgabe in einer Flusssteuerung(open loop) gekoppelt mit einer Fehler- und Drucksteuerregelung(closed-loop).
    [0016] Wenn das Brennstofteinspritzsystem12 im Betrieb ist, wird Ölvon einer Ölströmungsmittelschaltung 38 vondem Ölsumpf 20 über eineNiederdruck-Ölzirkulationspumpe 24 gezogen,und der Auslassfluss wird aufgeteilt zwischen einem Motorschmieröldurchlass 27 undeiner Niederdruck-Brennstoffeinspritztversorgungsleitung 28,nachdem er durch einen Ölfilter 25 undeinen Kühler 26 gelaufen ist.Das Ölin dem Motorschmieröldurchlass 27 läuft durchden Motor 10 und schmiert seine verschiedenen Komponen tenin herkömmlicherWeise. Das Öl inder Niederdruck-Versorgungsleitung 28 wird auf einen mittlerenDruckpegel durch eine Hochdruck-Pumpe 29 angehoben. Dieser "mittlere Druck" ist ein relativhoher Druck im Vergleich zu dem Ölablaufdruck,ist jedoch immer noch niedriger als die Spitzeneinspritztdrücke. DiePumpe 29 ist vorzugsweise eine elektronisch gesteuertePumpe mit variabler Lieferung, wie beispielsweise eine durch Hülsen zugemessenebzw. gesteuerte Pumpe mit fester Verdrängung und variabler Lieferung.Somit kann die Pumpe 29 den Druck des Öls variieren, welches von derPumpe 29 geliefert wird. Die Hochdruck-Pumpe 29 istmit der Common-Rail 16 übereine Hochdruck-Versorgungsleitungen 30 verbunden. Jededer einzelnen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 hat einenBetätigungsströmungsmitteleinlass 60,der mit der Common-Rail 16 über einen getrennten Verzweigungsdurchlass 31 verbundenist. Nachdem es in den einzelnen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 verwendetwurde, um Brennstoff unter Druck zusetzen verlässt das Öl die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 über einenBetätigungsströmungsmittelablauf 62 undkehrt zum Ölsumpf 20 zurRückzirkulation über eineRückleitung 32 zurück.
    [0017] Brennstoff wird von einem Brennstofftank 18 durcheine Brennstofftransferpumpe 36 gezogen und zu einer Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 über eine Brennstoffversorgungsleitung 34 geliefert,die einen Brennstofffilter 37 aufweist. Die Brennstofttransferpumpe 36 undder Brennstofffilters 37 sind vorzugsweise in einem gemeinsamenGehäuseenthalten. Die Brennstofttransferpumpe 36 ist vorzugsweise eineelektrische Pumpe mit konstanten Fluss, während die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 vorzugsweiseeine elektronisch gesteuerte Pumpe mit variabler Lieferung ist,wie beispielsweise eine durch Hülsenzugemessene Pumpe mit fester Verdrängung und variabler Lieferung.Die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 setzt den Brennstoff aufeinen "mittlerem Druck" unter Druck undliefert den unter Druck gesetzten Brennstoff zu einer Brennstoff-Common-Rail 17.Obwohl die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 den Druckdes Brennstoffes variieren kann, der von der Pumpe 19 geliefertwird, ist der "mittlereDruck" des Brennstoffesgeringer als der Spitzeneinspritzdruck. Es sei bemerkt, dass dermittlere Druck des Brennstoftes größer oder kleiner als der mittlereDruck des Ölsvon der Öl-Common-Rail 16 seinkann, und zwar abhängigvon der erwünschtenEinspritzungsstrategie. Jede der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 hat einenBrennstoffeinlass, der mit der Brennstoff-Common-Rail 17 über einengetrennten Brennstoffverzweigungsdurchlass 15 verbundenist. Irgendwelcher Brennstoff, der von den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 nichtverwendet wird, wird zum Brennstofftank 18 über dieBrennstoffrückleitung 35 rückzirkuliert,die mit dem Niederdruck-Brennstoffauslass 65 verbundenist.
    [0018] Das Brennstoffeinspritzsystemen 12 wirdbezüglichseines Betriebs durch ein elektronisches Steuermodul 22 über Steuerungskommunikationsleitungen 40, 21 und 41 gesteuert.Die die Steuerkommunikationsleitung 40 steht in Verbindungmit der Hochdruck-Ölpumpe 19 undsteuert ihre Lieferung und daher den Druck des Öls in der Common-Rail 16. In ähnlicherWeise steht die Steuerkommunikationsleitung 21 in Verbindungmit der Hochdruck-Brennstoftpumpe 29 undsteuert ihre Lieferung und daher den Druck in der Brennstoff-Common-Rail 17.Die Steuerkommunikationsleitung 41 weist vier Drähte auf,ein Paar fürjede elektrische Betätigungsvorrichtungin jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 14. Der Fachmannwird erkennen, dass durch Modifikation der Steuersignale ein Paarvon Drähtenverwendet werden könnte,um zwei elektrische Betätigungsvorrichtungenzu steuern. Zusätzlichkönnenmehr Gerätevorhanden sein, wie beispielsweise zur Leitung von Rückkoppelungssignalenzu dem elektronischen Steuermodul. Diese jeweiligen Betätigungsvorrichtungeninnerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtungen > 14 steuern den Fluss des Betätigungsströmungsmittelszu den Einspritzvorrichtungen von der Rail 16 und das Öffnen undSchließender Brennstoffeinspritzvorrichtungsprühdüse. Das elektronische Steuermodul 22 bestimmtseine Steuersignale basierend auf verschiedenen Sensoreingangsgrössen, die inder Technik bekannt sind. Diese sind beispielsweise von einem Öldrucksensor 42,der an der Rail 16 angebracht ist, der ein Öldrucksignal über dieSensorkommunikationsleitung 45 übermittelt, und von einem Brennstoffdrucksensor 51,der an der Rail 17 angebracht ist, der ein Brennstoftdrucksignal über eineKommunikationsleitung 52 übermittelt. Zusätzlich übermit telnein Öltemperatursensor 43 undein Brennstofftemperatursensor 53, die ebenfalls an der Rail 16 bzw. 17 angebrachtsind, ein Öltemperatursignalund ein Brennstofftemperatursignal an das elektronische Steuermodul 22 über jeweiligeSensorkommunikationsleitungen 44 und 54. Das elektronische Steuermodul 22 nimmteine Vielzahl von anderen Sensorsignalen über eine (oder mehrere) Sensorkommunikationsleitung(en) 46 auf.Diese Sensoren könnteneinen Drosselsensor bzw. Gaspedalsensor 47, einen Zeitsteuersensor 48,einen Ladedrucksensor 49 und einen Drehzahlsensor 50 aufweisen,sind jedoch nicht auf diese eingeschränkt.
    [0019] Zusätzlich mit Bezug auf die 2 und 3 weist jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 einen Einspritzvorrichtungskörper 61 auf,der so angesehen werden kann, dass er einen Brennstoffdruckteil 66 undeinen Einspritzungsteil 68 aufweist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 kannauch so angesehen werden, dass sie aufgeteilt ist zwischen einerBrennstoffdruckanordnung 67 und einer direkt gesteuertenDüsenanordnung 69.Bei der veranschaulichten Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 istdie Brennstoffdruckanordnung 67 in dem Brennstoftdruckteil 66 gelegen,währenddie direkt gesteuerte Düsenanordnung 67 indem Einspritzungsteil 68 gelegen ist. Obwohl die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 dieBrennstoffdruckanordnung 67 und die direkt gesteuerte Düsenanordnung 69 sozeigt, dass sie zu einer Einspritzeinheit 14 verbundensind, wird der Fachmann erkennen, dass jene jeweiligen Anordnungenin getrennten Körpernangeordnet sein könnten,die miteinander durch entsprechende Leitungen verbunden sind. DieBrennstoffdruckanordnung 67 weist einen Druckverstärker 70 undein Flusssteuerventil 74 auf, welches betriebsmässig miteiner ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 72 gekoppeltist. Die direkt gesteuerte Düsenanordnung 79 weistein Nadelsteuerventil 76 auf, welches betriebsmässig mit einerzweiten elektrischen Betätigungsvorrichtung 78 gekoppeltist, die in dem Einspritzteil 68 gelegen ist und an diesemangebracht ist. Zusätzlichwird ein direkt gesteuertes Nadelventil 79 beim Öffnen und Schließen durchdas Nadelsteuerventil 76 gesteuert, und daher durch diezweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78.Unter Druck gesetztes Öltritt in den Einspritzvorrichtungskörper 61 durch seineOberseite bei einem Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlass 60 ein,und verbrauchtes Niederdruck-Öl wirdzum Sumpf 24 übereinen Niederdruck-Betätigungsströmungsmittelablauf 62 zurückzirkuliert. Brennstoffwird zu dem Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 hin undvon diesen weg übereinen Brennstoffeinlass 64 für mittlerem Druck und einenNiederdruck-BrennstoffAuslass 65 zirkuliert.
    [0020] Der Druckverstärker 70 weist einengestuften oberen Verstärkerkolben 82 aufund vorzugsweise einen frei schwimmenden Stössel 84. Der Verstärkerkolbens 82 istzu seiner zurückgezogenenPosition, wie gezeigt, durch eine Rückstellfeder 83 vorgespannt.Der gestufte Oberteil des Verstärkerkolbens 82 gestattet,dass die anfänglicheBewegungsgrade, und daher möglicherweisedie anfänglicheBewegungsrate geringer als möglichist, wenn der gestufte Oberteil eine Senkung freimacht. Die Rückstellfeder 83 istin einem Kolbenrückstellhohlraum 86 positioniert,der direkt zu dem Bereich unter der Motorventilabdeckung über einennicht eingeschränktenEntlüftungdurchlass 87 entlüftet ist.Der frei schwimmende Stössel 84 istin Kontakt mit der Unterseite des Verstärkerkolbens 82 über demNiederdruck-Brennstoff vorgespannt, der auf ein Ende in der Brennstoffdruckkammer 90 wirkt.Der Stössel 84 hatvorzugsweise ein konvexes Ende in Kontakt mit der Unterseite desVerstärkerkolbens82, um die Effekte einer möglichenFehlausrichtung zu verringern. Zusätzlich ist der Stössel 84 vorzugsweisesymetrisch um drei senkrechte Achsen, so das die Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 leichterzusammengebaut werden kann, indem man irgendein Ende des Stössels 84 in dieStösselbohrungeinführt,die in dem Einspritzvorrichtungskörper 61 gelegen ist.Wenn der Verstärkerkolben 70 seinenAbwärtshubausführtwird der Brennstoff innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 aufHochdruck-Einspritztpegelangehoben. Irgendwelcher Brennstoff, der die Seite des Stössels 84 daraufwandert, wird vorzugsweise zur Rückzirkulation über einenStösselEntlüftungsring 88 undeinen Entlüftungsdurchlass 92 zurückgeleitet.Der Druckverstärker 70 wirdnach unten getrieben, wenn das Flusssteuerventil 72, Betätigungsströmungsmitteldurchlässe 80/81mit dem Hochdruck-Betätigungsströmungsmitteleinlass 60 verbindet.Zwischen den druck verstärkteneinspritzt Ereignissen verbindet das Flusssteuerventil 72 dieBetätigungsströmungsmittel Durchlässe 80/81 mitdem Niederdruck-Ablauf 62, was gestattet, dass der Verstärker 70 sichzu seiner zurückgezogenenPosition zurückkehrt,wie gezeigt, und zwar überdie Wirkung der Rückstellfeder 83 und demBrennstoffdruck, der auf die Unterseite des Stössels 84 wirkt. Wennsomit der Druckverstärker 70 sichzurückzieht,wird frischer Brennstoff in die Brennstoffdruckkammer 90 über dasRückschlagventil 93 über denBrennstoffeinlass 64 gedrückt.
    [0021] Zusätzlich mit Bezug auf 4 weist das Flusssteuerventile 72 eineerste elektrische Betätigungsvorrichtung 74 auf,die in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel als Elektromagnetgezeigt ist, die jedoch irgend eine andere geeignete elektrischeBetätigungsvorrichtungsein könnte,die in der Technik bekannt ist, wie beispielsweise Piezovorrichtungen,Lautsprecherspulen bzw. Elektromagnetspulen usw., die jedoch nichtauf diese eingeschränkt sind.Das Flusssteuerventil 72 weist einen Ventilkörper auf,der getrennte Durchlässeaufweist, die mit dem Betätigungsströmungsmitteleinlass 60 verbundensind, weiter mit dem Betätigungsströmungsmittelablauf 62 bzw.den Betätigungsströmungsmitteldurchlässen 80/81.Das Flusssteuerventil 72 weist ein Kolbenventilglied 113 auf,welches zu einer ersten Position hin vorgespannt ist, welches strömungsmittelmässig einenBetätigungsströmungsmitteldurchlass 80/81 mitdem Betätigungsströmungsmittelablauf 62 verbindet.Wenn die elektrische Betätigungsvorrichtung 74 erregtwird, bewegt sich das Ventilglied 113 zu einer zweitenPosition. In dieser erregten Position schließt das Kolbenventilglied 113 die Strömungsmittelverbindungzwischen dem Betätigungsströmungsmitteldurchlass 80/81 unddem Ablauf 62 und öffnetden Hochdruck-Einlass 60 zu den Betätigungsströmungsmitteldurchlässen 80/81.Die Steuerkommunikationsleitung 41 der 1, das elektronische Steuermodul 22 unddie elektrischen Anschlüsse,die an dem Ventilkörper 113 angebracht sind,sind elektrisch mit der elektrischen Betätigungsvorrichtung 74 inherkömmlicherWeise verbunden.
    [0022] Wenn der Druckverstärker 70 nachunten getrieben wird, kann der Hoch druck-Brennstoff in der Brennstoffdruckkammer 90 über denDüsenversorgungsdurchlass 107 zurDüsenkammer 105 fließen, undweiter aus den Düsenauslässe 104,wenn das direkt gesteuerte Nadelventil 79 in einer offenenPosition ist. Auch wenn weiterhin der Druckverstärker 70 in der zurückgezogenenPosition ist, kann der Brennstoff mit "mittlerem Druck", der von der Brennstoff-Common-Rail 17 zurBrennstoffdruckkammer 90 fließt, über den Düsenversorgungsdurchlass 107 zurDüsenkammer 105 undaus den Düsenauslässe 104 fließen, wenndas direkt gesteuerte Nadelventil 79 in der offenen Positionist. Wenn das direkt gesteuerten Nadelventils 79 in seinergeschlossenen Position ist, wie gezeigt, ist die Düsenkammer 105 gegenüber einerStrömungsmittelverbindungzu den Düsenauslässen 104 abgeblockt.
    [0023] Das direkt gesteuerte Nadelventil 79 weist einNadelventilglied auf, welches aufgebaut ist durch eine Nadel 112,die von einem Kolben 109 durch einen Hubabstandshalter 106 getrenntist. Somit ist das Nadelventilglied in diesem Ausführungsbeispiel ausmehreren Komponenten zur einfachen Herstellbarkeit und zur einfachenMontage aufgebaut, könntejedoch durchaus einem einzigen festen Stück hergestellt sein. Das Nadelventilgliedweist eine hydraulische Öffnungsfläche 103 auf,die dem Strömungsmitteldruckin der Düsenkammer 105 ausgesetztist, und eine hydraulische Verschlussfläche 101, die den Strömungsmitteldruckin einer Nadelsteuerkammer 100 ausgesetzt ist. Die Dickedes Hubabstandshalter 106 bestimmt vorzugsweise die maximaleLaufdistanz bei der Öffnungdes direkt gesteuerten Nadelventils 79. Das direkt gesteuerteNadelventil 79 ist zu seiner unteren geschlossenen Positionvorgespannt, wie gezeigt, und zwar durch eine Vorspannfeder 102, diezwischen dem Hubabstandshalter 106 und einen Vop-Abstandshalter 108 (vop= valve opening pressure = Ventilöffnungsdruck) zusammen gedrückt wird.Somit kann der Ventilöffnungsdruckdes direkt gesteuerte Ventil 79 zum Zeitpunkt der Herstellung eingestelltwerden, indem man eine entsprechende Dicke für den Vop-Abstandshalter 108 auswählt.
    [0024] Die Nadelsteuerkammer 100 istströmungsmittelmässig entwedermit dem Niederdruck-Brennstoffauslass 65 oder den Düsenversorgungsdurchlass 107 verbunden,und zwar abhängigvon der Positionierung der Nadelsteuerventilanordnung 76. Wenndie Nadelsteuerkammer 100 strömungsmittelmässig mitdem Düsenversorgungsdurchlass 107 verbundenist, egal ob der Düsenversorgungsdurchlass 107 Hochdruck-Brennstoffoder Brennstoff mit mittlerem Druck aufweist, wird das direkt gesteuerte Nadelventil 79 inseiner geschlossenen Position bleiben oder zu dieser hin bewegtwerden, wie gezeigt, und zwar durch die Wirkung der Strömungsmitteldruckkräfte aufder hydraulischen Verschlussfläche 101 undaufgrund der Federkraft von der Vorspannfeder 102. Wenndie Nadelsteuerkammer 100 strömungsmittelmässig mitdem Brennstoffauslass 65 verbunden ist, während derDüsenversorgungsdurchlass 107 unddaher die Düsenkammer 105 über einenVentilöffnungsdrucksind, sind die Strömungsmittelkräfte, dieauf die hydraulische Öffnungsfläche 103 wirken,ausreichend, um das direkt gesteuerte Nadelventil 79 nachoben zu heben, und zwar zu seiner offenen Position gegen die Wirkungder Vorspannfeder 102, um die Düsenauslässe 104 zu öffnen. Essei bemerkt, dass die Düsensteuerkammer 100 mitirgend einem Durchlass zu verbinden ist, der auf einem niedrigerenDruck ist als der "mittlere" Druck der Brennstoff-Common-Rail 17.In dem veranschaulichten Ausführungsbeispielist das Nadelsteuerventil 76 ein Zwei-Positionen-Drei-Wege-Ventil, welches einNadelsteuerventilglied 114 aufweist, welches bewegbar istzwischen einem Kontakt mit einem Hochdruck-Sitz und einem Niederdruck-Sitz. Abhängig vonder Position des Ventilgliedes 114 ist die Nadelsteuerkammer 100 strömungsmittelmässig mitdem Düsenversorgungsdurchlass 107 über den Verbindungsdurchlass 110 odermit dem Brennstoffauslass 65 über den Niederdruck-Durchlass 111 verbunden.Ein (nicht gezeigter) Nadelsteuerdurchlass verbindet strömungsmittelmässig dieNadelsteuerkammer 100 entweder mit dem Verbindungsdurchlass 110 odermit dem Niederdruck-Durchlass 111. Das Nadelsteuerventil 76 weistdie zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 auf,die in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel eine Elektromagnetunteranordnungist, die jedoch auch eine andere Art einer elektrischen Betätigungsvorrichtungsein könnte,wie beispielsweise eine Piezo-Vorrichtung, eine Lautsprecherspule(voice coil) usw. Die Elektromagnetunteranordnung weist einen Stator,eine Spule und ein Paar von elektrischen Anschlüssen auf. Weibliche elektrischeAnschlüssebzw. Verbinder, die stattdessen auch männlich sein könnten, gestatten eineelektrische Verlängerung,um mit der Elektromagnet Unteranordnung innerhalb des Einspritzvorrichtungskörper 71 zusammenzu passen, währendsie freigelegte Anschlüssefür isolierteLeiter 95 aus dem Brennstoffdruckteil 66 darausvorsehen. Das Ventilglied 114 ist nach unten vorgespannt,um den Niederdruck-Sitz und den Niederdruck-Durchlass 111 zu schließen. Wenndie zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 erregtist, öffnetdas Ventilglied 114 den Niederdruck-Sitz (Durchlass 111)und schließt demHochdruck-Sitz (Durchlass 110).
    [0025] Währendjedes Motorzyklus hat jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 dieFähigkeit,bis zu fünf odermehr getrennte Schüsseeinzuspritzen. Währendein Großteilvon diesem Einspritzereignissen auf oder nahe dem Übergangvon dem Kompressionschub zum Leistung Hub stattfinden wird, können Einspritzereignissezu jedem Zeitpunkt währenddes Motorzyklus stattfinden, um irgend einen wünschenswerten Effekt zu erzeugen.Beispielsweise könnteein zusätzlicheskleines Einspritzereignis auch sonst wo in dem Motorzyklus nützlich beider Verringerung von unerwünschtenEmissionen sein. Obwohl die vorliegende Erfindung eine bevorzugteAnwendung bei Vier-Takt-Motorenfindet, könntesie genauso in Zwei-Takt-Motoren verwendet werden. Für die Zweckeder Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung werden die besprochenenEinspritzungen in zwei Kategorien eingeteilt: (1) druckverstärkte Einspritzungen,die im allgemeinen eine Einspritzung mit relativ hohen Druck erzeugen;und (2) Common-Rail-Einspritzungen, die im allgemeinen eine Einspritzungmit relativ geringem Druck erzeugen. Während jedes Motorzyklus kanneine Anzahl von grundlegenden Schritten ausgeführt werden, um beide Artenvon Einspritzungen oder einer Zusammensetzung der Arten von Einspritzungenzu erzeugen, und jeder dieser Schritte wird zu einem Zeitpunkt und mitentsprechenderAnzahl ausgeführt,um eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzabfolgen zu erzeugen.
    [0026] Mit Bezug auf die 4a-4e sind beispielhafte Kurvendarstellungengezeigt, die die Brennstoffeinspritzungsrate, die Stösselbewegung,die Bewegung des Flusssteuerventils, die Bewegung des Nadelsteuerventilesund den sac-Druck jeweils gegenüberder Zeit füreine beispielhafte Einspritzsequenz gemäß der vorliegenden Erfindungveranschaulichen. Die beispielhafte Einspritzsequenz weist eine Pilot-bzw. Voreinspritzung 115, einer Haupteinspritzung 116 undeinen Nacheinspritzung 117 auf. Die Voreinspritzung 115 unddie Nacheinspritzung 117 sind als Common-Rail-Einspritzvorrichtungenveranschaulicht, und die Haupteinspritzung 116 ist alseine Zusammensetzung bzw. hybride Version aus einer druckverstärkten Einspritzungund einer Common-Rail-Einspritzung veranschaulicht. Es sei jedochbemerkt, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung verwendet werdenkönnen,um verschiedene Einspritzungsabfolgen zu erzeugen, die irgend eine Anzahlvon Einspritzungen bei verschiedenen Drücken aufweisen. Beispielsweisekann durch Steuerung der Zeitsteuerung der Signale zu dem Flusssteuerventileund dem Nadelsteuerventil ein Haupteinspritzungsereignis verschiedeneRatenformen aufweisen, wie beispielsweise stiefelförmige, rampenförmige undquadratische Ratenformen, wobei diese jedoch nicht darauf eingeschränkt sind.Weiterhin kann eine Einspritzungssequenz mehr als eine Voreinspritzungund/oder Nacheinspritzung aufweisenden oder kann keine Voreinspritzungund/oder Nacheinspritzung aufweisenden. Eine Einspritzungssequenz,die wünschenswertsein kann, um Emissionen in einem Betriebszustand zu reduzieren,kann in einem anderen Betriebszustand nicht wünschenswert sein. Somit wirddas elektronische Steuermodul 22 in herkömmlicherWeise die Signale zum Flusssteuerventil 72, zum Nadelsteuerventil 76,zur Hochdruck-Ölpumpe 29 undzur Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 steuern, um eine Einspritzungssequenzzu erzeugen, die fürden speziellen Betriebszustand wünschenswertist. Es ist in der Technik bekannt, dass das elektronische Steuermodul 22 programmiertist, um die ordnungsgemäße Einspritzungssequenzfür denspeziellen Betriebszustand zu bestimmen, und zwar basierend aufden abgefühltenParametern, die von den verschiedenen Drucksensoren 42, 43, 47, 48, 49, 50 und 51 übermitteltwerden.
    [0027] Ebenfalls mit Bezug auf die 1-3 ist vor dem Beginn der beispielhaftenEinspritzungssequenz der Brennstoff aus dem Brennstofftank 18 durchdie Brennstofftransferpumpe 36 gezogen worden, und istzu der Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 geliefertworden. Die Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 wird den Druckdes Brennstoffes anheben, der zu der Brennstoff-Common-Rail 17,geliefert werden soll. Weil die Ausgabe aus der Hochdruck-Brennstoftpumpe 19 elektronischgesteuert ist, wird der Druck innerhalb der Brennstoff-Common-Rail 17 durchdas elektronische Steuermodul 22 gesteuert. Wie früher besprochenwird das elektronische Steuermodul 22, welches irgendeinVerfahren verwendet, welches in der Technik bekannt ist, den erwünschten Druck,bei dem die Voreinspritzung 115 auftreten sollte und wirddas Signal fürdie Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 entprechend einstellen.Vor der Einspritzungssequenz wird Öl von dem Ölsumpf 20 durch die Niederdruck-Ölpumpe 24 abgezogenworden sein und wird zu der Hochdruck-Ölpumpe 29 geliefertworden sein. Das elektronische Steuermodul 29 wird den erwünschtenDruck der Common-Rail 16 basierend auf dem erwünschtenDruck des Haupteinspritzungsereignisses 116 bestimmen unddas Signal fürdie Hochdruck-Ölpumpe 29 entprechendeinstellen. Es sei bemerkt, dass der Druck innerhalb der Brennstoff-Common-Rail 17 und/oderin der Öl-Common-Rail 16 durchVorrichtungen oder durch andere Pumpen als Pumpen 19 bzw. 29 mitvariabler Lieferung gesteuert werden könnte, einschließlich elektronischgesteuerten Ventilen, jedoch nicht auf diese eingeschränkt. Essei weiterhin bemerkt, dass der Druck des Öls innerhalb der Common-Rail 16 höher oderniedriger als der Druck innerhalb der Brennstoft-Common-Rail 17 seinkann, und zwar abhängig vonder erwünschtenEinspritzungssequenz. Das unter Druck gesetzte Öl wird zu dem Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 über die Öl-Common-Rail 16 unddie Verzweigungsdurchlässe 31 geliefertwerden, und der unter Druck gesetzte Brennstoff wird durch die Versorgungszweige 15 undin die jeweiligen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 fließen.
    [0028] Weil die Einspritzvorrichtung 14 zwischen Einspritzungsereignissenist, wird der Druckverstärker 70,der den Stössel 84 miteinschließt,entweder in der zurückgezogenenPosition seien oder beim Vorgang des Zurückziehens. Wenn der Stössel 84 beimVorgang des Zurückziehensist, wird der Brennstoff in die Brennstoffdruckkammer 90 über das Rückschlagventil 93 über denBrennstoffeinlass 64 gezogen. Wenn der Stössel 84 sichschon zurückgezogenhat, reicht der Brennstoffdruck, der von der Hochdruck-Brennstoffpumpe 19 erzeugtwird, aus, um den Brennstoff in die Brennstoffdruckkammer 90 über dasRückschlagventil 93 zudrücken.Weil das Nadelsteuerventil 76 vorgespannt ist, um die Nadelsteuerkammer100 zum Düsenversorgungsdurchlass 107 zu öffnen, wirdder Brennstoff mit mittleren Druck innerhalb diesen Versorgungdurchlasses 107 nicht ausreichen,um das direkt gesteuerten Nadelventilglied 79 zu öffnen. DerDüsenauslass 104 wirdgeschlossen bleiben, und der Brennstoff wird nicht eingespritzt.Weil weiterhin das Flusssteuerventil 72 vorgespannt ist,um strömungsmittelmässig dieBetätigungdurchlässe 80/81 mitdem Betätigungsströmungsmittelablauf 62 zuverbinden, wird der Stössel 84 nichtvorlaufen und weiter den Brennstoff innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 unterDruck setzen.
    [0029] Um die Voreinspritzung 115 einzuleitenwird das elektronische Steuermodul 22 die zweite elektrischeBetätigungsvorrichtung 78 erregen,die betriebsmässigmit dem Nadelsteuerventil 76 gekoppelt ist. Das Nadelsteuerventil 76 wirdsich von seiner vorgespannten Position weg bewegen, die dem Niederdruck-Durchlass 111 blockiert.Obwohl die vorliegende Erfindung das Nadelsteuerventil 76 soveranschaulicht, dass es vorgespannt ist, um den Niederdruck-Durchlass 111 zublockieren, sei bemerkt, dass das Nadelsteuerventil 76 vorgespanntsein könnte, umden Hochdruck-Durchlass 111 zu blockieren. Die hydraulischeVerschlussfläche 101 desdirekt gesteuerten Nadelventilglied 79 wird den niedrigenDruck innerhalb des Brennstoffablaufes ausgesetzt sein, der strömungsmittelmässig mitdem Brennstoffauslass 65 verbunden ist, und somit wirdder Druck des Brennstoffes innerhalb der Nadelsteuerkammer 100, derauf die hydraulische Öffnungsfläche 103 derNadel 112 wirkt, ausreichen, um das direkt gesteuerten Nadelventilglied 79 ge gendie Feder 102 und den niedrigen Druck anzuheben, der aufdie hydraulische Verschlussfläche 101 wirkt,um den Düsenauslass 104 zu öffnen. DerBrennstoff aus der Brennstoff-Common-Rail 17 kann danndirekt in den Motorzylinder als Voreinspritzung 115 eingespritztwerden. Weil die voreinspritzungen im allgemeinen eine kleinereMenge haben als die Haupteinspritzung können die niedrigeren Drücke, mitdenen die Voreinspritzung eingespritzt wird, ausgenutzt werden,um die Genauigkeit der Einspritzungsmenge zu verbessern.
    [0030] Um die Voreinspritzung 115 zubeenden wird das elektronische Steuermodul 22 aufhören, elektrischenStrom zu der zweiten elektrische Betätigungsvorrichtung 78 zuliefern, was bewirkt, dass das Nadelsteuerventil 76 sichzu seiner vorgespannten Position bewegt, was die hydraulische Verschlussfläche 101 desdirekt gesteuerten Nadelventils 79 dem Druck innerhalbdes Düsenversorgungsdurchlasses 107 über denDurchlass 110 aussetzt. Der Druck, der auf die hydraulische Öffnungsfläche 103 desdirekt gesteuerten Nadelventilglieds 79 wirkt, wird nicht ausreichen,um das direkt gesteuerten Nadelventil 79 offen zu halten,und die Nadel 112 wird sich schließen, wodurch der Düsenauslass 104 blockiertwird. Währendder Voreinspritzung 115 veranschaulicht 4b, dass der Stössel 84 des Druckverstärkers 70 nichtvorläuft,und 4c veranschaulicht,dass das Flusssteuerventil 72 sich nicht von seiner vorgespanntenPosition wegbewegt. Weiterhin veranschaulicht 4e, dass während der vor Einspritzung 115 dersac-Druck, der der Druck unter der Spitze der Nadel 112 ist,auf dem Common-Rail-Druck ist.Wenn das elektronische Steuermodul 22 bestimmt, dass dasHaupteinspritzungsereignis 116, welches in 4a veranschaulicht ist, wünschenswertist, wird das elektronische Steuermodul 22 wiederum diezweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 über dieKommunikationsleitung 41 erregen. Wiederum, wie in 4d veranschaulicht, wirddas Nadelsteuerventil 76 sich bewegen, um strömungsmittelmässig dieNadelsteuerkammer 100 mit dem Brennstoffauslass 65 zuverbinden und somit die hydraulische Verschlussfläche 101 niedrigemDruck aussetzen, was bewirkt, dass das direkt gesteuerte Nadelventil 79 denDüsenauslass 104 öffnet. Wie in 4b veranschaulicht, bleibtder Stössel 84 immer nochin der zurückgezogenenvorgespannten Position, und somit ist der Druck innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 niedriggenug, dass der Brennstoff von der Common-Rail 17 über dasRückschlagventil 93 indie Brennstoffdruckkammer 90 und den Düsenversorgungsdurchlass 107 fließen kann.Der Brennstoff von der Common-Rail 17 wird in den Motorzylindereingespritzt, um das Haupteinspritzungsereignis 116 zubeginnen.
    [0031] In dem veranschaulichten Ausführungsbeispielnimmt der Druck der Haupteinspritzung 116 mit der Zeitzu. Um den Druck zu steigern wird das elektronische Steuermodul 22 einenelektrischen Strom zu der ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 84 senden,die betriebsmässigmit dem Flusssteuerventil 72 gekoppelt ist, während sieweiter fortfährt,die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 zuerregen, die betriebsmässigmit dem Nadelsteuerventil 76 gekoppelt ist. Wie in 4c veranschaulicht, wird dasFlusssteuerventil 72 sich von seiner vorgespannten Position,in der die Betätigungsdurchlässe 80/81 mitdem Strömungsmittelbetätigungsablauf 62 verbundensind, zu seiner erregten Position bewegen, in der die Betätigungsdurchlässe 80/81 strömungsmittelmässig mitdem Strömungsmittelbetätigungseinlass 60 verbundensind. Das Hochdruck-Öl,welches zu der Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 geliefert wird,ist durch die Hochdruck-Ölpumpe 29 unter Druckgesetzt worden. Das Hochdruck-Öl,welches von der Öl-Common-Rail 16 zurBrennstoffeinspritzvorrichtung 14 über das Flusssteuerventil 72 fließt, wirdauf die hydraulische Fläche 85 desDruckverstärkers 70 wirken,was bewirkt, dass der Stössel 84 vorläuft, wiein 4b veranschaulicht.Wenn der Stössel 84 vorläuft steigtder Druck des Brennstoffes innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90.Aufgrund des gesteigerten Druckes schließt sich das Rückschlagventil 93,und der Brennstoff von der Brennstoff-Common-Rail 17 kannnicht in die Brennstoffdruckkammer 90 fließen. DerBrennstoff innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 wirdschließlichauf einen relativ hohen Druck ansteigen, der eine Funktion des Öldruckesist, der auf die hydraulische Fläche 85 wirkt.Somit resultiert der Druck der Haupteinspritzung 116 ausder elektronischen Steuerung der Hochdruck-Ölpumpe 29. Obwohlder "hohe Druck" variieren kann,wird druckverstärkterBrennstoff mit einem höherenDruck eingespritzt als der Brennstoff mit "mittleren Druck", der nicht von dem Druckverstärker 70 druckverstärkt wordenist.
    [0032] Der druckverstärkte Brennstoff wird in den Düsenversorgungsdurchlass 107 fließen undauf die hydraulische Öffnungsflächen 103 derNadel 112 wirken. Wie in 4d veranschaulicht,wird das Nadelsteuerventil 76 somit in der offenen Positionbleiben, was gestattet, dass der druckverstärkte Brennstoff in den Motorzylindereingespritzt wird. Wie in 4e veranschaulicht,ist der sac-Druck der Haupteinspritzung 116 von dem Common-Rail-Druckauf den verstärktenDruck angestiegen, und zwar aufgrund der Vorwärtsbewegung des Stössels 84 während der Haupteinspritzung 116.
    [0033] Um den Druck der Haupteinspritzung 116 auf einendritten Druck herunter zu bringen, der geringer ist, als der "mittlere" Druck der Brennstoff-Common-Rail 17 kanndas elektronische Steuermodul 22 aufhören, elektrischen Strom zuder ersten elektrischen Betätigungsvorrichtung 74 zusenden,die betriebsmässigmit dem Flusssteuerventil 72 gekoppelt ist. Somit wird,wie in 4c veranschaulicht,das Flusssteuerventil 72 zu seiner vorgespannten Positionzurückkehren,was den Fluss des Hochdruck-Öls ausden Betätigungsdurchlässen 80/81 blockiert. Weiles keinen hohen Druck gibt, der auf die hydraulische Oberfläche 85 wirkt,wird sich der Stössel 84 in seineroberen Position unter der Wirkung der Rückstellfeder 83 unddem Brennstoffdruck zurückziehen, derauf den Stössel 84 wirkt.Wenn sich der Stössel 84 zurückzieht,fällt derDruck innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90, und Brennstoffvon der Brennstoff-Common-Rail 17 wird hinein durch denBrennstoffeinlass und überdas Rückschlagventil 93 gezogen.Wenn sich der Stössel 84 weiterhinzurückzieht, wirddie Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 weiter Brennstoffvon der Brennstoffdruckkammer 90 und den Düsenversorgungsdurchlass 107 einspritzen, weildas direkt gesteuerte Nadelventil 79 in der offenen Positionbleiben wird. Somit kann der Brennstoff, der eingespritzt wird,wenn der Stössel 84 sichzurückzieht,mit einem geringeren Druck ein gespritzt werden als mit dem "mittleren Druck" der Brennstoff-Common-Rail 17 aufgrunddes sich zurückziehendenStössels 84.Somit kann durch Einspritzung von Brennstoff, wenn der Stössel 84 sichzurückzieht, kannBrennstoff in den Motorzylinder auf dem dritten, relativ niedrigenDruck eingespritzt werden.
    [0034] Um die Haupteinspritzung 116 zubeenden wird das elektronische Steuermodul 22 aufhören, elektrischenStrom an die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 zusenden. Wie in 4d veranschaulicht,wird das Nadelsteuerventil 76 zu seiner vorgespannten Positionzurückkkehren,in der die Nadelsteuerkammer 100 in Strömungsmittelverbindung mit demDüsenversorgungsdurchlass 107 ist undvon einer Strömungsmittelverbindungmit dem Brennstoffauslass 65 abgeschnitten ist. Daher istder Druck innerhalb des Düsenversorgungsdurchlasses 107,der auf die hydraulische Öffnungsfläche 103 des direktgesteuerten Nadelventils 79 wirkt, nicht ausreichend, umden Druck zu überwinden,der auf die hydraulische Verschlussfläche 101 wirkt, undauch noch die Vorspannung der Feder 102. Somit wird das direktgesteuerte Nadelventil 79 sich zu der geschlossenen Positionbewegen, die den Düsenauslass 104 blockiert.
    [0035] Die veranschaulichte Einspritzungssequenz weisteine Nacheinspritzung 117 auf. Obwohl Nacheinspritzungenvon variierender Menge, mitvariierenden Zeitpunkten und variierendenDruck ausgeführt werdenkönnen,treten Nacheinspritzungen oft mit kleineren Brennstoffmengen undmit geringeren Drückenauf als dies Haupteinspritzungen tun, falls möglich. In dem veranschaulichtenAusführungsbeispiel sindvor der Nacheinspritzung 117 sowohl das Flusssteuerventil 72 alsauch das Nadelsteuerventil 76 in ihrem vorgespannten Positionen.Somit zieht sich der Stössel 84 immernoch zurück,und die Düsenauslässe 104 werdengeschlossen. Aufgrund des sich zurückziehenden Stössels 84 istder Druck innerhalb der Brennstoffdruckkammer 90 ausreichendgering, so dass der Brennstoff überdas Rückschlagventil 93 indie Brennstoffdruckkammer 90 und den Düsenversorgungsdurchlass 107 fließen kann.Um die Nacheinspritzung 117 einzuleiten, wird das elektroni sche Steuermodul 22 diezweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 erregen.Das Nadelsteuerventil 79 wird die Strömungsmittelverbindung zwischender Nadelsteuerkammer 100 und dem Brennstoffablauf 65 öffnen, wasbewirkt, dass der Brennstoff innerhalb des Düsenversorgungsdurchlasses 107 dieNadel 112 anhebt und in den Motorzylinder einspritzt. Das Beispielzeigt das Nacheinspritzungsereignis, welches bei einem relativ geringemDruck auf Grund des Zurückziehensdes Stösselsauftritt. Die elektrische Betätigungsvorrichtung 74,die mit dem Flusssteuerventil 72 gekoppelt ist, wird nichterregt. Somit wird sich der Stössel 84 nichtvorwärtsbewegen sondern wird sich weiter zurückziehen, wie in 4b veranschaulicht, unddie Nacheinspritzung 117 wird bei dem "dritten Druck" unter jenem in der Brennstoff-Common-Rail 17 auftreten,wie in 4e veranschaulicht.Um die Nacheinspritzung 117 zu beenden wird das elektronischeSteuermodul 22 aufhören,die zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 78 zuerregen, die mit dem Nadelsteuerventil 79 gekoppelt ist, umden Düsenauslass 104 zuschließen.
    [0036] Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft,weil sie eine größere Vielzahlvon Brennstoffeinspritzstrategien bietet, die für das Brennstoffeinspritzsystem 12 verfügbar sind,was zu einer weiteren Verringerung von unerwünschten Emissionen und zu bessererLeistung führenkann. Obwohl der Betrieb der vorliegenden Erfindung für eine Einspritzungssequenz beschriebenwurde, die eine Voreinspritzung 115, eine Nacheinspritzung 117 undeiner Haupteinspritzung 116 aufweist, die mit variierendenDruck eingespritzt werden, kann die vorliegende Erfindung verwendetwerden, um Einspritzungsstrategien mit variierenden Anzahlen, Mengenund Drückender Einspritzung zu erzeugen. Tatsächlich kann die vorliegendeErfindung eine größere Vielzahlvon Einspritzungsstrategien erzeugen, weil die vorliegende Erfindungzwei unabhängigeMittel, d. h. die Hochdruck-Ölpumpe 29 unddie Hochdruck-Brennstoffpumpe 19,zur Steuerung des Einspritzdruckes aufweist. Beispielsweise kanndas elektronische Steuermodul 22 den Druck der Voreinspritzung 115 aufden idealen Druck fürden speziellen Betriebszustand einstellen, und zwar durch Einstellungdes Signals zu der Hochdruck- Brennstoffpumpe 19.Das elektronische Steuermodul 22 kann den Druck der Haupteinspritzung 116 aufden Druck einstellen, der bei den speziellen Betriebszustand alsideal befunden wird, und zwar ungeachtet des Druckes der Voreinspritzung 115 durchEinstellung des Signals zu der Hochdruck-Ölpumpe 29.Somit könnenzwei Einspritzungen zeitlich sehr nahe aneinander, oder auch eine Einspritzung,zwei unabhängigausgewählteund gesteuerte Drückeaufweisend, was eine größere Vielzahlvon möglichenEinspritzungsstrategien erzeugt.
    [0037] Darüber hinaus können Ingenieuredurch Vorsehen von der Veränderungenbei der Steuerung von Brennstoffeinspritzvorrichtungen neue Einspritzungsstrategienerzeugen und testen, die zu noch weiteren Fortschritten bezüglich derLeistung und der Reduktion von unerwünschten Emissionen führen könnten. Beispielsweiseermöglichtes die vorliegende Erfindung den Ingenieuren, hybride Druckeinspritzungenbzw. gemischte Druckeinspritzungen zu erforschen, bei denen derDruck der Einspritzung zwischen dem Brennstoff-Common-Rail-Druck, den verstärkten Druckund dem dritten Druck verändert,der eine Funktion des Common-Rail-Druckes und der Rate der Rückzugsbewegungdes Stösselsist. Die Ingenieure kennen den Brennstoff-Common-Rail-Druck und/oder den Öl-Common-Rail-Druckso einstellen, dass sie eine Vielzahl von Ratenformen erzeugen können, waszu Kenntnissen bezüglichdessen führt,welche Ratenformen besser arbeiten, und welche unerwünschte Emissionenbei welchen Betriebsbedingungen reduzieren. Weiterhin ist die vorliegendeErfindung vorteilhaft, weil sie mehr Veränderlichkeiten bzw. Variationenbei der Steuerung des Brennstoffeinspritzsystems vorsieht, ohnebeträchtlicheVeränderungenan der Konstruktion des Systems zu erfordern. Weil viele Brennstoffeinspritzsystemezwei getrennte Strömungsmittelkreisläufe aufweisen,kann die vorliegende Erfindung aufgebaut werden, in dem man sicherstellt, dassdas Nadelsteuerventil 76 strömungsmittelmässig miteiner Druckquelle zu verbinden ist, die einen niedrigeren Druckhat als der Druck innerhalb der Brennstoff-Common-Rail, so dassEinspritzungen direkt aus der Common-Rail auftreten können.
    [0038] Die vorliegende Erfindung ist auchvorteilhaft, weil sie die Leistung des Brennstoffeinspritzsystems 12 verbessernkann. Weil das Brennstoffeinspritzsystem 12 Brennstoffmit oder ohne Anwendung des Druckverstärkers 70 einspritzenkann, weist das Brennstoffeinspritzsystem einen weiten Bereich vonDrückenauf, mit denen Brennstoff eingepritzt werden kann. Somit kann dasBrennstoffeinspritzsystem 12 genauer Brennstoff mit demDruck einspritzen, der erforderlich ist, um die erwünschte Motordrehzahlund Motorbelastung aufrecht zu erhalten. Wenn beispielsweise dasFahrzeug im Leerlauf ist, kann der Druckverstärker 70 während dergesamten Einspritzungssequenz stationär bleiben, was eine Einspritzungmit dem niedrigeren Common-Rail-Druck zur Folge hat. Weiterhin kannder Betrieb des Brennstoffeinspritzsystems 12 mit den Common-Rail-Drücken zugenaueren kleineren Einspritzmengen führen, ohne zu verlangen, dassdie Ventile schnellere Ansprechzeiten auf Steuersignale von demelektronischen Steuermodul 22 zeigen. Somit können beiniedrigeren Drückenmehrfache Einspritzungen zeitlich enger und mit größerer Genauigkeitauftreten.
    [0039] Es sei bemerkt, dass die obige Beschreibung nurzu Veranschaulichungszwecken vorgesehen ist und nicht den Umfangder vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken soll.Wenn beispielsweise das Rückschlagventil 93 durchein anderes Ventil ersetzt werden würde, könnte Brennstoff von der Einspritzvorrichtungzurückzu einer der Rails verschoben werden, um möglicherweise diese unter Druckzu setzen. Anders gesagt könntendie Einspritzvorrichtungen als Pumpeneinheit für eine der Common-Rails wirken.Somit wird der Fachmann erkennen, dass andere Aspekte, Ziele undVorteile der Erfindung durch ein Studium der Zeichnungen, der Offenbarungund der beigefügtenAnsprücheerlangt werden können.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Brennstoffeinspritzsystem (12), welchesFolgendes aufweist: mindestens eine erste Verteilerleiste bzw.gemeinsame Druckleitung oder Common-Rail (16) und eine zweiteCommon-Rail (17); mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung(14), die strömungsmittelmässig mitder ersten Common-Rail (16) und der zweiten Common-Rail(17) zu verbinden ist; und wobei die erste Common-Rail(16) auf einem ersten Druck ist, und wobei die zweite Common-Rail(17) auf einem zweiten Druck ist, der unabhängig vom erstenDruck ist.
    [2] Brennstoffeinspritzsystem (12) nach Anspruch 1,welches einen ersten Strömungsmittelkreislauf (38)und einen zweiten Strömungsmittelkreislauf(39) aufweist; und wobei der erste Strömungsmittelkreislauf(38) die erste Common-Rail (16) aufweist, undwobei der zweite Strömungsmittelkreislauf(39) die zweite Common-Rail (17) aufweist.
    [3] Brennstoffeinspritzsystem (12) nach Anspruch 2,wobei der erste Strömungsmittelkreislauf(38) und der zweite Strömungsmittelkreislauf(39) unterschiedliche Strömungsmittel aufweisen.
    [4] Brennstoffeinspritzsystem (12) nach Anspruch 1,wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) einen Druckverstärkungsteil(66) und einen Einspritzungsteil (68) aufweist.
    [5] Brennstoffeinspritzvorrichtung (14), dieFolgendes aufweist: einen Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper (71),der mindestens einen Niederdruck-Auslass (65), einen Einlass(64) fürmittleren Druck, einen Hochdruck-Einlass (60) und einenDüsenauslass(104) definiert; und ein direkt gesteuertes Nadelventil(79), welches eine hydraulische Verschlussfläche (101)aufweist.
    [6] Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) nachAnspruch 5, wobei die hydraulische Verschlussfläche (101) einer Düsensteuerkammer(100) ausgesetzt ist; und wobei der Niederdruck-Auslass(65) strömungsmittelmässig mitder Düsensteuerkammer (100)zu verbinden ist.
    [7] Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) nachAnspruch 5, die einen Druckverstärkungsteil(66) aufweist, der einen Druckverstärker (70) aufweist;und wobei der Druckverstärker(70) eine hydraulische Oberfläche aufweist, die strömungsmittelmässig mit demHochdruck-Einlass (60) zu verbinden ist.
    [8] Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffeinspritzsystems(12), welches folgende Schritte aufweist: Einspritzungvon Brennstoff mit einem ersten Druck, zumindest teilweise durchströmungsmittelmässige Verbindungeiner Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) mit einer erstenCommon-Rail (17); und Einspritzung von Brennstoffmit einem zweiten Druck unabhängigvom ersten Druck zumindest teilweise durch strömungsmittelmässige Verbindungder Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) mit einer zweiten Common-Rail(16).
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt derEinspritzung von Brennstoff mit dem ersten Druck in den Schrittaufweist, die Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) von derzweiten Common-Rail (16) zu trennen; und wobei der Schrittder Einspritzung von Brennstoff mit dem zweiten Druck einen Schrittaufweist, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung (14) vonder ersten Common-Rail (17) getrennt wird.
    [10] Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt derEinspritzung mit dem ersten Druck einen Schritt des Vorschiebenseines Druckverstärkers(70) aufweist, der innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung(14) positioniert ist, und zwar zumindest teilweise indem einen hydraulische Oberflächedes Druckverstärkersdem Strömungsmittelausgesetzt wird, welches von der ersten Common-Rail (16)geliefert wird.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US7219655B2|2007-05-22|
    US20040168673A1|2004-09-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-02-03| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2014-09-02| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    2014-11-27| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20140902 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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