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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Common-Rail-Kraftstoffsysteme und insbesondere auf ein Rückflussrückschlagventil zum Unterdrücken von Druckoszillationen, die eine Steuerung von Kraftstoffeinspritzvorgängen unterminieren.
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Hintergrund
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Während eines Einspritzvorgangs drängt Hochdruckkraftstoff von dem Common-Rail in Richtung des Düsenauslasses eines einzelnen Kraftsfoffinjektors. Wenn dieser Einspritzvorgang schlagartig beendet wird, kann sich eine hydraulische Druckstoßwelle aufgrund eines schlagartigen Stopps des Fluidimpulses ausbilden. Diese Druckwelle wird sich von dem Kraftstoffinjektor in Richtung des Common-Rails fortpflanzen. Diese Druckwelle kann nicht nur Druckspitzen in dem Kraftstoffinjektor hervorrufen, die eine Strukturermüdung beschleunigen, die Druckschwingungen können auch Schwierigkeiten im Steuern der Menge und der Schaltung von gefördertem Kraftstoff bei frühen Nacheinspritzungen durch denselben Injektor hervorrufen. Zusätzlich können sich die Druckwellen durch das Common-Rail hindurch fortpflanzen und einen anderen Kraftstoffinjektoreinlass erreichen, wenn dieser Kraftstoffinjektor einen Einspritzvorgang beginnt, was dazu führen kann, dass dieser Kraftstoffinjektor mehr oder weniger als eine erwartete Kraftstoffeinspritzmenge einspritzt, die ihrem bestimmten Steuersignal zugeordnet ist.
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In einem vermeintlichen Versuch, Druckfluktuationen in einem Common-Rail-Kraftstoffsystem aufzunehmen, beschreiben Ganser et al. in Schriftnummer 70 des CIMAC Kongresses 2007, Wien, Österreich, ein Kraftstoffsystem, das ein Wellendyynamik- und Dämpfungssystem nutzt, das strömungstechnisch zwischen der Hochdruckpumpe und den Kraftstoffinjektoren geschaltet ist. Ein einzelnes Wellendynamik- und Dämpfungssystem versorgt ein Paar von Kraftstoffinjektoren mit Hochdruckkraftstoff, und mehrere der Wellendynamik- und Dämpfungssysteme sind in Reihe verbunden zum Beliefern einer Kraftstoffinjektorbank. Obwohl das Ganser-System Ergebnisse liefern kann, die ein Common-Rail-Kraftstoffsystem ohne Strategie zum Umgang mit Druckwellen verbessert, verbleiben wesentliche Druckfluktuationen in dem Ganser-System an dem Injektoreinlass, was zu ungleichmäßigen Kraftstoffeinspritzmengen führen kann, insbesondere für frühe Nacheinspritzungen. Das Wellendynamik- und Dämpfungssystem des Ganser-Kraftstoffsystems umfasst ein mit einer Feder vorgespanntes Rückschlagventil, das die Strömungsverbindung zwischen den einzelnen Injektoren und dem Common-Rail trennt. Indes befindet sich ein Großteil des Ganser-Hochdruckfluidvolumens auf der Injektorseite des Wellendynamik- und Dämpfungsrückschlagventils.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der oben genannten Probleme gerichtet.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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In einem Aspekt umfasst ein Common-Rail-Kraftstoffsystem eine Hochdruckpumpe mit einem Auslass, der mit einem Common-Rail in Strömungsverbindung steht. Jeder von mehreren Common-Rail-Kraftstoffinjektoren steht in Strömungsverbindung mit dem Common-Rail. Ein Rückflussrückschlagventil ist strömungstechnisch zwischen jedem der mehreren Common-Rail-Kraftstoffinjektoren und dem Auslass der Hochdruckpumpe geschaltet. Das Common-Rail-Kraftstoffsystem legt ein Systemfluidvolumen zwischen dem Auslass der Hochdruckpumpe und einem Düsenauslass der mehreren Kraftstoffinjektoren fest. Das Rückflussrückschlagventil teilt das Systemfluidvolumen in ein vorgeschaltetes gemeinsames Volumen und mehrere separate nachgeschaltete Volumen auf. Das vorgeschaltete Volumen ist größer als eine Summe der separaten nachgeschalteten Volumen. Das Rückflussrückschlagventil ist bewegbar zwischen einer ersten Konfiguration mit einem großen Strömungsquerschnitt und einer zweiten Konfiguration mit einem kleinen Strömungsquerschnitt.
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In einem anderen Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Common-Rail-Kraftstoffsystems das Erzeugen einer hydraulischen Druckstoßwelle in einem der Common-Rail-Kraftstoffinjektoren durch Schließen des Düsenauslasses zum Beenden eines Haupteinspritzvorgangs. Die hydraulische Druckstoßwelle pflanzt sich in Richtung des vorgeschalteten gemeinsamen Volumens fort. Die hydraulische Druckstoßwelle wird gedämpft durch Bewegen des Rückflussrückschlagventils von der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration.
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In einem weiteren Aspekt umfasst ein Rohrstück für ein Common-Rail-Kraftstoffsystem ein Gehäuse mit einem Fluiddurchgang, der sich zwischen einem Einlassende und einem Auslassende erstreckt. Das Auslassende hat eine kugelförmige Spitze, die derart dimensioniert und geformt ist zum Aufnehmen in einem abdichtenden Kontakt mit einem konischen Common-Rail-Einlass eines Common-Rail-Kraftstoffinjektors. Das Rückflussrückschlagventil ist in dem Fluiddurchgang des Rohrstücks positioniert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung eines Common-Rail-Kraftstoffsystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
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2 ist eine vergrößerte Schnittseitenansicht eines der Kraftstoffinjektoren und Rohrstücke aus dem Kraftstoffsystem aus 1,
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3 ist ein Kreisdiagramm, das zeigt, wie das Systemfluidvolumen für das Kraftstoffsystem aus 1 in unterschiedliche Komponenten des Kraftstoffsystems aufgeteilt ist,
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4 ist eine schematische Darstellung eines Common-Rail-Kraftstoffsystems nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
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5 ist eine Schnittseitenansicht eines modularen Rail/Rohrstücks und Kraftstoffinjektors für das Kraftstoffsystem aus 4,
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6 ist ein Kreisdiagramm, das die Aufteilung des Systemfluidvolumens auf unterschiedliche Komponenten des Kraftstoffsystems aus 4 zeigt,
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7 ist ein Graph, der eine Druckdynamik einer Basislinie eines Common-Rail-Kraftstoffsystems für eine Haupt- und Nacheinspritzungssequenz,
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8 ist ein Graph einer Druckdynamik für das Kraftstoffsystem aus 1 zum Vergleich zu dem Graph aus 7, und
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9 ist ein Graph einer Druckdynamik für das Kraftstoffsystem aus 4 zum Vergleich mit dem Graph aus 7.
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Detaillierte Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein Common-Rail-Kraftstoffsystem 10 eine Hochdruckpumpe 20 mit einem Auslass 22, der mit einem Common-Rail 30 in Strömungsverbindung steht. Das in 1 dargestellte Kraftstoffsystem ist einem 16-Zylinder-Kompressionszündungsmotor zugeordnet, der eine V-Konfiguration besitzt, die zu zwei Bänken von acht Common-Rail-Kraftstoffinjektoren führt. Fachmänner werden erkennen, dass die Konzepte der vorliegenden Offenbarung gleichermaßen anwendbar auf V-Typ- und Reihenmotoren mit jeglicher Anzahl von Zylindern sind. Die Hochdruckpumpe 20 umfasst acht einzelne Pumpelemente, sodass der Auslass 22 tatsächlich mehrere Auslässe 24 aufweist, die mit einem Ausgangs-Rail (Sammelrohr) 26 in Strömungsverbindung stehen. Das Common-Rail 30 umfasst ein erstes Injektor-Rail 34 und ein zweites Injektor-Rail 35, die mit dem Ausgangs-Rail 26 über einen ersten bzw. zweiten Verteilungsdurchgang 90 bzw. 91 in Strömungsverbindung stehen. Jeder von mehreren Common-Rail-Kraftstoffinjektoren 40 steht zu entweder dem ersten oder zweiten Injektor-Rail 34 oder 35 des Common-Rails 30 über ein einzelnes Rohrstück 50 in Strömungsverbindung. Jedes Rohrstück 50 ist in einem abdichtenden Kontakt mit einem konischen Hochdruckeinlass 43 eines einzelnen Kraftstoffinjektors 40. Jeder Kraftstoffinjektor 40 umfasst einen Düsenauslass 42, der zum Direkteinspritzen in einen einzelnen Zylinder eines Kompressionszündungsmotors (nicht gezeigt) positioniert ist.
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Ein Rückflussrückschlagventil 60 ist strömungstechnisch zwischen dem Düsenauslass 42 von jedem der Common-Rail-Kraftstoffinjektoren 40 und dem Auslass (Auslässen) 22 der Hochdruckpumpe 20 geschaltet ist. Das Rückflussrückschlagventil 60 führt zum Aufteilen des Gesamtsystemfluidvolumens 80 (3) in ein vorgeschaltetes gemeinsames Volumen 82 und mehreren einzelnen nachgeschalteten Volumen 83. Das Rückflussrückschlagventil 60 ist bewegbar zwischen einer ersten Konfiguration mit einem großen Strömungsquerschnitt, der einem Einspritzvorgang zugeordnet ist, und einer zweiten Konfiguration mit einem kleinen Strömungsquerschnitt, der einem Ausgleich von vorgeschalteten und nachgeschalteten Drücken zwischen den Einspritzvorgängen zugeordnet ist. Das Gesamtsystemfluidvolumen 80 umfasst das Ausgangsvolumen 88, das dem Ausgangs-Rail 26 zugeordnet ist, ein Verteilungsvolumen 87, das dem ersten und zweiten Verteilungsdurchgang 90 und 91 zugeordnet ist, ein Common-Rail-Volumen 81, das dem ersten und zweiten Injektor-Rail 34 und 35 zugeordnet ist, ein Rohrstückvolumen 86, das der Summe der einzelnen Rohrstückvolumen 50 zugeordnet ist, und die einzelnen nachgeschalteten Volumen 83, die der Summe der einzelnen Fluidvolumen, die den einzelnen Rückflussrückschlagventilen 60 nachgeschaltet sind, zugeordnet sind. Ein Großteil der einzelnen nachgeschalteten Volumen 83 ist das Fluidvolumen in den einzelnen Kraftstoffinjektoren 40, wenn das Rückflussrückschlagventil 60 in unmittelbarer Nähe zu den konischen Hochdruckeinlässen 43 angeordnet ist, wie in 1 gezeigt. Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist das vorgeschaltete gemeinsame Volumen 82 größer als die Summe der einzelnen nachgeschalteten Volumen 83.
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Unter Bezugnahme auf die 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines der Kraftstoffinjektoren 40 für das Kraftstoffsystem aus 1 mit seinem zugeordneten Rohrstück 50 gezeigt. Somit ist in dem Kraftstoffsystem aus 1 jedes Rückflussrückschlagventil 60 außerhalb des zugeordneten Injektorkörpers 41 angeordnet, allerdings schließt die vorliegende Offenbarung auch Common-Rail-Kraftstoffsysteme ein, in welchen das Rückflussrückschlagventil in dem Kraftstoffinjektor 40 vorgesehen ist. Das Rohrstück 50 umfasst ein Gehäuse 51 mit einem Fluiddurchgang 52, der sich zwischen einem Einlassende und einem Auslassende 54 erstreckt. Das Auslassende 54 hat eine kugelförmige Spitze 55 zum Einnehmen eines abdichteten Kontakts mit dem konischen Hochdruckeinlass 43 eines einzelnen Kraftstoffinjektors 40. Fachmänner werden erkennen, dass die vorliegende Offenbarung auch andere Rohrstückdichtanordnungen umfasst, einschließlich, aber nicht nur, Differenzwinkel von Außenkonus und Innenkonus sowie auch „flat and bite edge style”-Dichtungsanordnungen. Das Rückflussrückschlagventil 60 ist in dem Fluiddurchgang 52 positioniert. In Abhängigkeit des Aufbaus des Injektor-Rails 34 und 35, kann das Einlassende 53 des Rohrstücks 50 eine kugelförmige Oberfläche 56 oder eine konische Oberfläche 57 umfassen zum Einnehmen eines abdichtenden Kontakts mit einer anderen kugelförmigen Oberfläche oder konischen Oberfläche, die einem Injektor-Rail 34 oder 35 zugeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform umfassen die Injektor-Rails 34 und 35 kugelförmige Oberflächen, die mit den konischen Oberflächen 56 an dem Einlassende 53 der einzelnen Rohrstücke 53 in Eingriff gelangen. Obwohl nicht notwendig, können die einzelnen Rohrstücke 50 auch einen Kantenfilter umfassen.
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Das Rückflussrückschlagventil 60 umfasst ein Ventilglied 61, das in Kontakt mit einem Sitz 64 durch eine Feder 65 vorgespannt ist. Das Ventilglied 61 legt einen Fluiddurchgang 62 mit einem kleinen Strömungsquerschnitt 69 durch ihr Zentrum fest. Indes bewegt sich das Ventilglied 61 aus dem Sitz 64 zum Freigeben eines großen Strömungsquerschnitts 68, wenn hoher Druck auf eine Öffnungshydraulikoberfläche 66 wirkt, wie beispielsweise während eines Einspritzvorgangs. Dadurch wird, wenn das Ventilglied 61 sich aus dem Sitz 64 bewegt, eine großer Strömungsquerschnitt gebildet aus einer Strömung vorbei an dem Sitz 64 und durch die Seitendurchgänge, die durch das Ventilglied 61 festgelegt werden, in einen zentralen Strömungsdurchgang 62. Wenn das Ventilglied 61 in Kontakt ist mit dem Sitz 64, wie beispielsweise zwischen Einspritzvorgängen, stehen das vorgeschaltete und nachgeschaltete Segment des Strömungsdurchgangs 52 über den kleinen Strömungsquerschnitt 69 in Strömungsverbindung, der durch das Ventilglied 61 festgelegt ist. Somit kann das Rückflussrückschlagventil 60 betrachtet werden als bewegbar zwischen einer ersten Konfiguration mit einem großen Strömungsquerschnitt, wenn das Ventilglied 61 nicht im Sitz 64 ist, und einer zweiten Konfiguration, die einem kleinen Strömungsquerschnitt 69 zugeordnet ist, wenn das Ventilglied 61 in Kontakt mit dem Sitz 64 ist. Die Öffnungshydraulikoberfläche 66 ist, wie gezeigt, entgegen der Feder 65 orientiert. Dadurch ist das Ventilglied 61 über die Vorspannkraft der Feder 65 in die zweite Konfiguration vorgespannt.
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In 4 ist ein Common-Rail-Kraftstoffsystem 110 gezeigt, das sehr ähnlich zu dem Common-Rail-Kraftstoffsystem 10 ist, das der 1 zugeordnet ist, ausgenommen, dass das erste und zweite Injektor-Rail 134 und 135 aufgeteilt sind in mehrere modulare Rail/Rohrstücke 150, die in Reihe über modulare Rail-Verbindungsdurchgänge 137 in Strömungsverbindung stehen. Die modularen Rail/Rohrstücke (Akkumulatoren) 150 umfassen ein Gehäuse 151 mit einem Fluiddurchgang 152, der sich zwischen einem Einlassende 153 und einem Auslassende 154 erstreckt. Wie bei Rohrstück 50, umfassen die modularen Rail/Rohrstücke 150 eine kugelförmige Spitze an ihren Auslassenden 154 zum Aufnehmen in einen konischen Hochdruckeinlass 43 eines einzelnen Kraftstoffinjektors 40. Die modularen Rail/Rohrstücke 151 unterscheiden sich vom zuvor beschriebenen Rohrstück 50 dadurch, dass das Einlassende 153 ein Paar von Verteilungskanälen 159 umfasst, die es benachbarten modularen Rail-Rohrstücken ermöglicht, in Reihe über modulare Rail-Verbindungsdurchgänge 137 in Strömungsverbindung gesetzt zu werden, wie in 4 gezeigt ist.
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Ein Rückflussrückschlagventil 160 kann in dem Fluiddurchgang 152 positioniert werden. Das Rückflussrückschlagventil 160 umfasst ein Ventilglied 161, das in Kontakt mit einem Sitz 164 durch eine Feder 165 vorgespannt ist. Das Ventilglied 161 legt einen Strömungsdurchgang 162 durch sich hindurch fest, der einen kleinen Strömungsquerschnitt 169 umfasst. Indes, wenn das Ventilglied 161 aus seinem Sitz 164 während eines Einspritzvorgangs bewegt wird, umfasst ein großer Strömungsquerschnitt die Strömung um das Äußere des Ventilglieds 161 und durch ihren Zentraldurchgang. Das vorgeschaltete Segment des Fluiddurchgangs 52 umfasst ein länglich zylindrisch geformtes Fluidvolumen 158. Die länglich zylindrisch geformten Fluidvolumen 158 von benachbarten modularen Rail/Rohrstücken 150 sind parallel zueinander angeordnet. Die kombinierten modularen Volumen 85, die dem länglich zylindrisch geformten Volumen 58 zugeordnet sind, sind vergleichbar mit dem gemeinsamen Rail-Volumen, das dem Kraftstoffsystem 10 zugeordnet ist, das in 1 gezeigt ist. Wie das Kraftstoffsystem, das der 1 zugeordnet ist, besteht das Kraftstoffsystem 110, das in 4 gezeigt ist, aus dem Ausgabevolumen 88, das dem Ausgabe-Rail 26 der Hochdruckpumpe 20 zugeordnet ist, einem Verteilungsvolumen 87, das den Verteilungsdurchgängen 90 und 91 zugeordnet ist, einem modularen Volumen 85, das der Summe der modularen Volumen zugeordnet ist, einem Verbindungsvolumen 84, das den Verbindungsdurchgängen 137 zugeordnet ist, und den einzelnen nachgeschalteten Volumen 83, die das Fluidvolumen in dem Kraftstoffinjektor und dem Teil, das dem Rückflussrückschlagventil 160 nachgeordnet ist, darstellen. Dadurch trennen die Rückflussrückschlagventile 160 das Systemfluidvolumen 80 in ein vorgeschaltetes gemeinsames Volumen 82 und mehrere einzelne nachgeschaltete Volumen 83. Das vorgeschaltete gemeinsame Volumen 82 besteht aus dem zusammengefassten modularen Volumen 85 plus dem Verbindungsdurchgangsvolumen 84 plus dem Verteilungsvolumen 87 plus dem Ausgabevolumen 88. Wie bei der vorherigen Ausführungsform ist das vorgeschaltete gemeinsame Volumen 82 größer als die Summe der einzelnen nachgeschalteten Volumen 83, und bildet einen Großteil des Gesamtsystemfluidvolumens 80.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das Rückflussrückschlagventil 60, 160 der vorliegenden Offenbarung findet eine mögliche Anwendung in jeglichem Common-Rail-Kraftstoffsystem. Das Rückflussrückschlagventil 60, 160 der vorliegenden Offenbarung findet spezifische Anwendbarkeit in Common-Rail-Kraftstoffsystemen für Kompressions-Zündungsmotoren, in welchen Rail-Drücke von 250 MPa oder höher erreicht werden können, allerdings könnten auch Systeme mit niedrigeren Drücken von den Lehren dieser Offenbarung profitieren. Die vorliegende Offenbarung ist nicht bloß mit der Aufnahme eines Rückflussrückschlagventils in einem Common-Rail-Kraftstoffsystem verbunden, stattdessen hingegen wie dieses Rückflussrückschlagventil in die Aufteilung des Systemfluidvolumens 80 in dem Common-Rail-Kraftstoffsystem 10, 110 einbezogen wird. Die vorliegende Offenbarung erkennt, dass die Verringerung von Drucküberschreitung und Druckschwingungen sehr empfindlich auf die Anordnung des Rückflussrückschlagventils 60, 160 in Bezug auf die Volumen in dem Kraftstoffsystem 10. 110 reagiert. Die vorliegende Offenbarung lehrt, dass das Rückflussrückschlagventil 60, 160 zwischen dem größten Volumen des Kraftstoffsystems und dem kleineren Volumen angeordnet werden sollte, das dem Innenhochdruckvolumen des Kraftstoffinjektors zugeordnet ist. Das Rückflussrückschlagventil 60, 160 muss einem Übergewicht des Gesamtsystemfluidvolumens 80 nachgeschaltet angeordnet sein und selbstverständlich dem Düsenventilsitz des Kraftstoffinjektors 40 vorgeschaltet sein. Die richtige Platzierung des Rückflussrückschlagventils in Bezug auf die Volumen in dem Kraftstoffsystem kann Drucküberschreitungen innerhalb des Injektors und des restlichen Systems 10, 110 in großem Maße verringern zur Verbesserung des Zylinder-zu-Zylinder Einfülldrucks, Mengen- und Schaltungssteuerung, und auch die Flexibilität und die Steuerung aller Kraftstoffeinspritzungen, insbesondere von frühen Nacheinspritzungen, verbessern. Die durch die vorliegende Offenbarung bereitgestellten Verbesserungen sind insbesondere anwendbar auf Kraftstoffsysteme, die soviel wie 15.000 Kubikmillimeter Gesamteinfüllung pro Einspritzsequenz liefern, einschließlich Schweröl-Common-Rail-Kraftstoffsysteme wie auch solche, die destilliertem Dieselkraftstoff zugeordnet sind.
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In den 7, 8 und 9 werden identische Graphen verwendet, um die Unterschiede im Verhalten zwischen dem Kraftstoffsystem 10 (8) und 110 (9) im Vergleich zu einem im Wesentlichen identischen Kraftstoffsystem ohne Rückflussrückschlagventil, wie in 7 gezeigt, darzustellen. Jeder der Graphen zeigt eine Einspritzsequenz 200, die einen Haupteinspritzvorgang 201 und eine frühe Nacheinspritzung 202 umfasst. Die Einspritzsequenz 200 ist in Verbindung mit dem SAC-Druck in einem einzelnen Kraftstoffinjektor 40 dargestellt. Der Fachmann wird erkennen, dass der SAC das kleine Volumen nahe der Spitze eines Kraftstoffinjektors und unter dem Düsenventilsitz ist, in das sich alle Düsenauslässe öffnen. Die Graphen 7, 8 und 9 zeigen auch den Druck 205 an dem Injektoreinlass sowie den Injektor-Rail-Druck in dem Common-Rail 30. Der Graph aus 7 ist von Interesse, um zu zeigen, dass der Common-Rail-Druck 207 aufgrund vorheriger Druckwellen fluktuiert, die in dem Systemvolumen fortlaufend herumgestoßen werden (oszillieren) bevor sie dissipiert werden. 7 ist ebenso von Interesse, um zu zeigen, dass der Druck an dem Injektoreinlass wesentlich sowohl vor als auch kurz nach dem Haupteinspritzvorgang 201 und dem Nacheinspritzvorgang 202 schwankt. Diese Druckfluktuationen würden sich bemerkbar machen in Unsicherheit über die Einspritzmenge, die der frühen Nacheinspritzung zugeordnet ist, in Unterschieden in den Einspritzmengen der verschiedenen Kraftstoffinjektoren, und anderen Einfüllunterschieden und deren im Stand der Technik bekannten zugehörigen Problemen. Andererseits zeigen die Graphen aus 8 und 9, dass der Rail-Druck 207 im Wesentlichen gleichmäßig bleibt, sowohl vor, während und nach der Einspritzsequenz 200. Zusätzlich zeigt der Druck an dem Injektoreinlass 205 eine vorhersehbare Form, da sie mit der frühen Nacheinspritzung 202 verbunden ist, und schwächt sich kurz danach ab. Durch Erkennen und Kompensieren der vorhergesagten Form der Druckfluktuation 205, kann die frühe Nacheinspritzung sowohl in der Menge als auch in dem Schaltzeitpunkt genau gesteuert werden, mit verringertem Unterschied verglichen mit dem der 7 zugeordneten System, das kein Rückflussrückschlagventil umfasst. Der Graph aus 9 ist ähnlich zu dem aus 8, ausgenommen, dass der Rail-Druck 207 den Druck in den modularen Rail/Rohrstücken 150 in den länglich zylindrischen Volumen 158 darstellt.
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Wenn die Common-Rail-Kraftstoffsysteme 10, 110 im Betrieb ist, wird sich der Düsenauslass 42 von einem der Kraftstoffinjektoren 40 öffnen, um es dem Kraftstoff zu ermöglichen, in eine der Verbrennungskammern des zugeordneten Motors eingespritzt zu werden. Beispielsweise kann die Einspritzung ein Teil eines Haupteinspritzvorgangs 201 sein, wie in den 8 und 9 gezeigt. Wenn sich die Einspritzströmungsrate ausbildet, wird der Kraftstoff auf die Öffnungshydraulikoberfläche 66, 166 des Rückflussrückschlagventils wirken und dieses aus seiner zweiten Konfiguration mit dem kleinen Strömungsquerschnitt 69, 169 durch das Ventilglied 61, 161 in die erste Konfiguration mit einem größeren Strömungsquerschnitt 68, 168 bewegen. Wenn der Einspritzvorgang beendet wird, wird sich der Düsenauslass 42 schlagartig schließen und die Strömung in Richtung des Düsenauslasses 42 zu einem schlagartigen Stopp kommen, was eine hydraulische Druckstoßwelle in dem Kraftstoffinjektor 40 erzeugen kann. Wenn sich die Druckwelle in Richtung des Common-Rails 30 fortpflanzt, wird die Druckwelle und/oder die Vorspannung der Feder 65, 165 das Rückflussrückschlagventil 60, 160 veranlassen, sich von seiner ersten Konfiguration in seine zweite Konfiguration mit kleinem Strömungsquerschnitt zu bewegen. Wenn dies geschehen ist, isoliert der kleine Strömungsquerschnitt 69, 169 im Wesentlichen das vorgeschaltete gemeinsame Volumen von der Druckwelle und dient zum Dämpfen der Druckwelle. Dies wird offenkundig in den Graphen in den 8 und 9 durch den Common-Rail-Druck 207, der im Wesentlichen kurz nach dem Haupteinspritzvorgang 201 gleichmäßig bleibt. Das Rückflussrückschlagventil 60, 160 dient auch zum Dämpfen des Drucks an dem Injektoreinlass, wie durch die Kurve 205 in den 8 und 9 gezeigt wird. Wie in dieser Offenbarung verwendet, bedeutet Dämpfen, dass verglichen mit einem äquivalenten Kraftstoffsystem ohne Rückflussrückschlagventil gedämpft wird, wie jenes, das in den Graphen in 7 dargestellt ist. Anders gesagt, werden die Druckfluktuationen in den Kraftstoffsystemen 10 und 110, wie sie durch die Graphen in den 8 bzw. 9 gezeigt werden, verglichen mit den Fluktuationen, die in dem äquivalenten Kraftstoffsystem ohne Rückflussrückschlagventil, wie in 7 dargestellt, gedämpft.
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Die Vorspannung auf die Feder 65, 165 sollte derart gewählt werden, dass das Ventilglied 61, 161 eher dazu neigt, in Kontakt mit dem Sitz 64, 164 zu bleiben, als aus demselben zu springen und den Druckwellen ein Entkommen zu ermöglichen, und die Vorspannung sollte gering genug sein, dass der Einspritzdruck an dem Düsenauslass nur geringfügig kleiner ist als der Druck in dem Common-Rail. Demnach sollte die Feder stark genug sein, das Rückflussrückschlagventil zuverlässig in der zweiten Konfiguration mit kleinem Strömungsquerschnitt zwischen Einspritzvorgängen zu halten, allerdings nicht wesentlich den Fluss zu dem Injektor während der Einspritzvorgänge zu beeinflussen. Zusätzlich sollte die Größe des kleinen Strömungsquerschnitts 69, 169 groß genug sein, damit sich die Drücke an gegenüberliegenden Seiten des Rückflussrückschlagventils 60, 160 zwischen Einspritzvorgängen ausgleichen können, jedoch genügend klein sein, damit die sich fortpflanzende hydraulische Druckstoßwelle gestoppt oder gedämpft und vielleicht sogar daran gehindert wird, das vorgeschaltete gemeinsame Volumen des Common-Rail-Kraftstoffsystems 10, 110 zu erreichen. Wenn der kleine Strömungsquerschnitt 69, 169 zu klein oder gar nicht vorhanden ist, könnte man unvorhersehbare Drücke erwarten, die zwischen dem Rückflussrückschlagventil und dem Düsenauslass 42 des Kraftstoffinjektors eingeschlossen sind, und große Unsicherheiten für nachfolgende Einspritzvorgänge erzeugen, insbesondere für frühe Nacheinspritzvorgänge 202 des in den 7–9 dargestellten Typs. Demnach sollte der kleine Strömungsquerschnitt 69, 169 groß genug sein, damit der Druck nicht zwischen dem Rückflussrückschlagventil und dem Kraftstoffinjektor eingeschlossen wird, oder zu groß sein, sodass die hydraulische Druckstoßwelle nicht genügend gedämpft wird. Andererseits sollte der kleine Strömungsquerschnitt 69, 169 groß genug sein, damit sich Drücke auf gegenüberliegenden Seiten des Rückflussrückschlagventils 60, 160 schnell zwischen den Einspritzvorgängen ausgleichen können.
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Obwohl nicht leicht zu erkennen, werden Druckfluktuationen in den Kraftstoffsystemen 10, 110 auch im Fall einer Hochdruckpumpe mit mehreren Pumpelementen durch Sammeln der Ausgaben von den entsprechenden Pumpelementen in einem gemeinsamen Ausgabe-Rail 26 vor der Verteilung desselben zu den Injektor-Rails 34, 134 und 35, 135 gedämpft. Dämpfen bedeutet, gedämpft im Vergleich zu einem äquivalenten System ohne zwischengeschaltetem Ausgabe-Rail, das die Pumpenauslässe von dem Common-Rail trennt. Demnach dienen die Verteilungsdurchgänge 90 und 91 auch zum Isolieren der Injektor-Rails 34, 134 und 35, 135 von einigen der Druckwellen, die von der Hochdruckpumpe 20 ausgehen. Die ist ebenso erkennbar in den Graphen in den 8 und 9 durch den nahezu konstanten gleichmäßigen Druck 207 in dem Commen-Rail 30. Zurückkehrend auf die Einspritzsequenz wird, nach einer kurzen Verweilzeit, ein früher Nacheinspritzvorgang initiiert durch erneutes Öffnen des Düsenauslasses 42 des Kraftstoffinjektors 40. Kurze Zeit danach wird der Düsenauslass 42 wieder geschlossen. Während dieser Zeit bewegt sich das Rückflussrückschlagventil aus seiner zweiten Konfiguration mit kleinem Strömungsquerschnitt zu seiner ersten Konfiguration mit großem Strömungsquerschnitt und schnell zurück zu der zweiten Konfiguration am Ende der Einspritzsequenz.
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Es sollte nachvollzogen werden, dass die obige Beschreibung nur zum Zwecke der Illustration gedacht ist, und nicht, um den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Demnach werden Fachmänner nachvollziehen können, dass andere Aspekte der Offenbarung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfügten Ansprüche erhalten werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Ganser et al. in Schriftnummer 70 des CIMAC Kongresses 2007, Wien, Österreich [0003]
