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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Verbrennungsmotoren, und insbesondere Kraftstoffverteiler für Verbrennungsmotoren.
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Stand der Technik
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Verbrennungsmotoren für stationäre oder mobile Maschinen können mit flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff betrieben werden. Beispielsweise kann Dieselkraftstoff in einem Dieselmotor verwendet werden, um ein gewünschtes Drehmoment und einen Verbrennungswirkungsgrad zu erreichen. Gasförmiger Kraftstoff, beispielsweise Erdgas, kann in einem gastreibstoffbetriebenen Motor verwendet werden, um ein adäquates Drehmoment bereitzustellen und gleichzeitig reduzierte Kraftstoffkosten und potenziell verbesserte Emissionen zu erzielen. Einige Verbrennungsmotoren, so genannte Zweistoff-Motoren, sind für den Betrieb mit zwei verschiedenen Kraftstoffen ausgebildet. Beispielsweise können einige Zweistoff-Verbrennungsmotoren Dieselkraftstoff als Pilotkraftstoff und Erdgas als Primärkraftstoff verwenden. Unabhängig davon, ob es sich um einen Einstoff- oder einen Zweistoffmotor handelt, kann dem Einlass der Motorzylinder unter Druck stehender Kraftstoff zugeführt werden. Ein oder mehrere Kraftstoffverteiler können ein Reservoir für die Zufuhr von unter Druck stehendem Kraftstoff zum Einlass der Motorzylinder vorsehen. Der/die Kraftstoffverteiler kann/können eine Vielzahl von Einlassventilen oder Kraftstoffinjektoren des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff versorgen.
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Der Kraftstoff für den Verbrennungsmotor kann unter Druck von dem Kraftstoffverteiler zu dem Motor verlaufen. Wenn sich eines oder mehrere der mit dem Kraftstoffverteiler verbundenen Ventile öffnen, strömt Kraftstoff vom Kraftstoffverteiler zu einer Motorkomponente. Der Kraftstoff kann auf dem Weg vom Kraftstoffverteiler zu den Brennkammern des Verbrennungsmotors eine indirekte oder sogar gewundene Strecke zurücklegen. Diese Strecke vergrößert den Abstand zwischen dem Auslass des Kraftstoffverteilers und dem Verbrennungsmotor, wobei das Ansprechverhalten des Motors verringert und die Steuerung (z. B. Einlassventil, Injektor und Einlassventilsteuerung) des Motors erschwert werden kann. Zudem kann der Kraftstoff zu einem vollständig außerhalb des Kraftstoffverteilers positionierten Ventil gelangen und durch Bereiche mit unterschiedlichen Querschnittsflächen verlaufen, wobei unerwünschte Druckverluste im zugeführten Kraftstoff entstehen können.
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Das US-Patent Nr.
7,942,136 B2 an Lepsch et al., beschreibt ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor. Das Kraftstoffsystem des '136-Patents beinhaltet einen Kraftstoffverteiler, der eine Hauptleitung und vier Nebenleitungen aufweist. Jede Nebenleitung beinhaltet einen Kraftstoffauslass, der mit einem Einspritzventil verbunden ist. Die Einspritzventile sind mit einer Schelle an der Nebenleitung befestigt. Während der Kraftstoffverteiler des `136-Patents in einigen Situationen nützlich sein kann, kann er in anderen Situationen problematisch sein. Beispielsweise kann es beim Kraftstoffverteiler des '136-Patents zu einem Kraftstoffaustritt kommen, wenn sich die Schellen, die die Einspritzventile sichern, lockern oder mit der Zeit verschleißen.
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Die vorliegende Offenbarung kann eines oder mehrere der vorhergehend aufgeführten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik lösen. Der aktuelle Umfang der Offenbarung wird jedoch durch die beigefügten Ansprüche definiert, und nicht durch die Fähigkeit, irgendein spezifisches Problem zu lösen.
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Kurzdarstellung
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In einem Aspekt kann ein Kraftstoffverteiler für einen Motor einen rohrförmigen Körper mit einer Außenfläche und einer Innenfläche beinhalten, wobei die Innenfläche eine sich in Längsrichtung erstreckende Kraftstoffbohrung definiert. Der Kraftstoffverteiler kann auch eine sich senkrecht zur Kraftstoffbohrung erstreckende Ventilbohrung beinhalten, die sich durch die Außenfläche des rohrförmigen Körpers an einem ersten Ende und vollständig durch die Kraftstoffbohrung zu einem zweiten Ende erstreckt.
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In einem anderen Aspekt kann ein Kraftstoffverteilersegment für einen Verbrennungsmotor einen rohrförmigen Körper beinhalten, der eine Außenfläche und eine Innenfläche aufweist, wobei die Innenfläche eine sich in Längsrichtung erstreckende Kraftstoffbohrung definiert. Das Kraftstoffverteilersegment kann eine Ventilbohrung beinhalten, die sich durch die Außenfläche des rohrförmigen Körpers an einem ersten Ende erstreckt, und einen Auslasskanal, der eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist, wobei sich die Einlassöffnung an einer anderen Umfangsposition am rohrförmigen Körper befindet als die Auslassöffnung.
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In einem weiteren Aspekt kann ein Kraftstoffverteilersystem für einen Verbrennungsmotor, das einen Motorblock und einen Zylinderkopf mit einer dem Motorblock zugewandten unteren Fläche, einer oberen Fläche und einer Seitenfläche aufweist, eine Kraftstoffverteilerkomponente beinhalten. Die Kraftstoffverteilerkomponente kann an der Seitenfläche des Zylinderkopfs befestigt werden. Die Kraftstoffverteilerkomponente kann aufweisen: einen rohrförmigen Körper mit einer Außenfläche und einer Innenfläche, einen in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor stehenden Auslasskanal, wobei der Auslasskanal zur Oberseite des Zylinderkopfs hin offen ist, und eine Ventilbohrung, die sich durch die Außenfläche erstreckt und zur Oberseite des Zylinderkopfs hin offen ist.
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Figurenliste
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Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Spezifikation einbezogen sind und einen Teil dieser Spezifikation darstellen, veranschaulichen verschiedene exemplarische Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der offenbarten Ausführungsformen.
- 1 ist eine schematische Seitenansicht einer mobilen Maschine, die einen Verbrennungsmotor und einen Kraftstoffverteiler gemäß den Aspekten der Offenbarung aufweist;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht des Kraftstoffverteilers von 1.
- 3 ist eine Schnittansicht zweier Kraftstoffverteilersegmente von 1, gesehen entlang der Linie 3-3 von 2;
- 4 ist eine Schnittansicht eines Segments des Kraftstoffverteilers von 1, gesehen entlang der Linie 4-4 von 3; und
- 5 ist eine teilweise schematische perspektivische Ansicht des Verbrennungsmotors und eines Segments des Kraftstoffverteilers von 1.
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Ausführliche Beschreibung
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Sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung sind nur exemplarisch und erläuternd und schränken die Merkmale, wie beansprucht, nicht ein. Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweisend“, „beinhaltend“ oder andere Varianten davon einen nicht ausschließlichen Einschluss abdecken, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, der/die/das eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente beinhaltet, sondern auch andere Elemente beinhalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder für einen solchen Prozess, ein solches Verfahren, einen solchen Artikel oder eine solche Vorrichtung inhärent ist. In dieser Offenbarung werden, sofern nicht anders angegeben, relative Begriffe, wie z. B. „ungefähr“, „im Wesentlichen“, „allgemein“ oder „etwa“ verwendet, um eine mögliche Abweichung von ±10 % eines angegebenen Wertes oder Merkmals anzugeben. 1 veranschaulicht eine Maschine 10, die einen Verbrennungsmotor 12 beinhaltet. Die Maschine 10 kann, wie dargestellt, eine stationäre Maschine oder eine mobile Maschine sein. Der Verbrennungsmotor 12 kann eine primäre Leistungsquelle zum Antrieb verschiedener Komponenten der Maschine 10 vorsehen. Im Verbrennungsmotor 12 sind eine oder mehrere Zylinderbänke (-reihen) für die Verbrennung von Kraftstoff vorgesehen. In einem Aspekt kann der Verbrennungsmotor 12 ein Zweistoffmotor sein, der sowohl in einem Zweistoffmodus als auch in einem Einstoffmodus betrieben werden kann. In einem Zweistoffmodus kann der Verbrennungsmotor 12 für die Zuführung von zwei verschiedenen Kraftstoffen zu einer Brennkammer für ein einziges Verbrennungsereignis ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Brennkammer mit einer Pilotzufuhr von Dieselkraftstoff und einer Hauptzufuhr von gasförmigem Kraftstoff versorgt werden. Wie hierin verwendet, kann gasförmiger Kraftstoff Erdgas, Propangas, Methangas oder jeden anderen Kraftstoff in gasförmiger Form beinhalten, der für die Verbrennung in einem Verbrennungsmotor geeignet ist. In einem Einstoffmodus des Verbrennungsmotors 12 kann nur ein Kraftstoff, z. B. Dieselkraftstoff, für den Antrieb des Verbrennungsmotors 12 verwendet werden.
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Der Verbrennungsmotor 12 kann einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kraftstoffverteiler 14 beinhalten, der Kraftstoff von einem Vorratstank zu einem Einlass des Verbrennungsmotors 12 zuführt. Der vom Kraftstoffverteiler 14 zugeführte Kraftstoff kann ein Hauptkraftstoff für einen Zweistoffmotor oder ein Einzelkraftstoff für einen Einstoffmotor sein. Wenn der Verbrennungsmotor 12 ein Einstoffmotor ist, kann für jede Zylinderreihe ein Kraftstoffverteiler 14 vorgesehen sein. Daher kann der Kraftstoffverteiler 14 ein gemeinsamer Kraftstoffverteiler für eine Vielzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors 12 sein. Ist der Verbrennungsmotor 12 ein Zweistoff-Verbrennungsmotor, können zwei Kraftstoffverteiler 14 (einer davon in 1 dargestellt) für jede Zylinderbank vorgesehen sein. Einer der Kraftstoffverteiler 14 für jede Zylinderbank kann Flüssigkraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, bereitstellen, während der andere Kraftstoffverteiler 14 für jede Zylinderbank gasförmigen Kraftstoff, beispielsweise Erdgas, bereitstellen kann. Somit können in einer beispielhaften Ausgestaltung, bei der der Verbrennungsmotor 12 ein Zweistoff-Verbrennungsmotor mit zwei Zylinderbänken ist, insgesamt vier Kraftstoffverteiler 14 vorhanden sein.
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Der Verbrennungsmotor 12 ist beispielsweise ein 16-Zylinder-Verbrennungsmotor, der zwei Zylinderreihen aufweist. Der Verbrennungsmotor 12 kann jedoch weniger oder mehr Zylinder aufweisen. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 12 zwölf oder acht Zylinder beinhalten. Der Verbrennungsmotor 12 kann mit mehreren Zylinderbänken oder mit einer einzelnen Zylinderbank ausgebildet sein. In einem Aspekt kann der Verbrennungsmotor 12 ein 16-Zylinder Motor sein, der zwei Zylinderbänke mit je acht Motorzylindern aufweist.
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Bei einem Zweistoffmotor mit zwei Zylinderbänken können zwei Kraftstoffverteiler 14 eine Zuführung von druckbeaufschlagtem, gasförmigem Kraftstoff aufweisen. Zwei weitere Kraftstoffverteiler 14 können Dieselkraftstoff zuführen. Während alle vier dieser Kraftstoffverteiler 14 einen im Wesentlichen identischen Aufbau aufweisen können, kann es wünschenswert sein, Kraftstoffverteiler für die Zuführung von Dieselkraftstoff mit einem anderen Aufbau als die Kraftstoffverteiler 14 für die Zuführung von gasförmigem Kraftstoff vorzusehen. In einem Aspekt kann jeder der beiden Kraftstoffverteiler 14 annähernd identisch zueinander sein.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Kraftstoffverteilers 14, der an dem Verbrennungsmotor 12 in 1 angebracht ist. Der Kraftstoffverteiler 14 kann ein modularer Kraftstoffverteiler sein, der eine oder mehrere fest miteinander verbundene Kraftstoffverteilerkomponenten oder -segmente 16 aufweist. Diese verbundenen Segmente 16 beinhalten zwei gegenüberliegende Endsegmente 18, 20, und ein oder mehrere Zwischensegmente 22. Ein einlassseitiges Endsegment 18 empfängt einen Strom von druckbeaufschlagtem Kraftstoff von einer Kraftstoffzufuhrquelle, beispielsweise einer Kraftstoffpumpe, über einen Kraftstoffverteilereinlass 82. Am gegenüberliegenden Ende des Kraftstoffverteilers 14 kann ein auslassseitiges Endsegment 20 vorgesehen sein. Das auslassseitige Endsegment 20 kann an einem Längsende des Kraftstoffverteilers 14 einen Kraftstoffverteilerauslass 84 beinhalten. Der Kraftstoffverteilerauslass 84 kann mit einer luftdichten Abdeckung abgedichtet sein, kann ein Druckentlastungssystem beinhalten und/oder kann mit einer Kraftstoffrückführungskomponente verbunden sein, um einen Strom von Kraftstoff in einen Kraftstoffkreislauf, einschließlich der Druckpumpe, zurückzuführen. Während der Kraftstoffverteilereinlass und der Kraftstoffverteilerauslass 82, 84 als abgewinkelte Komponenten vorgesehen sein können, die sich annähernd senkrecht zu einer Längsrichtung des Kraftstoffverteilers 14 erstrecken, können der Kraftstoffverteilereinlass und der Kraftstoffverteilerauslass 82, 84 auch ohne Biegung vorgesehen sein, sodass sie annähernd mit dem Rest des Kraftstoffverteilers 14 fluchten. Wie aus 2 ersichtlich, können einlassseitige und auslassseitige Endsegmente 18, 20 gegenüberliegende Längsenden des Kraftstoffverteilers 14 ausbilden. Während in 2 drei Zwischensegmente 22 veranschaulicht sind, können zwischen einlassseitigem und auslassseitigem Endsegment 22 auch ein, zwei oder vier Zwischensegmente 22 vorgesehen sein. Gegebenenfalls können mehr als vier Zwischensegmente zwischen einlassseitigem und auslassseitigem Endsegment 18, 20 vorgesehen werden.
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Zur Ausbildung einer luftdichten Dichtung zwischen den beiden Segmenten 16 kann jedes Segment 16 mit einem angrenzenden Segment durch modulare Flansche 110, 112 verbunden werden. Das einlassseitige Endsegment 18 kann einen Flansch 112 an seinem ersten Längsende 42 beinhalten. Ein Zwischensegment 22 ist am einlassseitigen Endsegment 18 durch einen am zweiten Längsende 44 des Zwischensegments 22 angeordneten Flansch 110 befestigt, um eine luftdichte Dichtung zwischen dem Zwischensegment 22 und dem einlassseitigen Endsegment 18 auszubilden. Das gegenüberliegende erste Längsende 42 des Zwischensegments 22 beinhaltet einen Flansch 112. Auf diese Weise kann das Zwischensegment 22 ein Paar Flansche 110, 112 zur Verbindung mit einlassseitigen oder auslassseitigen Endsegmenten 18, 20 oder einem anderen Zwischensegment 22 beinhalten. Das auslassseitige Endsegment 20 beinhaltet einen Flansch 110 am zweiten Längsende 44 zur Verbindung mit dem Flansch 112 eines angrenzenden Zwischensegments 22.
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Der Flansch 110 beinhaltet eine Reihe von Durchgangsöffnungen 118, die mit den Sacklöchern 120 des entsprechenden Flansches 112 fluchten (siehe 3). Ein Befestigungselement, beispielsweise ein Bolzen, kann zur Sicherung jedes Paars von Segmenten 16 durch jedes Paar von fluchtenden Durchgangsöffnungen 118 und Sacklöchern 120 eingeführt werden. In einem Aspekt können die Sacklöcher 120 mit einem Innengewinde versehen sein. Während sich Sacklöcher 120 weniger als vollständig durch beide Enden des Flansches 112 erstrecken können (siehe 2 und 3), können Sacklöcher 120 stattdessen als Durchgangsöffnungen vorgesehen sein, sodass sich ein Befestigungselement vollständig durch die Öffnungen 118 erstreckt und 120 eine Befestigungsmutter aufnimmt. Gegebenenfalls kann die Position der Flansche 110, 112 in Längsrichtung umgedreht werden, sodass sich der Flansch 110 am ersten Längsende 42 befindet und der Flansch 112 am zweiten Längsende 44 vorgesehen ist.
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Die Segmente 16 des Kraftstoffverteilers 14 bilden jeweils einen rohrförmigen Körper 24 aus. Der rohrförmige Körper 24 kann eine Außenfläche 26 beinhalten, die eine Innenfläche 28 des rohrförmigen Körpers 24 umgibt. An einer ersten (z. B. oberen) Seite 30 des rohrförmigen Körpers 24 sind eine oder mehrere Ventilbohrungen 50 ausgebildet, die sich sowohl durch die Außenfläche 26 an der ersten Seite 30 als auch durch die Innenfläche 28 erstrecken (siehe 3). Eine zweite (z. B. untere) Seite 32 des rohrförmigen Körpers 24 ist diametral gegenüber der ersten Seite 30 ausgebildet. Wie aus 2 ersichtlich, kann jedes Zwischensegment 22 zwei Ventilbohrungen 50 beinhalten. Jedes einlassseitige und auslassseitige Endsegment 18, 20 kann eine Ventilbohrung 50 beinhalten. Auf diese Weise kann eine Reihe von Einlassventilen 38 (in 3 und 4 in gestrichelten Linien dargestellt) in jedem Segment 16 angeordnet sein, einschließlich des einlassseitigen Endsegments 18, des auslassseitigen Endsegments 20 und des Zwischensegments 22. Die Zwischensegmente 22 und/oder die einlassseitigen und auslassseitigen Endsegmente 18, 20 können weniger oder mehr Ventilbohrungen 50 beinhalten. Jede Ventilbohrung 50 ist zur Aufnahme eines Einlassventils 38 bemessen. Das Einlassventil 38 kann eine im Wesentlichen rechteckige oder zylindrische Form aufweisen. Für das Einlassventil 38 und die Ventilbohrung 50 können jedoch auch andere Formen verwendet werden.
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Jedes Segment 16 kann zumindest eine Auslassöffnung 64 beinhalten, die an der ersten Seite 30 des rohrförmigen Körpers 24 angeordnet ist. Jede Auslassöffnung 64 steht in Fluidverbindung mit dem Inneren des Kraftstoffverteilers 14. Wie aus 2 und 3 ersichtlich, entspricht jede Auslassöffnung 64 einem jeweiligen Einlassventil 38 und ist in Längsrichtung von einer jeweiligen Ventilbohrung 50 versetzt. Somit kann eine Auslassöffnung 64 für jedes Endsegment 18, 20 vorgesehen sein, während zwei Auslassöffnungen 64 in jedem Zwischensegment 22 vorgesehen sind.
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3 ist eine seitliche Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von 2, die Abschnitte von zwei Zwischenabschnitten 22 des Kraftstoffverteilers 14 darstellt. Wie aus 3 ersichtlich, definiert die Innenfläche 28 des rohrförmigen Körpers 24 eine sich in Längsrichtung erstreckende Kraftstoffbohrung 34. Die Kraftstoffbohrung 34 erstreckt sich durch jedes der Segmente 16, einschließlich der einlassseitigen und auslassseitigen Endsegmente 18, 20, um eine durchgehende Strecke in Längsrichtung über die gesamte Länge der Kraftstoffverteilers 14 vorzusehen (siehe 2).
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Die Kraftstoffbohrung 34 weist eine durch die Innenfläche 28 definierte Querschnittsfläche auf. Diese Querschnittsfläche kann in einer Ebene, beispielsweise der Ebene P2, gemessen werden, die sich senkrecht zur Kraftstoffbohrung 34 erstreckt. Die Innenfläche 28 ist zum Aufrechterhalten einer annähernd konstanten Querschnittsfläche an jeder Position entlang der Länge der Kraftstoffbohrung 34 geformt. Auf diese Weise kann die Querschnittsfläche der Kraftstoffbohrung 34, gemessen in der Ebene P2, ungefähr gleich der Querschnittsfläche der Bohrung 34 in der Ebene P1 an einer in Längsrichtung von der Ventilbohrung 50 beabstandeten Position sein.
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Die Ventilbohrung 50 kann sich in Längsrichtung in einer Richtung erstrecken, die orthogonal oder normal in Bezug auf die Kraftstoffbohrung 34 ist. Die Ventilbohrung 50 beinhaltet eine obere Öffnung 52, durch die ein Einlassventil 38 eingesetzt werden kann. Die obere Öffnung 52 erstreckt sich durch die Außenfläche 26 und bildet ein erstes Ende 54 der Ventilbohrung 50 an der ersten Seite 30 des rohrförmigen Körpers 24 aus. Ein zweites Ende 56 der Ventilbohrung 50, das dem ersten Ende 54 gegenüberliegt, kann an der zweiten Seite 32 des rohrförmigen Körpers 24 ausgebildet sein. Das zweite Ende 56 der Ventilbohrung 50 kann vollständig innerhalb des rohrförmigen Körpers 24 vorgesehen und durch die Innenfläche 28 definiert sein. Die Ventilbohrung 50 kann sich daher, wie in 3 dargestellt, vollständig von dem ersten Ende 54 bis zum zweiten Ende 56 durch die Kraftstoffbohrung 34 erstrecken. Eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Ventilwand 36 ist zur Aufnahme eines unteren Abschnitts des Einlassventils 38 geformt. Am zweiten Ende 56 ist ein Ventilboden 58 derart ausgebildet, dass er einer unteren Fläche des Einlassventils 38 zugewandt ist.
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In jedem Segment 16 kann im zweiten Ende 56 eine im Ventilboden 58 ausgebildete Einlassöffnung 62 vorgesehen sein. Die Einlassöffnung 62 kann allgemein mit dem zweiten Ende 56 der Ventilbohrung 50 ausgerichtet sein. Beispielsweise kann die Einlassöffnung 62 innerhalb eines äußeren Umfangs des zweiten Endes 56 der Ventilbohrung 50 und/oder innerhalb der Ventilwand 36 angeordnet sein. In einem Aspekt kann die Einlassöffnung 62 in Bezug auf eine radiale Mitte des Ventilbodens 58 versetzt ausgebildet sein. Die Einlassöffnung 62 kann auch in Längs- und Umfangsrichtung von der Auslassöffnung 64 versetzt sein. Wie beispielsweise in 3 veranschaulicht, kann sich die Einlassöffnung 62 an einer anderen Position in Umfangsrichtung am rohrförmigen Körper 24 als die Auslassöffnung 64 befinden. Die Einlassöffnung 62 kann beispielsweise entlang des rohrförmigen Körpers 24 allgemein diametral gegenüber der Auslassöffnung 64 angeordnet sein, sodass sich die Einlassöffnung 62 an der zweiten, unteren Seite 32 und die Auslassöffnung 64 an der ersten, oberen Seite 30 des Segments 16 befinden kann. 3 stellt ferner den Versatz in Längsrichtung zwischen der Einlassöffnung 62 und der Auslassöffnung 64 dar, wobei die Einlassöffnung 62 allgemein mit der Ventilbohrung 50 fluchtet und die Auslassöffnung 64 in Längsrichtung entlang des Segments 16 von der Ventilbohrung 50 beabstandet ist.
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Das Einlassventil 38 dichtet das erste Ende 54 der Ventilbohrung 50 ab. Das Einlassventil 38 kann das zweite Ende 56 der Ventilbohrung 50 gegenüber der Kraftstoffbohrung 34 strömungstechnisch abdichten. Eine Außenfläche des Einlassventils 38 beinhaltet zumindest eine Öffnung, um den Eintritt von Kraftstoff aus der Kraftstoffbohrung 34 in ein Inneres davon zu ermöglichen. Ein unterer Abschnitt des Einlassventils 38 kann sich in Reaktion auf einen Befehl einer Steuerung, beispielsweise eines Motorsteuermoduls (ECM) und/oder einer elektronischen Steuereinheit (ECU), öffnen und schließen, um kontrollierbar ein Strömen von Kraftstoff aus dem Inneren des Einlassventils 38 zur Einlassöffnung 62 zu ermöglichen. Im geöffneten Zustand sieht das Einlassventil 38 über die Einlassöffnung 62 eine Fluidverbindung zwischen der Kraftstoffbohrung 34 und einem Auslasskanal 60 vor. Im geschlossenen Zustand blockiert das Einlassventil 38 die Einlassöffnung 62 des Auslasskanals 60.
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Wie ferner in 3 dargestellt, kann sich der Auslasskanal 60 innerhalb des rohrförmigen Körpers 24 erstrecken. Der Auslasskanal 60 kann sich von der Einlassöffnung 62 am Schnittpunkt von Auslasskanal 60 und Ventilbohrung 50 bis zur Auslassöffnung 64 erstrecken. Der Auslasskanal 60 geht von der Einlassöffnung 62 über eine erste Biegung 66 in einen in Längsrichtung verlaufenden Übergangsdurchgang 72 über. Der Übergangsdurchgang 72 verläuft etwa parallel zur Kraftstoffbohrung 34. Der Übergangsdurchgang 72 endet an einer zweiten Biegung 68 und geht in einen abgewinkelten Durchgang 74 über, der sich in Bezug auf die Kraftstoffbohrung 34 schräg erstreckt. Der gewinkelte Durchgang 74, der sich von der zweiten Seite 32 aus erstreckt und über eine dritte Biegung 70 in einen geraden Durchgang 76 übergeht, der sich innerhalb der ersten Seite 30 erstreckt. Der gerade Durchgang 76 erstreckt sich, wie die Ventilbohrung 50, annähernd orthogonal zur Kraftstoffbohrung 34. Dadurch sind die Ventilbohrung 50 und der gerade Durchgang 76 in Längsrichtung gegeneinander versetzt und allgemein parallel zueinander. Die Auslassöffnung 64 des Auslasskanals 60 kann an einem Ende des geraden Durchgangs 76 vorgesehen sein. Daher sieht der Auslasskanal, wie aus 3 ersichtlich, einen direkten Durchgang von einem im Inneren des Kraftstoffverteilers 14 angeordneten Einlassventil 38 und einem Auslass, der Auslassöffnung 64, des Kraftstoffverteilers 14 vor.
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4 ist eine Schnittansicht des Kraftstoffverteilersegments 16, gesehen von 4-4 von 3. Wie aus 4 ersichtlich, ist die Ventilbohrung 50 derart geformt, dass sie von einer Mitte der Kraftstoffbohrung 34 versetzt ist. Die Ventilbohrung 50 kann zum Beispiel an einer Position zentriert sein, die von der Mitte der Kraftstoffbohrung 34 versetzt ist. Dieser Versatz kann in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Kraftstoffverteilersegments 16 und senkrecht zu einer Richtung sein, in der das Einlassventil 38 eingesetzt werden kann. Eine Ausbuchtung 40 der Kraftstoffbohrung 34 erstreckt sich nach außen aus der Ventilbohrung 50 heraus. Die Ausbuchtung 40 vergrößert die Querschnittsfläche im Bereich der Ventilbohrung 50, um der Querschnittsverkleinerung entgegenzuwirken, die beim Einsetzen des Einlassventils 38 in die Ventilbohrung 50 auftritt.
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Die Ausbuchtung 40 kann einen Bereich bilden, in dem der rohrförmige Körper 24 zur Bildung eines konvexen Außenbereichs mit einer konkaven Innenfläche 28 der Kraftstoffbohrung 34 vorsteht. Die Ausbuchtung 40 ist zum Vorsehen einer Querschnittsfläche am Einlassventil 38 geformt, die ungefähr der Querschnittsfläche an Stellen stromaufwärts und stromabwärts des Einlassventils 38 entlang der Kraftstoffbohrung 34 entspricht. Die Ausbuchtung 40 kann angrenzend an die Ventilbohrung 50 an einem hinteren (dem Motor zugewandten) Abschnitt 46 des Kraftstoffverteilers 14 vorgesehen sein, der die hintere Montagehalterung 114 umfasst. Dieser hintere Abschnitt 46 liegt einem vorderen (nach außen weisenden) Abschnitt 48 diametral gegenüber, an dem eine vordere Montagehalterung 116 vorgesehen ist. Die hintere Montagehalterung 114 ist außerhalb der Ausbuchtung 40 vorgesehen und enthält eine Durchgangsöffnung 124, in das ein Befestigungselement, wie z. B. ein Bolzen, zur Befestigung des Segments 16 an einem Abschnitt eines Zylinderkopfes 90 des Verbrennungsmotors 12 eingesetzt werden kann. Die vordere Montagehalterung 116 kann ein oder mehrere Sacklöcher 122 zum Einsetzen eines Befestigungselements, wie beispielsweise eines Bolzens, beinhalten. Ein Schutzschild (nicht dargestellt) kann über die vordere Montagehalterung 116 mit dem Segment 16 verbunden werden, um es außerhalb des Verbrennungsmotors 12 zu positionieren.
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5 ist eine perspektivische Seitenansicht, die den Verbrennungsmotor 12 veranschaulicht, wobei ausgewählte Komponenten nicht dargestellt sind, um eine freie Sicht auf den Verbrennungsmotor 12 und den Kraftstoffverteiler 14 zu ermöglichen. Wie in 5 dargestellt, kann der Verbrennungsmotor 12 einen Zylinderkopf 90 mit ersten und zweiten Seiten 92, 94 beinhalten. Der Verbrennungsmotor 12 umfasst einen Motorblock 96, an dem der Zylinderkopf 90 befestigt ist. Der Zylinderkopf 90 und der Motorblock 96 definieren zusammen eine Vielzahl von Motorzylindern, in denen Brennkammern zum Antrieb der Kolben des Verbrennungsmotors 12 vorgesehen sind. Der Verbrennungsmotor 12 ist für den Antrieb verschiedener Komponenten der mobilen Maschine 10, wie etwa des Antriebsstrangs, des elektrischen Systems usw., funktionsfähig verbunden.
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Das Segment 16 des Kraftstoffverteilers 14 kann über die hintere Montagehalterung 114 an einer Fläche der ersten Seite 92 des Zylinderkopfs 90 befestigt sein. Der hintere Abschnitt 46 des Segments 16 ist der ersten Seite 92 des Zylinderkopfs 90 zugewandt, während der vordere Abschnitt 48 vom Zylinderkopf 90 nach außen weist. Ist der Kraftstoffverteiler 14 an der ersten Seite 92 des Motorkopfes 90 montiert, kann die erste Seite 30 des Kraftstoffverteilers 14 allgemein nach oben weisen.
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An einer zweiten Seite 94 des Zylinderkopfes 90 kann eine Ansaugkomponente des Verbrennungsmotors 12, zum Beispiel ein Ansaugkanal 98, befestigt sein. Der Ansaugkanal 98 umfasst einen stromaufwärts gelegenen Abschnitt 102 und einen gegenüberliegenden stromabwärts gelegenen Abschnitt 104, die miteinander in Fluidverbindung stehen. Das Segment 16 des Kraftstoffverteilers 14 ist über eine Zufuhrrohranordnung oder Druckleitung 80 mit dem Ansaugkanal 98 fluidisch verbunden. Die Druckleitung 80 erstreckt sich von der Auslassöffnung 64 des Auslasskanals 60 zu einem Kraftstoffeinlasseingang 100 des Ansaugkanals 98. Der Kraftstoffeinlasseingang 100 ist strömungstechnisch mit einem Innenraum des Ansaugkanals 98 verbunden, der sich zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt 102 und dem stromabwärtigen Abschnitt 104 erstreckt. Auf diese Weise wird über die Druckleitung 80 ein Weg für unter Druck stehenden Kraftstoff vom Kraftstoffverteiler 14 zum Ansaugkanal 98 hergestellt. Während die Druckleitung 80, wie in 5 dargestellt, zu einem Ansaugkanal 98 vorgesehen sein kann, kann sich die Druckleitung 80 stattdessen von der Auslassöffnung 64 zu einem Kraftstoffinjektor für den Verbrennungsmotor 12 erstrecken, die Kraftstoff direkt in die Brennkammer einspeist.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Der hierin offenbarte Kraftstoffverteiler 14 kann in jedem geeigneten Verbrennungsmotor, einschließlich Zweistoff- und Einstoffmotoren, eingesetzt werden. Der hierin offenbarte Kraftstoffverteiler 14 kann das Einschwingverhalten eines Verbrennungsmotors verbessern. In einem Aspekt kann ein Weg des Kraftstoffs von einem Einlassventil 38 zu einem Ansaugkanal 98 durch die offenbarte Kraftstoffverteilerkonfiguration verkürzt werden. In einem weiteren Aspekt kann ein Druck entlang der Länge eines Kraftstoffverteilers zuverlässiger auf einem annähernd konstanten Niveau über jedes Einlassventil 38 gehalten werden. Daher kann, wenn der Verbrennungsmotor 12 einen Übergangszustand erfährt, in dem der Leistungsbedarf steigt oder sinkt, die Reaktionsfähigkeit des Verbrennungsmotors 12 erleichtert werden, da der Kraftstoffverteiler 14 eine ausreichende Menge und einen ausreichenden Druck an Kraftstoff liefert, um den wechselnden Bedarf zu befriedigen und problematische Druckschwankungen des aus dem Kraftstoffverteiler 14 austretenden Kraftstoffs zu minimieren.
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Während des Betriebs der Maschine 10 führt der Verbrennungsmotor 12 zur Erzeugung von Leistung die Verbrennung einer oder mehrerer Arten von Kraftstoff durch. Jeder dieser Kraftstoffe kann dem Kraftstoffverteiler 14 unter Druck zugeführt werden. Zum Beispiel kann die Maschine 10 eine Kraftstoffquelle (z. B. einen Kraftstofftank) enthalten, die über ein Absperrventil und einen Regler mit dem Kraftstoffverteiler 14 in Fluidverbindung steht, um den Kraftstoffverteiler 14 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff zu versorgen.
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Mit Bezug auf die 2 und 3 wird der druckbeaufschlagte Kraftstoff bei geöffnetem Absperrventil während des Betriebs der Maschine 10 vom Kraftstoffverteilereinlass 82 an einem Längsende des Kraftstoffverteilers 14 aufgenommen. Der druckbeaufschlagte Kraftstoff wird innerhalb der durch die Innenfläche 28 des einlassseitigen Endsegments 18 definierten Kraftstoffbohrung 34 gehalten. Mit Bezug auf 3 und 4 kann der in der Kraftstoffbohrung 34 jedes Segments 16 enthaltene Kraftstoff zumindest einen Teil des Außenumfangs des Einlassventils 38 innerhalb der Kraftstoffbohrung 34 umgeben. Jedes Einlassventil 38 umfasst zumindest eine Öffnung, die selektiv die Verbindung mit dem Auslasskanal 60 ermöglicht. Wenn sich das Einlassventil 38 öffnet, kann der Kraftstoff in den Auslasskanal 60 an der zweiten Seite 32 des rohrförmigen Körpers 26 strömen. Unter Druck stehender Kraftstoff tritt in den Auslasskanal 60 ein, wenn eine Steuerung (nicht dargestellt) den Befehl zum Öffnen des Einlassventils 38 gibt. Der Befehl zum Öffnen des Einlassventils 38 kann von der Steuerung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in Bezug auf die Motoranforderung und die Kolbenposition ausgegeben werden.
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Zurückkehrend zu 3, kann druckbeaufschlagter Kraftstoff über die Einlassöffnung 62, die nur bei geöffnetem Einlassventil 38 zugänglich ist, in den Auslasskanal 60 einströmen. Folglich tritt, wenn das Einlassventil 38 in Reaktion auf einen Befehl von einer Steuerung geöffnet wird, Kraftstoff in die Einlassöffnung 62 ein, durchquert die erste Biegung 66 und fließt entlang des Übergangsdurchgangs 72 in eine Richtung, die ungefähr parallel zur Kraftstoffbohrung 34 verläuft. Der druckbeaufschlagte Kraftstoff geht an der zweiten Biegung 68 in einen abgewinkelten Durchgang 74 über, um von der zweiten Seite 32 zur ersten Seite 30 zu strömen und schließlich über die dritte Biegung 70 die Auslassöffnung 64 am Ende des geraden Durchgangs 76 zu erreichen. Somit bietet der Auslasskanal 60 einen abgekürzten und direkten Durchgang für den von der Kraftstoffbohrung 34 zur Auslassöffnung 64 fließenden Kraftstoff, wenn sich das Einlassventil 38 in einer offenen Position befindet.
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Sobald der druckbeaufschlagte Kraftstoff die Auslassöffnung 64 am Ende des Auslasskanals 60 erreicht, tritt der Kraftstoff in die Druckleitung 80 ein, wie in 5 dargestellt. Die Druckleitung 80 bietet einen direkten Durchgang vom Segment 16 zum Kraftstoffeinlasseingang 100, sodass der druckbeaufschlagte Kraftstoff unmittelbar nach dem Öffnen des Einlassventils 38 in den Ansaugkanal 98 eintreten kann. Darüber hinaus ist, wie aus 5 ersichtlich, kein Einlassventil zwischen der Auslassöffnung 64 und dem Kraftstoffeinlasseingang 100 erforderlich.
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Der Ansaugkanal 98 stellt einen Ladeluftstrom zu einer Brennkammer des Verbrennungsmotors 12 bereit. Druckbeaufschlagter Kraftstoff, der über die Druckleitung 80 zum Kraftstoffeinlasseingang 100 fließt, kann mit einem ausreichenden Druck bereitgestellt werden, um sich mit der vom stromaufwärts gelegenen Abschnitt 102 zum stromabwärts gelegenen Abschnitt 104 strömenden Ladeluft zu verbinden und zu vermischen. Ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft kann, nachdem es den stromabwärts gelegenen Abschnitt 104 passiert hat, in den Zylinderkopf 90 eintreten. Ein oder mehrere Einlassventile können anschließend das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors 12 eintreten lassen.
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Der hierin offenbarte Kraftstoffverteiler 14 kann eine Kraftstoffbohrung mit einer annähernd konstanten Querschnittsfläche vorsehen. Auf diese Weise können Druckabfälle während der Bewegung des Kraftstoffs in den und aus dem Kraftstoffverteiler 14 reduziert werden, was das Einschwingverhalten verbessert und eine gleichmäßigere Kraftstoffzufuhr gewährleistet. Zusätzlich kann die Anordnung der verschiedenen Komponenten des Kraftstoffverteilers 14 und die Anordnung des Kraftstoffverteilers selbst einen abgekürzten Durchgang zu einem Einlassventil und einen abgekürzten Durchgang von einem Auslasskanal zu einer Einlasskomponente eines Verbrennungsmotors bieten. Diese Aspekte können zu einer verbesserten Leistung unter veränderlichen Bedingungen und einem verbesserten Ansprechverhalten führen.
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Für Fachleute auf dem Gebiet ist offensichtlich, dass an der offenbarten Vorrichtung verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen der Offenbarung werden für Fachleute auf dem Gebiet unter Berücksichtigung der Spezifikation und einem Praktizieren der verschiedenen hierin offenbarten Erfindung offensichtlich sein. Die Spezifikation und die Beispiele sollen lediglich als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Umfang und Geist der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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