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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kraftstoffsystem eines Motors.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Verbrennungsmotoren werden zum Antreiben z. B. einer Reihe unterschiedlicher Fahrzeugtypen genutzt. Ein Kraftstoffeinspritzsystem führt Kraftstoff in die Brennkammern des Motors zur Zündung ein, um den Motor anzutreiben. Zum Betanken von Verbrennungsmotoren wird eine Reihe unterschiedlicher Kraftstoffe verwendet, darunter Erdgas, z. B. komprimiertes Erdgas (in Dampfform).
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Kraftstoffeinspritzsysteme können über Direkteinspritzvorrichtungen verfügen, die Kraftstoff direkt zu den Brennkammern des Verbrennungsmotors weiterleiten. Kraftstoffeinspritzsysteme können auch über Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtungen verfügen, die Kraftstoff zu dem Ansaugkanal stromaufwärts des Einlassventils und der Brennkammer weiterleiten. Bei Saugrohr-Einspritzvorrichtungen wird eingespritzter Kraftstoff vor Erreichen der Brennkammer mit Ansaugluft vermischt.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt kostengünstige Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbrennungsmotoren bereit.
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In einer Form der Offenbarung umfasst ein Kraftstoffsystem Folgendes: eine Quelle eines Kraftstoffs; einen Kraftstoffverteiler in Fluidverbindung mit der Kraftstoffquelle, um eine Menge des Kraftstoffs mit einem Kraftstoffverteilerdruck anzusammeln; eine Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fluidverbindung mit dem Kraftstoffverteiler, um einen Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtungsanteil der Menge des Kraftstoffs mit dem Kraftstoffverteilerdruck aufzunehmen; eine Direkt-Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fluidverbindung mit dem Kraftstoffverteiler, um einen Direkt-Kraftstoffeinspritzvorrichtungsanteil der Menge des Kraftstoffs mit dem Kraftstoffverteilerdruck aufzunehmen; einen Zylinder, der eine Brennkammer definiert; und einen Ansaugkanal, der der Brennkammer selektiv Luft zuführt, wobei die Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fluidverbindung mit dem Ansaugkanal steht, um dem Ansaugkanal den Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtungsanteil der Menge des Kraftstoffs selektiv zuzuführen, wobei die Direkt-Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fluidverbindung mit der Brennkammer steht, um der Brennkammer den Direkt-Kraftstoffeinspritzvorrichtungsanteil der Menge des Kraftstoffs zuzuführen.
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In einem Beispiel hierfür umfasst die Kraftstoffquelle einen Kraftstofftank.
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In einem weiteren Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffsystem ferner Folgendes: einen Druckregler in Fluidverbindung mit der Kraftstoffquelle und dem Kraftstoffverteiler, wobei die Kraftstoffquelle einen Kraftstoffquellendruck aufrechterhält, der höher als der Kraftstoffverteilerdruck ist.
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In einem weiteren Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffsystem ferner ein Einlassventil, das positioniert ist, um in einer geschlossenen Position des Einlassventils eine Fluidverbindung zwischen dem Ansaugkanal und der Brennkammer selektiv zu beschränken, wobei das Einlassventil eine offene Position aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen dem Ansaugkanal und der Brennkammer ermöglicht.
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In einem weiteren Beispiel hierfür umfasst die Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine erste Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtung und umfasst der Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtungsanteil der Menge des Kraftstoffs einen ersten Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtungsanteil der Menge des Kraftstoffs, und wobei das Kraftstoffsystem ferner Folgendes umfasst: eine zweite Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fluidverbindung mit dem Kraftstoffverteiler, um einen zweiten Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtungsanteil der Menge des Kraftstoffs mit dem Kraftstoffverteilerdruck aufzunehmen, wobei die zweite Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fluidverbindung mit dem Ansaugkanal steht, um dem Ansaugkanal den zweiten Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtungsanteil der Menge des Kraftstoffs selektiv zuzuführen.
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In einer weiteren Form der Offenbarung umfasst ein Saugrohr-Kraftstoffeinspritzsystem Folgendes: ein Kraftstoffverteilersystem; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, die dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung einer Vielzahl von Anschlüssen eines Motorzylinders Kraftstoff von dem Kraftstoffverteilersystem zuzuführen; eine erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss, die dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung einem der Vielzahl von Anschlüssen Kraftstoff von dem Kraftstoffverteilersystem zuzuführen; und eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss, die dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung einem anderen der Vielzahl von Anschlüssen Kraftstoff von dem Kraftstoffverteilersystem zuzuführen.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Saugrohr-Kraftstoffeinspritzsystem ferner Folgendes: eine einzelne Steuerung, die dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, indem sie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss jeweils für einen im Wesentlichen gleichen Zeitraum aktiviert.
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In einem Beispiel hierfür stellt die einzelne Steuerung selektiv eine erste Spannung für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss bereit und stellt die einzelne Steuerung selektiv eine zweite Spannung für die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und für die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss bereit, wobei die erste Spannung höher als die zweite Spannung ist.
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In einem weiteren Beispiel hierfür umfasst das Saugrohr-Kraftstoffeinspritzsystem ferner Folgendes: eine einzelne Steuerung, die dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, der einen Schwellenwert überschreitet, indem sie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss jeweils für einen im Wesentlichen gleichen Zeitraum aktiviert, wobei die einzelne Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, der unter dem Schwellenwert liegt, indem sie die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss aktiviert, ohne die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss zu aktivieren.
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In einem Beispiel hierfür umfasst die einzelne Steuerung eine Motorsteuereinheit.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffverteilersystem einen einzelnen Kraftstoffverteiler, der der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, der ersten Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss Kraftstoff zuführt.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Saugrohr-Kraftstoffeinspritzsystem ferner Folgendes: einen Motor, wobei das Kraftstoffverteilersystem Kraftstoff für den Motor aufnimmt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Saugrohr-Kraftstoffeinspritzsystem Folgendes: ein Kraftstoffverteilersystem; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, die dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung einer Vielzahl von Anschlüssen eines Motorzylinders Kraftstoff von dem Kraftstoffverteilersystem zuzuführen; eine erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss, die dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung der Vielzahl von Anschlüssen eines Motorzylinders Kraftstoff von dem Kraftstoffverteilersystem zuzuführen; und eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss, die dazu konfiguriert ist, bei Aktivierung der Vielzahl von Anschlüssen eines Motorzylinders Kraftstoff von dem Kraftstoffverteilersystem zuzuführen.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Saugrohr-Kraftstoffeinspritzsystem ferner Folgendes: eine einzelne Steuerung, die dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, indem sie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss jeweils für einen im Wesentlichen gleichen Zeitraum aktiviert.
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In einem Beispiel hierfür stellt die einzelne Steuerung selektiv eine erste Spannung für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss bereit und stellt die einzelne Steuerung selektiv eine zweite Spannung für die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und für die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss bereit, wobei die erste Spannung höher als die zweite Spannung ist.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Saugrohr-Kraftstoffeinspritzsystem ferner Folgendes: eine einzelne Steuerung, die dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, der einen Schwellenwert überschreitet, indem sie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss jeweils für einen im Wesentlichen gleichen Zeitraum aktiviert, wobei die einzelne Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, der unter dem Schwellenwert liegt, indem sie die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss aktiviert, ohne die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss zu aktivieren.
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In einem Beispiel hierfür umfasst die einzelne Steuerung eine Motorsteuereinheit.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffverteilersystem einen einzelnen Kraftstoffverteiler, der der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, der ersten Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss Kraftstoff zuführt.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffverteilersystem einen Kraftstoffverteiler mit hohem Durchfluss, der der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss Kraftstoff zuführt, und einen Kraftstoffverteiler mit geringem Durchfluss, der der ersten Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss Kraftstoff zuführt.
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In einem weiteren Beispiel hierfür umfasst das Saugrohr-Kraftstoffeinspritzsystem ferner Folgendes: einen Motor, wobei das Kraftstoffverteilersystem Kraftstoff für den Motor aufnimmt.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Kraftstoffsystem Folgendes: einen Ansaugkanal; einen ersten Verteilerkanal, der mit dem Ansaugkanal in Fluidverbindung steht; einen zweiten Verteilerkanal, der mit dem Ansaugkanal in Fluidverbindung steht; einen Zylinder, der eine Brennkammer definiert, wobei der erste Verteilerkanal es ermöglicht, dass die Brennkammer mit dem Ansaugkanal in Fluidverbindung gebracht wird, wobei der zweite Verteilerkanal es ermöglicht, dass die Brennkammer mit dem Ansaugkanal in Fluidverbindung gebracht wird, wobei der erste Verteilerkanal stromabwärts von dem Ansaugkanal und stromaufwärts von dem Verbrennungszylinder positioniert ist, wobei der zweite Verteilerkanal stromabwärts von dem Ansaugkanal und stromaufwärts von dem Verbrennungszylinder positioniert ist, wodurch Fluid in dem Ansaugkanal einen von dem ersten Verteilerkanal und dem zweiten Verteilerkanal wählen muss, um von dem Ansaugkanal in die Brennkammer zu fließen; und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss in Fluidverbindung mit dem Ansaugkanal stromaufwärts von dem ersten Verteilerkanal und stromaufwärts von dem zweiten Verteilerkanal, wobei ein hoher Kraftstofffluss von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss die Brennkammer durch eines von Folgenden erreichen kann: den ersten Verteilerkanal allein, den zweiten Verteilerkanal allein und eine Kombination des ersten Verteilerkanals und des zweiten Verteilerkanals.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffsystem ferner eine erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss, die in selektiver Fluidverbindung mit der Brennkammer steht.
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In einem Beispiel hierfür steht die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss stromabwärts von dem Ansaugkanal und stromaufwärts von der Brennkammer mit dem ersten Verteilerkanal in Fluidverbindung.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffsystem ferner eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss, die in selektiver Fluidverbindung mit der Brennkammer steht.
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In einem Beispiel hierfür steht die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss stromabwärts von dem Ansaugkanal und stromaufwärts von der Brennkammer mit dem ersten Verteilerkanal in Fluidverbindung und steht die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss stromabwärts von dem Ansaugkanal und stromaufwärts von der Brennkammer mit dem zweiten Verteilerkanal in Fluidverbindung.
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In einem weiteren Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffsystem ferner eine einzelne Steuerung, die dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, indem sie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss jeweils für einen im Wesentlichen gleichen Zeitraum aktiviert.
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In einem Beispiel hierfür stellt die einzelne Steuerung selektiv eine erste Spannung für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss bereit und stellt die einzelne Steuerung selektiv eine zweite Spannung für die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und für die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss bereit, wobei die erste Spannung höher als die zweite Spannung ist.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffsystem ferner eine einzelne Steuerung, die dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, der einen Schwellenwert überschreitet, indem sie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss jeweils für einen im Wesentlichen gleichen Zeitraum aktiviert, wobei die einzelne Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, der unter dem Schwellenwert liegt, indem sie die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss und die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss aktiviert, ohne die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss zu aktivieren.
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In einem Beispiel hierfür umfasst die einzelne Steuerung eine Motorsteuereinheit.
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In einem Beispiel hierfür umfasst das Kraftstoffsystem ferner einen Kraftstoffverteiler, der angeordnet ist, um der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, der ersten Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss sowie der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss Kraftstoff zuzuführen.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Dampfsaugrohr-Kraftstoffeinspritzsystem einen Kraftstoffverteiler; eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss, die einen Einlass, der an den Kraftstoffverteiler fluidgekoppelt ist, um in dem Kraftstoffverteiler enthaltenen Kraftstoffdampf aufzunehmen, und einen Auslass in Strömungsverbindung mit einer Vielzahl von Kraftstoffverteilerkanälen beinhaltet; eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen mit geringem Durchfluss, die eine erste Einspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss mit einem an den Kraftstoffverteiler fluidgekoppelten Einlass und einem Auslass in Strömungsverbindung mit einem der Kraftstoffverteilerkanäle und eine zweite Einspritzvorrichtung mit geringem Durchfluss mit einem an den Kraftstoffverteiler fluidgekoppelten Einlass und einem Auslass in Strömungsverbindung mit einem anderen der Kraftstoffverteilerkanäle beinhaltet, wobei jeder der Kraftstoffverteilerkanäle in Strömungsverbindung mit einem Anschluss eines Zylinders eines Motors steht; und eine einzelne Steuerung, die elektrisch mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss gekoppelt ist, um die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss mit Leistung zu versorgen, und elektrisch mit der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen mit geringem Durchfluss gekoppelt ist; wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, auf einen Kraftstoffbedarf zu reagieren, indem sie jede von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss und der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen mit geringem Durchfluss für im Wesentlichen den gleichen Zeitraum aktiviert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehend genannten und andere Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung und die Art und Weise, sie zu erreichen, ergeben sich klarer und werden verständlicher durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei Folgendes gilt:
- 1 ist eine schematische Darstellung von Abschnitten eines Motors mit einem Motorzylinder, der angeordnet ist, um Kraftstoff von einer Direkt-Kraftstoffeinspritzvorrichtung (direct fuel injector, nachfolgend „DI“) und einer Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtung (port fuel injector, nachfolgend „PFI“) aufzunehmen, wobei sowohl die DI als auch die PFI Kraftstoff mit dem gleichen Druck von einem gemeinsamen Kraftstoffverteiler aufnehmen;
- 2 ist eine schematische Darstellung von Abschnitten eines Motors mit einem Motorzylinder, der angeordnet ist, um Kraftstoff von einer DI und einem Paar von PFIs aufzunehmen, wobei sowohl die DI als auch die PFIs Kraftstoff mit dem gleichen Druck von einem gemeinsamen Kraftstoffverteiler aufnehmen;
- 3 ist eine schematische Darstellung eines Motorzylinders, der angeordnet ist, um Kraftstoff von drei PFIs aufzunehmen, einschließlich zwei PFIs mit geringem Durchfluss und einer PFI mit hohem Durchfluss, wobei alle drei PFIs in Fluidverbindung mit einem gemeinsamen Kraftstoffverteiler stehen, der allen drei PFIs Kraftstoff mit dem gleichen Druck zuführt;
- 4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine primäre Steuerung der in 3 gezeigten Anordnung darstellt;
- 5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine sekundäre Steuerung der in 3 gezeigten Anordnung darstellt; und
- 6 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Motorzylinders, der angeordnet ist, um Kraftstoff von drei PFIs aufzunehmen, einschließlich zwei PFIs mit geringem Durchfluss und einer PFI mit hohem Durchfluss, wobei alle drei PFIs in Fluidverbindung mit einem gemeinsamen Kraftstoffverteiler stehen, der allen drei PFIs Kraftstoff mit dem gleichen Druck zuführt.
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Entsprechende Bezugszeichen geben entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten an. Die in dieser Schrift dargelegten Beispielsgebungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung, und solche Beispielsgebungen sollen nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise einschränken.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Um ein Verständnis der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu fördern, wird nun auf die Ausführungsformen Bezug genommen, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind, die nachstehend beschrieben sind. Die Ausführungsformen, die in dieser Schrift offenbart sind, erheben keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit und sollen die Offenbarung nicht auf die genaue Form beschränken, die in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbart ist. Vielmehr wurden die Ausführungsformen gewählt und beschrieben, sodass ein anderer Fachmann ihre Lehren nutzen können. Somit ist dadurch keine Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Offenbarung beabsichtigt. Entsprechende Bezugszeichen geben entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten an.
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In der gesamten Offenbarung und in den Patentansprüchen wird in einigen Fällen numerische Terminologie, wie etwa erste, zweite, dritte und vierte, in Bezug auf verschiedene Komponenten oder Merkmale verwendet. Eine solche Verwendung soll keine Reihenfolge der Komponenten oder Merkmale angeben. Vielmehr wird die numerische Terminologie verwendet, um dem Leser beim Identifizieren der Komponente oder Merkmale, auf die verwiesen wird, zu helfen, und sie sollte nicht so eng interpretiert werden, dass sie eine bestimmte Reihenfolge von Komponenten oder Merkmalen bereitstellt. Unter dem Begriff koppeln wird entweder ein direktes oder indirektes koppeln verstanden.
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Bezugnehmend auf 1 stellt der Zylinder 10 einen Zylinder eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 11 (nachfolgend „IC-Motor“ (internal combustion engine)) dar. Sämtliche Zylinder des Mehrzylinder-IC-Motors §§ können wie in 1 gezeigt angeordnet sein. Der Zylinder 10 umgibt den Kolben 12 und führt in herkömmlicher Weise die Hin- und Herbewegung des Kolbens 12. Der Kolben 12 ist drehbar an eine Kolbenstange gekoppelt, die mit einer Motorkurbelwelle zusammenwirkt, um die Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 in herkömmlicher Weise in eine Drehung der Motorkurbelwelle zu übertragen.
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1 zeigt das Einlassventil 14, das so positioniert und betätigbar ist, dass es selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem Ansaugkanal 16 und der Brennkammer 18 des Zylinders 10 ermöglicht. Insbesondere wird das Einlassventil 14 durch eine Steuerung 19, wie etwa eine Motorsteuereinheit (im Folgenden „ECU“ (engine control unit)) gesteuert. Der Ansaugkanal 16 stellt der Brennkammer 18 zusammen mit einem durch die PFI 20 (nachfolgend genauer beschrieben) bereitgestellten Kraftstoff Luft bereit. Der Kraftstoff kann der Brennkammer 18 auch über die DI 22 bereitgestellt werden. Nach dem Verbrennen von Kraftstoff und Luft in der Brennkammer 18 werden Abgase aus der Brennkammer 18 durch das Auslassventil 24 entlüftet. Wie das Einlassventil 14 wird auch das Auslassventil 24 durch die ECU gesteuert.
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Die PFI 20 ist so positioniert, dass sie dem Ansaugkanal 16 stromaufwärts von dem Einlassventil 14 Kraftstoff zuführt. Die DI ist so positioniert, dass sie Kraftstoff direkt in die Brennkammer 18 zuführt. Der Kraftstoffverteiler 26 führt sowohl der PFI 20 als auch der DI 22 Kraftstoff mit gleichem Druck zu. Damit der Kraftstoffverteiler 26 sowohl der PFI 20 als auch der DI 22 Kraftstoff zuführen kann, sind PFI 20 sowie DI 22 so angeordnet, dass sie den Kraftstoffverteiler 26 schneiden.
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Der Kraftstoffverteiler 26 fungiert als Sammler, um den der PFI 20 und der DI 22 zuzuführenden Kraftstoff mit dem gewünschten Arbeitsdruck zu speichern. Genauer ist der Kraftstoffverteiler 26 mit dem Kraftstofftank 28 (z. B. einem Fahrzeugkraftstofftank) fluidverbunden. Der Kraftstoff im Kraftstofftank 28 wird auf einem Druck gehalten, der höher ist als der Solldruck des Kraftstoffverteiler 26. Ein Druckregler 30 ist im Fluidpfad zwischen dem Kraftstofftank 28 und dem Kraftstoffverteiler 26 positioniert, um den Solldruck in dem Kraftstoffverteiler 26 aufrechtzuerhalten. In einem Ausführungsbeispiel ist der Druckregler 30 ein mechanischer Druckregler.
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In einer alternativen Ausführungsform kann Kraftstoff im Kraftstofftank 28 zu dem Kraftstoffverteiler 26 weitergeleitet werden, wenn die ECU ein Ventil öffnet (das anstelle des Druckreglers 30 genutzt wird), das im Fluidpfad zwischen dem Kraftstofftank 28 und dem Kraftstoffverteiler 26 positioniert ist. Temperatur- und Drucksensoren, die so positioniert und angeordnet sind, dass sie den Druck und die Temperatur des Kraftstoffverteilers 26 ablesen, liefern Temperatur- und Druckmesswerte an die ECU, die in dieser alternativen Ausführungsform dazu verwendet werden können, der ECU die Aufrechterhaltung eines ordnungsgemäßen Arbeitsdrucks in dem Kraftstoffverteiler 26 durch Betätigung des Wertes zu erleichtern.
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In einer Beispielsgebung der vorliegenden Offenbarung wird der Kraftstoffverteiler 26 auf einem Druck von 8 bar gehalten, während der Kraftstofftank 28 auf einem Druck von über 200 bar gehalten wird. Bei dem in dieser Beispielsgebung der vorliegenden Offenbarung eingesetzten Kraftstoff kann es sich um komprimiertes Erdgas (im Folgenden „CNG“ (compressed natural gas)) handeln.
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2 veranschaulicht einen Zylinder 10a mit einem Paar von Ansaugkanälen 16a mit einem entsprechenden Paar von Einlassventilen (nicht gezeigt), einem Paar von PFIs 20a und einer einzelnen DI 22a. Während der Zylinder 10 eine einzelne PFI 20 und eine einzelne DI 22 einsetzt, setzt der Zylinder 10a ein Paar von PFIs 20a und eine einzelne DI 22a ein. Mit einem Zylinder 10, 10a der vorliegenden Offenbarung können entweder ein einzelner oder zwei Auslasskanäle eingesetzt werden.
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Die PFI 20, 20a und die DI 22, 22a werden unabhängig durch die ECU (getaktet auf den Kurbelwinkel des Motors) gesteuert; daher können die Systeme der 1 und 2 eine beliebige Kombination von Direkt- und Saugrohr-Kraftstoffeinspritzungsstrategien einsetzen, wie etwa nur Direkteinspritzung (über die DI 22, 22a), nur Saugrohr-Kraftstoffeinspritzung (über die PFI 20 oder eine oder beide der PFIs 20a) oder eine Kombination aus Direkt- und Saugrohr-Kraftstoffeinspritzung (über die PFI 20 und DI 22 oder eine oder beide von PFIs 20a und DI 22a). Im Allgemeinen nimmt der Anteil des durch Direkteinspritzung zugeführten Kraftstoffs mit zunehmender Motordrehzahl ab.
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3 veranschaulicht ein alternatives Kraftstoffsystem (z. B. ein Kraftstoffverteilersystem 300) der vorliegenden Offenbarung. Im System der 3 stellt der Zylinder 110 einen Zylinder eines Mehrzylinder-IC-Motors, beispielsweise eines 6-ZylinderMotors, dar. Alle Zylinder des Mehrzylinder-IC-Motors können wie in 3 gezeigt angeordnet sein. Der Zylinder 110 umgibt einen Kolben, wie in 1 in Bezug auf den Zylinder 10 veranschaulicht. Wie bei der Anordnung der 1 ist der Kolben drehbar an eine Kolbenstange gekoppelt, die mit einer Motorkurbelwelle zusammenwirkt, um in herkömmlicher Weise die Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 in eine Drehung der Motorkurbelwelle zu übertragen.
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Der Ansaugkanal 116 steht über ein Paar von Verteilerkanälen 119a, 119b mit der Brennkammer 118 in Fluidverbindung. Die Verteilerkanäle 119a, 119b stehen jeweils in Fluidverbindung mit dem Ansaugkanal 116, um von diesem Ansaugluft aufzunehmen. Die Verteilerkanäle 119a, 119b definieren eine Gabelung im Fluidströmungsweg des Ansaugkanals 116. Das heißt, durch den Ansaugkanal 116 strömendes Fluid (Luft, Kraftstoff) muss durch einen der Verteilerkanäle 119a, 119b strömen, um in die Brennkammer 118 zu gelangen, mit der die stromabwärts gelegenen Enden der Verteilerkanäle 119a, 119b fluidverbunden sind. Am stromabwärts gelegenen Ende des Verteilerkanals 119a verbindet ein Anschluss den Verteilerkanals 119a mit der Brennkammer 118. Wie in Bezug auf die Ausführungsform der 1 veranschaulicht, steuert ein Einlassventil die Fluidverbindung zwischen dem Verteilerkanal 119a und der Brennkammer 118. Gleichermaßen verbindet am stromabwärts gelegenen Ende des Verteilerkanals 119b ein Anschluss den Verteilerkanals 119b mit der Brennkammer 118. Wie in Bezug auf die Ausführungsform der 1 veranschaulicht, steuert ein Einlassventil die Fluidverbindung zwischen dem Verteilerkanal 119b und der Brennkammer 118.
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Der Kraftstoffverteiler 126 fungiert als Sammler, um Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (wie bei dem Kraftstoffverteiler 26 und dem Kraftstofftank 28 der Ausführungsform von 1) aufzunehmen und einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b, 123 Kraftstoff mit konstantem Druck zuzuführen. Der Druck in dem Kraftstoffverteiler 126 kann, wie vorstehend in Bezug auf den Kraftstoffverteiler 26 beschrieben, z. B. mit einem Druckregler aufrechterhalten werden. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b mit geringem Durchfluss sind in der Lage, einen Kraftstofffluss mit einer Rate von 5-19 kg/h bereitzustellen, während die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss in der Lage ist, einen Kraftstofffluss mit einer Rate von 20-80 kg/h bereitzustellen. Sowohl die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121 mit geringem Durchfluss als auch die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 123 mit hohem Durchfluss sind Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtungen. Beispielsweise kann eine beispielhafte Umsetzung eine erste und eine zweite Saugrohr-Kraftstoffeinspritzvorrichtung (z. B. 121, 123) beinhalten. Insbesondere wird im Gegensatz zu einer Direkteinspritzvorrichtung, die den Kraftstofffluss direkt an der Brennkammer bereitstellt, Kraftstoff für die Brennkammer 118 mit den Luftstrom von dem Ansaugkanal 116 sowohl durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121 mit geringem Durchfluss als auch die Kraftstoffeinspritzung 123 mit hohem Durchfluss bereitgestellt.
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Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss ist so positioniert, dass sie Kraftstoff in dem Ansaugkanal 116 stromaufwärts von der Gabelung, die durch die Verteilerkanäle 119a, 119b definiert ist, abgibt. Daher kann der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss abgegebene Kraftstoff einen der Verteilerkanäle 119a, 119b durchqueren, um in die Brennkammer 118 zu gelangen. Die Verteilerkanäle 119a, 119b enden in einem Einlassventil ähnlich dem in 1 gezeigten Ventil 14. Wird das dem Verteilerkanal 119a zugeordnete Einlassventil durch die ECU geöffnet, so wird der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss eingespritzte Kraftstoff den Verteilerkanal 119a durchqueren. Wird das Einlassventil, das dem Verteilerkanal 119b zugeordnet ist, durch die ECU geöffnet, so wird der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss eingespritzte Kraftstoff den Verteilerkanal 119b durchqueren.
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Jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 121 mit geringem Durchfluss ist so positioniert, dass sie den Kraftstofffluss stromabwärts von der Gabelung, die durch die Verteilerkanäle 119a, 119b definiert ist, abgibt. Genauer stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 121a mit geringem Durchfluss einen Kraftstofffluss in dem Verteilerkanal 119a bereit, während die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 121b mit geringem Durchfluss einen Kraftstofffluss in dem Verteilerkanal 119b bereitstellt. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird für jeden Zylinder eines Mehrzylindermotors eine Kombination aus Kraftstoffeinspritzvorrichtungen mit hohem Durchfluss und geringem Durchfluss genutzt.
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6 zeigt eine Alternative (z. B. Kraftstoffverteilersystem 600) zu der in 3 gezeigten Ausführungsform, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a', 121b' mit geringem Durchfluss positioniert sind, um Kraftstoff in den Ansaugkanal 16 stromaufwärts von der Gabelung, die durch die Verteilerkanäle 119a, 119b definiert ist, einzuspritzen. Daher kann der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a', 121b' mit geringem Durchfluss abgegebene Kraftstoff (wie der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss abgegebene Kraftstoff) einen der Verteilerkanäle 119a, 119b durchqueren, um in die Brennkammer 118 zu gelangen. Wird, wie bei dem Durchfluss von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss, das Einlassventil, das dem Verteilerkanal 119a zugeordnet ist, durch die ECU geöffnet, so wird der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 121a' und/oder 121b' mit geringem Durchfluss eingespritzte Kraftstoff den Verteilerkanal 119a durchqueren. Wird das Einlassventil, das dem Verteilerkanal 119b zugeordnet ist, durch die ECU geöffnet, so wird der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 121a' und/oder 121b' mit geringem Durchfluss eingespritzte Kraftstoff den Verteilerkanal 119b durchqueren. Diese Anordnung kann bei gewissen Motorverbauungsanordnungen vorteilhaft sein.
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In diesem Dokument insgesamt ist der Bezug auf die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121 mit geringem Durchfluss im Allgemeinen als Bezug auf jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b mit geringem Durchfluss der 3 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a', 121b' mit geringem Durchfluss zu verstehen, sofern nichts anderes angegeben ist. Gleichermaßen erstreckt sich jede andere Beschreibung von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b mit geringem Durchfluss der 3 außer deren Stelle auf Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a', 121b' mit geringem Durchfluss der 6.
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Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss ist viel größer als die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121 mit geringem Durchfluss und benötigt mehr Leistung zum Betreiben. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss kann z. B. mit 48 oder 60 Volt betrieben werden, während die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121 mit geringem Durchfluss mit 12 Volt betrieben werden. Somit können die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121 mit geringem Durchfluss einfach von der Fahrzeugleistung abgezogen werden, wobei die ECU ein Steuersignal zum Betätigen bereitstellt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss benötigt eine Leistungszufuhr, die höher ist als die normale Fahrzeugspannung. Aufgrund des Leistungsbedarfs kann die ECU nur eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss pro Zylinder betreiben. Die Verwendung von zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121 mit geringem Durchfluss zusammen mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss an jedem Zylinder 110 stellt Kraftstoff für jeden Zylinder 110 mit einer Rate bereit, die dem entspricht, was mit zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 123 mit hohem Durchfluss an jedem Zylinder 110 erreicht würde. Während für die Steuerung von zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen mit hohem Durchfluss an jedem Zylinder eine zweite ECU erforderlich wäre, kann die Anordnung der vorliegenden Offenbarung mit einer einzelnen ECU gesteuert werden. Außerdem wird durch die Kombination einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 121 mit geringem Durchfluss mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss das Abschaltverhältnis des Kraftstoffsystems verbessert, sodass Leerlauf-Kraftstoffdurchflussraten genau gesteuert werden können.
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Bezugnehmend auf 4 wird die Ausführungsform der 3 in einer Beispielsgebung davon bei gleichzeitigem Betrieb aller Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b, 123 betrieben. Insbesondere arbeiten, wenn in Schritt 250 Kraftstoff befohlen wird, alle Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b, 123, um Kraftstoff bereitzustellen, mit einem gleichen Einschaltbefehl, der allen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b, 123 bereitgestellt wird. Wird in Schritt 250 kein Kraftstoff befohlen, so stellt keine der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b, 123 Kraftstoff bereit.
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Bezugnehmend auf 5 wird die Ausführungsform der 3 in einer weiteren Beispielsgebung davon betrieben, wobei alle Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b, 123 unter gewissen Umständen gleichzeitig betrieben und nur gewisse der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b, 123 unter anderen Umständen betrieben werden. Insbesondere wenn in Schritt 250a Kraftstoff befohlen wird, dann wird in Schritt 252 des Verfahrens in 5 gefragt, ob die Durchflussratenanforderung niedrig ist. Ist die Durchflussratenanforderung nicht niedrig, dann stellt das Verfahren in 5 allen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b, 123 einen gleichen Einschaltbefehl bereit, sodass alle Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b, 123 arbeiten, um Kraftstoff bereitzustellen. Wenn in Schritt 252 bestimmt wird, dass die Durchflussratenanforderung niedrig ist, dann empfangen nur die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b einen Einschaltbefehl. Wenn Schritt 254 erreicht ist, dann stellen die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b mit geringem Durchfluss Kraftstoff für die Brennkammer 118 bereit, aber die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss stellt keinen Kraftstoff für die Brennkammer 118 bereit.
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Während 3 zeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b mit geringem Durchfluss und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 123 mit hohem Durchfluss alle mit einem gemeinsamen Kraftstoffverteiler, d. h. dem Kraftstoffverteiler 126, verbunden sind, könnten die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b an einem ersten Kraftstoffverteiler positioniert sein und Kraftstoff von diesem erhalten, während die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit hohem Durchfluss an einem zweiten Kraftstoffverteiler positioniert ist und Kraftstoff von diesem erhält. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird anstelle des Paars von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 121a, 121b mit geringem Durchfluss nur eine einzige Kraftstoffeinspritzvorrichtung 121 mit geringem Durchfluss genutzt.
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Die Ausführungsform aus 3-5 kann als Kraftstoff CNG oder Propan nutzen, wobei der Kraftstoff als Dampf für die Verbrennung zugeführt wird.
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Während diese Erfindung als beispielhafte Ausgestaltungen aufweisend beschrieben wurden, kann die vorliegende Erfindung im Rahmen des Wesens und Umfangs dieser Offenbarung weiter modifiziert werden. Diese Anmeldung soll daher alle Variationen, Verwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen Grundsätze abdecken. Ferner soll diese Anmeldung solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abdecken, die zu den bekannten oder üblichen Praktiken auf dem Gebiet gehören, auf das sich diese Erfindung bezieht.
