-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Common-Rail-Kraftstoffsysteme
für Brennkraftmaschinen, und insbesondere eine Synchronisierung
von Pumpereignissen einer Common-Rail-Versorgungspumpe mit Verbrennungsereignissen
einer Brennkraftmaschine.
-
Hintergrund
-
Über
die Jahre haben Common-Rail-Kraftstoffsysteme für selbstzündende
Verbrennungsmotoren in der Industrie Akzeptanz erlangt. Ein typisches Common-Rail-Kraftstoffsystem
enthält eine Hochdruckpumpe, die direkt über eine
Verbindung mittels der Verbrennungsmotorkurbelwelle zum Liefern
von Hochdruckkraftstoff an ein Common-Rail angetrieben wird. Einzelne
Kraftstoffinjektoren sind für eine Direkteinspritzung von
Kraftstoff in einzelne Verbrennungsmotorzylinder positioniert, und
jeder Kraftstoffinjektor ist fluidmäßig mit dem
Common-Rail über einen einzelnen Zweigkanal verbunden.
Die Hochdruckpumpe wird typischerweise ein bis sechs sich hin und
her bewegende Pumpenkolben enthalten, die jeweils durch einzelne
oder gemeinsame Nocken, die typischerweise ein bis sechs Nasen pro
Nocken enthalten, angetrieben werden. Da der Nocken sich dreht,
bewirkt jede Nase, dass der (die) zugeordnete (zugeordneten) Kolben
sich mindestens einmal pro einzelner Kurbelwellendrehung hin und
her bewegt (bewegen). Die Hubanzahl ist von der genauen Form der
Nockenwellennasen abhängig. Die Nase (bzw. der Nocken)
kann zum Liefern von 1, 2, 3 oder mehr ganzzahligen Anzahlen von
Kolbenhüben pro Nase pro Nockenwellenumdrehung geformt
sein. Obwohl der (die) Nocken direkt von der Verbrennungsmotorkurbelwelle über
eine Verbindung zum Drehen angetrieben wird (werden), können
Konstrukteure eine Verbindung zum Bereitstellen eines geeigneten
Verhältnisses von Verbrennungsmotordrehzahl zu Pumpendrehzahl
auswählen. Die Anzahl von Pumpereignissen pro Verbrennungsmotorzyklus,
der einer 720°-Drehung für einen Viertakt-Verbrennungsmotor entspricht,
kann durch Multiplizieren des Verhältnisses der Pumpendrehzahl
zu der Verbrennungsmotordrehzahl mal Zwei, und Multiplizieren dieses
Produkts mit dem Produkt der Anzahl von Pumpenkolben mal der Anzahl
von Nockennasen mal der Anzahl von Kolbenhüben pro Nockenwellendrehung, die
durch die Nockenwellennasenform geliefert wird, berechnet werden.
-
Beinahe
alle Common-Rail-Kraftstoffsysteme nutzen eine elektronische Steuerung
mit einem Rückkopplungssteuersystem zum Steuern eines Drucks
in dem Common-Rail während der Verbrennungsmotor arbeitet.
Das Problem einer Raildrucksteuerung hat Ingenieure für
viele Jahre beschäftigt, da der Raildruck tendenziell zum
Schwanken neigt, aufgrund der Tatsache, dass Kraftstoff dem Common-Rail
für Kraftstoffeinspritzereignisse auf einer diskontinuierlichen
Grundlage verlässt, und Kraftstoff zu dem Common-Rail weniger
als gleichmäßig entsprechend einzelner sequenzieller
Pumpereignisse zugeführt wird. In vielen Fällen
wird ein Raildrucksensor eine Information an die elektronische Steuerung liefern,
die dann den erfassten Druck mit einem gewünschten Druck
vergleicht und eine Sollwertabweichung bestimmt. Diese Sollwertabweichung
wird typischerweise zum Bestimmen einer Anpassung bzw. Einstellung
der Ausgabemenge von der Hochdruckpumpe mittels eines Verstärkungsfaktors
multipliziert, um den erfassten Common-Rail-Druck näher an
den gewünschten Druck zu bringen. Beispielsweise kann die
Steuerung ein oder mehrere Überströmventile, die
der Hochdruckpumpe zugeordnet sind, zum Schließen zu bestimmten
Zeitpunkten zum Verändern der Ausgaberate von der Pumpe
betätigen, indem nur ein Bruchteil der Pumpenkolbenverdrängung
zu dem Common-Rail verstellt wird, wobei die übrige Menge
dieser Pumpenkolbenverdrängung mit niedrigem Druck wieder
zugeführt wird. In anderen Systemen wird die Pumpenausgabe
durch Drosseln einer Einlassströmung mit einem elektronisch
gesteuerten Ventil gesteuert. Diese Strategien wenden oft intensive
numerische Prozesse an, die ein Filtern von Drucksensormessungen
in der hochdynamischen Umgebung von Common-Rail-Druck verbunden
mit einem nahezu inkompressiblen Fluid (Dieselkraftstoff), während
Pump- und Einspritzereignisse diskontinuierlich auftreten, enthalten
können oder nicht.
-
Eine
Verbesserung für diese einfache Rückkopplungssteuerstrategie
wird in dem
US-Patent 6,484,696 desselben
Anmelders beschrieben. Dieses System verringert die Zeitverzögerung
beim Korrigieren des Raildrucks durch Vertrauen auf ein Modell,
das auf einer Strategie zum Vorhersagen von in dem Common-Rail eintreffenden
und von ihr austretenden Kraftstoff, so dass die Rückkopplungssteuerung
nur Sollwertabweichungen zwischen dem Modell und der tatsächlichen
Fluidmenge, die an dem Common-Rail ankommt und es verlässt,
korrigieren muss. Das Endergebnis ist eine genauere Steuerung und
eine kleinere Zeitverzögerung beim Beseitigen von Sollwertabweichungen
des Raildrucks. Während diese Strategien erfolgreich beim
Steuern von Raildruck erprobt wurden, haben Ingenieure erkannt, dass
ein Konstanthalten des Raildrucks in der hochdynamischen Umgebung
des Kraftstoffs, der aus dem Common-Rail zu verschiedenen Zeitpunkten
in verschiedenen Mengen austritt und in ihm eintrifft, sehr problematisch
ist. Ein Fachmann wird erkennen, dass Einspritzmengen bzw. -geschwindigkeiten
im Allgemeinen proportional zum Raildruck in dem Zeitpunkt, in dem
die Kraftstoffinjektordüse sich öffnet, sind.
Demzufolge werden schwankende Raildrücke schon an sich
zu einer gewissen Unsicherheit der Kraftstoffeinspritzmengen bzw.
-geschwindigkeiten führen, was sowohl die Leistung senken,
ungewünschte Emissionen erhöhen als auch ungewünschte
Geräusche und Vibrationen verursachen kann.
-
Eine
Strategie zum angeblichen Verringern von Common-Rail-Druckveränderungen
wird in dem
US-Patent 6,763,808 gelehrt.
Diese Druckschrift lehrt die Benutzung asymmetrischer Nockennasen
zum Reduzieren von Antriebsdrehmomentschwankungen, und reduziert
folglich angeblich sowohl Druckschwankungen in dem Common-Rail und
führt möglicherweise zur Reduzierung von Geräuschen
in der Verbindung, die die Pumpenantriebswelle mit der Verbrennungsmotorkurbelwelle
verbindet. Ein Geräusch in der Verbindung kann im Allgemeinen
aufgrund der zyklischen Drehmomente auftreten, die in der Verbindung
aufgrund der Nockennasen, die belastet und unbelastet sind, wenn
jeder Pumpenkolben seinen Pumphub durchläuft und dann seine
obere Totpunktposition durchläuft, auftreten. Da die Industrie
immer höhere Einspritzdrücke zum Verbessern von
Leistung und Senken ungewünschter Emissionen verlangt,
werden Geräusch- und Vibrationsprobleme, die in der Verbindung,
die die Verbrennungsmotorkurbelwelle mit der Hochdruck-Common-Rail-Pumpenantriebswelle
verbindet, erzeugt werden, immer problematischer. Diese Vibrationen können
zu einem frühen Versagen in der Verbindung führen.
Zusätzlich sind diese Probleme mit der Tatsache verbunden,
dass jetzt einige Gerichtsbezirke Geräuschobergrenzen für
Verbrennungsmotoren vorschreiben, die verstärkt schwerer
zu erfüllen sein werden.
-
Ein
anderes Problem, das Verbrennungsmotorhersteller dauerhaft beschäftigt,
ist, wie eine Pumpenkonstruktion für eine erprobte Anwendung
in einem neuen Verbrennungsmotor wirksam eingesetzt werden kann.
Beispielsweise wird der Fachmann erkennen, dass das erneute Konstruieren
einer Pumpe für jeden unterschiedlichen Verbrennungsmotor
in einer Verbrennungsmotorfamilie eines einzelnen Herstellers extrem
teuer und zeitaufwendig sein kann. Andererseits könnte
die Benutzung von technologisch erprobten Pumpen mit kleinen oder
gar keinen Veränderungen in einer Familie verschiedener
Verbrennungsmotoren sehr kosteneffizient sein. Dennoch ist dies
in der Praxis nachgewiesenerweise extrem schwierig zu erreichen.
Beispielsweise kann dieselbe Pumpe, die in einem Sechszylinder-Verbrennungmotor,
der mit einem Common-Rail-Kraftstoffsystem ausgestattet ist, benutzt
wird, wenn sie in einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor benutzt wird, übermäßige
Geräusche und Vibrationen zusammen mit einer nicht ganz
idealen Raildruckkonstanz erzeugen.
-
Die
vorliegende Offenbarung ist auf ein oder mehrere der oben dargelegten
Probleme und/oder andere Probleme gerichtet.
-
Zusammenfassung der Offenbarung
-
In
einem Aspekt enthält ein Verfahren zum Betreiben eines
Verbrennungsmotors ein unter Druck Setzen von Kraftstoff in einem
Common-Rail auf einen Druck von mehr als 160 Megapascal mit mindestens
einer Pumpe. Der Kraftstoff wird in eine Mehrzahl von Verbrennungsmotorzylindern über
jeweilige Kraftstoffinjektoren, die mit einem Common-Rail verbunden
sind, eingespritzt. Die Funktion der mindestens einen Pumpe ist
mit dem Verbrennungsmotor derart synchronisiert, dass ein Muster
von Pumpereignissen pro Verbrennungsmotorzyklus sich während
jedes Verbrennungsmotorzyklus wiederholt.
-
In
einem anderen Aspekt enthält ein Verbrennungsmotor ein
Verbrennungsmotorgehäuse mit einer Mehrzahl von Zylindern,
die darin angeordnet sind. Eine Kurbelwelle wird drehbar in dem
Verbrennungsmotorgehäuse gehalten. Ein Common-Rail-Kraftstoffsystem
ist an dem Verbrennungsmotorgehäuse befestigt und zum Enthalten
von Kraftstoff mit einem Druck von mehr als ungefähr 160 Megapascal
aufgebaut. Das Common-Rail-Kraftstoffsystem enthält mindestens
eine Pumpe mit einem Auslass, der fluidmäßig mit
dem Common-Rail verbunden ist, und eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren
mit Einlässen, die fluidmäßig mit dem
Common-Rail verbunden sind. Jeder der Kraftstoffinjektoren ist für
eine Direkteinspritzung in einem oder der Mehrzahl von Verbrennungsmotorzylindern
positioniert, und die Pumpe enthält mindestens einen Pumpenkolben
und ein Nocken, der eine Anzahl von Nasen, die jeweils einem Pumpenkolben
zugeordnet sind, aufweist. Eine Verbindung koppelt die Pumpe betriebsmäßig
mit der Kurbelwelle. Die Verbindung, die Anzahl an Pumpenkolben
und die Anzahl an Nasen sind zum Erzeugen eines Musters von Pumpereignissen
pro Verbrennungsmotorzyklus, das sich mit jedem Verbrennungsmotorzyklus
wiederholt, ausgebildet.
-
In
einem weiteren Aspekt umfasst eine Familie von Verbrennungsmotoren
eine erste Gruppe von identischen x-Zylinder-Verbrennungsmotoren,
die jeder ein Common-Rail-Kraftstoffsystem mit einer Rail-Versorgungspumpe
enthalten. Eine zweite Gruppe von y-Zylinder Verbrennungsmotoren,
von denen jeder ein Common-Rail-Kraftstoffsystem mit derselben Rail-Versorgungspumpe
enthält. X und Y sind unterschiedliche Zahlen, so dass
die erste Gruppe Verbrennungsmotoren aufweist, die eine andere Zylinderanzahl
aufweisen als die zweite Gruppe. Die Rail-Versorgungspumpe ist sowohl
in den X-Zylinder-Verbrennungsmotoren als auch den Y-Zylinder-Verbrennungsmotoren
zum Erzeugen eines Musters von Pumpereignissen pro Verbrennungsmotorzyklus,
das sich in jedem Verbrennungsmotorzyklus wiederholt, aufgebaut.
-
In
noch einem weiteren Aspekt enthält ein Konstruktionsverfahren
eines neuen Verbrennungsmotors einen Auswahlschritt eines Common-Rail-Kraftstoffsystems
mit einem Betriebsdruck von mehr als 160 Megapascal. Eine Common-Rail-Versorgungspumpe
ist derart ausgebildet, dass sie direkt von der Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors zum Erzeugen eines sich wiederholenden Musters
von Pumpereignissen in jedem Verbrennungsmotorzyklus, das sich in
jedem Verbrennungsmotorzyklus wiederholt, angetrieben wird.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der ein
Common-Rail-Kraftstoffsystem entsprechend einem ersten Aspekt der
vorliegenden Offenbarung enthält,
-
2 ist
eine graphische Darstellung von Verbrennungsereignissen von Verbrennungsmotoren
für Sechszylinder-, Vierzylinder- und Dreizylinder-Verbrennungsmotoren,
die identische Common-Rail-Versorgungspumpen benutzen,
-
3 ist
eine graphische Darstellung eines Raildrucks gegen einen Verbrennungsmotorwinkel überlagert
mit der Zylinderanzahl für ein Common-Rail-Kraftstoffsystem,
das asynchron zu dem Verbrennungsmotorbetrieb ist,
-
4 ist
eine graphische Darstellung, die ähnlich zu der aus 3 ist,
außer, dass sie eine Raildruckkurve für jeden
Verbrennungsmotorzylinder, der die Synchronisierstrategie der vorliegenden Offenbarung
benutzt, zeigt,
-
5 ist
eine Tabelle, die verschiedene Kombinationen von Verbrennungsmotorzylindern und
Common-Rail-Pumpen entsprechend der vorliegenden Offenbarung zeigt,
und
-
6 ist
eine Seitenansicht einer Pumpenfamilie entsprechend einem anderen
Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Bezug
nehmend auf 1 enthält ein Musterverbrennungsmotor 10 entsprechend
der vorliegenden Offenbarung ein Common-Rail-Kraftstoffsystem 12,
das zum Arbeiten mit Kraftstoffdrücken von mehr als ungefähr
160 Megapascal ausgebildet ist. Der Ausdruck „ungefähr” bedeutet,
dass, falls eine Zahl auf eine Zahl signifikanter Stellen gerundet
wird, die zwei Zahlen gleich sind. Demzufolge ist 159,5 ungefähr
gleich 160. Zum Betreiben mit Druck von mehr als 160 Megapascal
benötigen verschiedene Merkmale des Kraftstoffsystems eine
erhöhte Struktursteifigkeit und Fähigkeiten Fluiddruck
einzuschließen größer als die, die mit
Kraftstoffsystemen mit niedrigerem Druck verbunden sind. Diese strukturellen Merkmale
könnten doppelwandige Kraftstoffleitungen, Hochdruckkupplungsstücke,
ein relativ dickwandiges Common-Rail und andere Merkmale, die in
der Technik bekannt sind, enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt.
Der Verbrennungsmotor 10 ist dadurch ähnlich zu
vielen anderen Verbrennungsmotoren, dass er ein Gehäuse 14 mit
einer Mehrzahl von Zylindern, die darin angeordnet sind, umfasst.
Ein Kolben 16 ist zum hin und her Bewegen in jedem der Zylinder 15 auf
eine konventionelle Art zum Drehantreiben einer Kurbelwelle 18 positioniert.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 10 als
ein Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotor gezeigt. Dennoch werden
die Fachmänner erkennen, dass die Konzepte der vorliegenden
Offenbarung möglicherweise in Verbrennungsmotoren mit irgendeiner
Anzahl von Zylindern, enthaltend Dreizylinder-Verbrennungsmotoren
bis möglicherweise 20-Zylinder und darüber, anwendbar
sind. Der Verbrennungsmotor 10 ist ein Viertakt-Verbrennungsmotor,
so dass jeder Verbrennungsmotorzyklus zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 18 für
eine Gesamtdrehung von 720° ergibt. Während jedes
Verbrennungsmotorzyklus wird sich jeder Kolben 16 zweimal in
seinem individuellen Zylinder 15 zum Durchlaufen eines
Kompressionshubs, eines Leistungshubs und eines Abgashubs und eines
Einlasshubs hin und her Bewegen.
-
Das
Common-Rail-Kraftstoffsystem 12 enthält eine Hochdruckpumpe 30,
die einen oder mehrere Pumpenkolben 33 enthält,
die von einem oder mehreren Nocken 34, die eine oder mehrere
Nasen 35 enthalten, zum sich hin und her Bewegen angetrieben
werden. In der besonderen Ausführungsform, die gezeigt
ist, enthält die Pumpe 30 zwei Pumpenkolben 33 auf,
von denen jeder durch einen Nocken 34 mit zwei Nasen 35 zum
Rotieren angetrieben wird. Die Nocken 34 können
zum Rotieren an einer gemeinsamen Pumpenwelle 36, die direkt
durch die Verbrennungsmotorkurbelwelle 18 über
die Verbindung 31, wie beispielsweise einen Getriebezug
einer im Stand der Technik bekannten Bauart, angetrieben wird, befestigt
sein. „Direkt angetrieben” enthält ein Angetrieben
werden durch andere Verbrennungsmotorbauelemente, die mit der Verbrennungsmotorkurbelwelle 18 gekoppelt
sind, wie beispielsweise ein Nockenwellenantriebszahnrad oder irgendein
anderes Hilfsantriebs- oder Zwischenzahnrad. Während eines
Betriebs zieht die Pumpe 30 Kraftstoff aus einem Tank 29 entlang
einer Versorgungsleitung 38 und liefert Hochdruckkraftstoff
zu einem Ausgang 32. Die Pumpe 30 kann elektronisch
gesteuert sein, wie beispielsweise über ein Einlassdosierventil
(nicht gezeigt), das einen Durchströmquerschnitt, der durch Befehle
von der elektronischen Steuerung 40 über eine Übertragungsleitung 41 gesteuert
wird, aufweist. Alternativ könnte eine Ausgabe von der
Pumpe 30 unter Verwendung einer Überströmventiltechnik, die
auf dem Gebiet bekannt ist, gesteuert werden. Unabhängig
davon, wie die Pumpe 30 gesteuert wird, verdrängt
jeder Pumpenkolben eine feste Fluidmenge (Kraftstoff oder Kraftstoff
und Dampf) mit jeder Hin- und Herbewegung, aber die Steuerung ermöglicht
ein Steuern der Menge oder des Bruchteils dieses Kraftstoffs, der
mit einem hohen Druck zu dem Ausgang 32 gedrängt
wird. Die Pumpe 30 kann auch mit einem Druckbegrenzungsventil 22 ausgerüstet sein,
das zum sich Öffnen bei einem gewünschten Druck
eingestellt wird, um Kraftstoff mit übermäßigem
Druck über eine Rücklaufleitung 39 zum
Verhindern, dass das Kraftstoffsystem unter Überdruck gesetzt
wird, zurück zu dem Tank 29 zu leiten. Der Fachmann
wird erkennen, dass die Verbindung 31 zum Bereitstellen
irgendeines gewünschten Drehzahlverhältnisses
zwischen der Kurbelwelle 18 und der Pumpenwelle 36 ausgewählt
werden kann.
-
Das
Common-Rail-Kraftstoffsystem 12 enthält auch einzelne
Kraftstoffinjektoren 20, die zum Direkteinspritzen von
Kraftstoff in die einzelnen Zylinder 15 positioniert sind.
Jeder Kraftstoffinjektor 20 enthält einen Einlass 21, der
mit einem Common-Rail 24 über einen individuellen
Zweigkanal 25 verbunden ist. Kraftstoff wird von dem Auslass 32 der
Pumpe 30 an das Common-Rail 24 über eine
Hochdruckleitung 37 auf konventionelle Art und Weise geliefert.
Jeder individuelle Kraftstoffinjektor 20 kann elektronisch
gesteuert sein, so dass sowohl eine Menge als auch ein Zeitpunkt
eines Kraftstoffeinspritzereignisses unabhängig von dem
Winkel der Kurbelwelle 19 über Befehle von einer
elektronischen Steuerung 40 über eine individuelle Übertragungsleitung 42,
von der nur eine gezeigt ist, gesteuert werden kann. Abhängig von
der Bauart des Kraftstoffinjektors können sie auch eine
Niedrigdruck-Rücklaufleitung (nicht gezeigt) zum Zurückleiten
von Niedrigdruckkraftstoff zurück zu dem Tank 29 zur
Rückführung enthalten. Beispielsweise benutzen
viele Kraftstoffinjektoren einen Bruchteil des unter Druck gesetzten
Kraftstoffs von dem Common-Rail zum Durchführen von Steuerfunktionen
auf eine in dem Gebiet gut bekannte Art und Weise.
-
Der
Fachmann wird erkennen, dass, da Kraftstoff aus dem Common-Rail 24 diskontinuierlich für
individuelle Kraftstoffeinspritzereignisse austritt und diskontinuierlich
in dem Common-Rail 24 durch Pumpereignisse von der Pumpe 30 eintrifft,
ein Konstanthalten des Drucks in dem Common-Rail 24 sich als
problematisch erwiesen hat. Zum Steuern des Drucks in dem Common-Rail 24 kann
ein Drucksensor 23 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in
dem Common-Rail 24 vorgesehen sein und denselben zu der
elektronischen Steuerung 40 über eine Übertragungsleitung 43 übertragen.
Die elektronische Steuerung 40 verwendet diese Information
und vielleicht andere Information, wie beispielsweise eine Gasposition,
und so weiter zum Erzeugen von Befehlen an die Pumpe 30,
eine genaue Menge von unter Druck gesetzten Kraftstoff von dem Auslass 32 zu
dem Common-Rail 24 bei einem Versuch, den Fluiddruck in
dem Common-Rail bei einem gewünschten Niveau zu halten,
zu verschieben. Dennoch erkennt die vorliegende Offenbarung, dass
eine bessere Alternative zum immer sorgfältigerem Ausarbeiten
von Versuchen einen konstanten Raildruck zu erhalten, das Einbeziehen
der Tatsache ist, dass der Druck durch seine Eigenheit in dem Common-Rail 24 schwanken wird,
auch wenn die Steuerung 40 einen durchschnittlichen Druck
mit extrem genaue Steuerung mit einer akzeptablen Streuung um den
Durchschnitt halten kann. Nichtsdestotrotz wird der Fachmann erkennen,
dass die Kraftstoffmenge, die ein einzelner Kraftstoffinjektor 20 einspritzt,
eng mit dem genauen Druck in dem Common-Rail 24 in dem
Moment, in dem die Düsenauslässe des Kraftstoffinjektors 20 sich
für ein Einspritzereignis öffnen, miteinander
in Beziehung stehen. Angesichts dieser Tatsache ist die vorliegende
Offenbarung auf eine Synchronisierung einer Beziehung zwischen Pumpereignissen
der Pumpe 30 mit Einspritzereignissen der Kraftstoffinjektoren 20 gerichtet,
so dass jeder Kraftstoffinjektor 20 in Folge den gleichen
Raildruck beim Start seines individuellen Einspritzereignisses erhält.
Erst recht ist es für jeden Kraftstoffinjektor wünschenswert,
sowohl den gleichen Anfangsdruck in dem Common-Rail bei dem Beginn
eines Einspritzereignisses zu erfahren, als aber auch dieselben
Veränderungen von Raildruck über die Dauer des
Einspritzereignisses zu erfahren.
-
Der
Fachmann wird erkennen, dass falls die Kraftstoffinjektoren 20 ansonsten
identisch sind, sie ungefähr dieselbe Kraftstoffmenge auf
dieselbe Weise über dieselbe Dauer einspritzen sollten,
falls jeder Kraftstoffinjektor sein Einspritzereignis über
ein identisch aussehendes Druckwellensegment des schwankenden Raildrucks
in dem Common-Rail 24 durchführt. Die vorliegende
Offenbarung erreicht dies durch Konfigurieren der Pumpe 30 derart,
dass sie ein sich wiederholendes Muster von Pumpereignissen in jedem
Verbrennungsmotorzyklus erzeugt, das sich in jedem Verbrennungsmotorzyklus
wiederholt. Das Konfigurieren der Pumpe 30 wird durch Auswählen
eines Antriebsdrehzahlverhältnisses zwischen der Kurbelwelle 18 und
der Pumpenwelle 36, Auswählen einer geeigneten
Anzahl von Pumpenkolben 33 zusammen mit einer geeigneten
Anzahl von Nockennasen 35 pro Kolben zum Erzeugen einer
identischen Anzahl von Pumpereignissen für jeden Zylinder während
des Abgleichens der Phase dieser Pumpereignisse mit der Bewegung
der individuellen Kolben 16, die zu jedem Zylinder 15 gehören,
erreicht. Wenn dies getan ist, wird das Wiederholmuster von Pumpereignissen
pro Verbrennungsmotorzyklus auch ein Untermuster von Pumpereignissen
enthalten, das sich eine ganzzahlige Anzahl pro Verbrennungsmotorzyklus
wiederholt, wobei diese ganzzahlige Anzahl gleich der Verbrennungsmotorzylinderanzahl
ist. Beispielsweise kann in dem Fall des Verbrennungsmotors 10 die
Verbindung 31 zum Erzeugen eines Verhältnisses
der Pumpenwellendrehzahl zu der Kurbelwellendrehzahl von 1,5 eingestellt
sein, während eine Pumpe 30 mit zwei Pumpenkolben 33 benutzt
wird, die jeder durch einen separaten Nocken 34, von denen
jeder ein diametrisch entgegengesetztes Paar von Pumpnasen 35 enthält,
angetrieben werden. Mit dieser Konfiguration erzeugt jeder 720°-Verbrennungsmotorzyklus 12 Pumpereignisse oder
exakt zwei Pumpereignisse pro Zylinder pro Verbrennungsmotorzyklus.
-
Bezug
nehmend auf 3 und 4 sind jeweils
ein Raildruck für einen asynchronen Pumpen-/Verbrennungsmotorbetrieb
und einen synchronen Pumpen-/Verbrennungsmotorbetrieb gezeigt. Diese
graphischen Darstellungen zeigen den Raildruck, wie er von jedem
einzelnen der sechs Zylinder erfahren wird und übereinander überlagert
für einen 180°-Segment der Kurbelwellendrehung
entsprechend einer Hin- und Herbewegung eines Verbrennungsmotorkolbens 16. 3 zeigt,
dass, obwohl der durchschnittliche Raildruck sehr genau gesteuert werden
kann, ein Einspritzereignis zu dem Zeitpunkt T in demselben relativen
Verbrennungsmotorwinkel für jeden der sechs Zylinder einen
unterschiedlichen Anfangsraildruck und eine unterschiedliche Raildruckschwankung über
die Dauer des Einspritzereignisses ergibt, was irgendein Segment
eines Verbrennungsmotorkurbelwinkels, der zu dem Zeitpunkt T beginnt,
belegen würde. Demzufolge zeigt 3, dass,
auch wenn der durchschnittliche Raildruck relativ genau gesteuert
werden kann und jedem Kraftstoffinjektor ein identisches Steuersignal
vorgegeben wird, man erwarten könnte, dass die Kraftstoffmenge und
Form der Rate dieses Kraftstoffeinspritzereignisses von jedem der
individuellen Kraftstoffinjektoren ein wenig unterschiedlich ist.
Bei diesem Beispiel versuchen drei verschiedene Paare von Zylindern
identische Einspritzereignisse durchzuführen, aber erzeugen
voraussichtlich unterschiedliche Einspritzereignisse, da jedes der
drei Paare einen unterschiedlichen schwankenden Raildruck während
seiner individuellen Einspritzungen erfährt. 4 zeigt
andererseits, dass, falls die Pumpe und der Verbrennungsmotorbetrieb
synchronisiert werden, jeder der sechs Zylinder eine identische
Raildruckschwankungskurve während seiner Hin- und Herbewegung erfährt.
Weiter ist mit sechs Zylindern jedes 120°-Segment der Raildruckkurve
ein Untermuster, das sich sechs Mal pro Verbrennungsmotorzyklus zum
Erzeugen einer Gesamtraildruckkurve wiederholt, die sich mit jedem
Verbrennungsmotorzyklus aufgrund der Tatsache wiederholt, dass zwölf
Pumpereignisse an verschiedenen Stellen über den Verbrennungsmotorzyklus
aber bei denselben Kurbelwellenwinkeln und bei derselben Phase auftreten, wie
die Bewegung der einzelnen Kolben 16 für jeden Zylinder 15.
Demzufolge, falls der Verbrennungsmotor mit einer synchronen Pumpen-zu-Verbrennungsmotor-Beziehung
wie in 4 betrieben wird, könnte man erwarten,
dass jeder Kraftstoffinjektor auf identische Steuersignale mit nahezu
identischen Einspritzereignissen reagiert. Dies wiederum wird zu
einem gleichmäßigeren Betrieb des Verbrennungsmotors 10 und
weniger Geräusch und Vibrationen in der Verbindung 31 führen.
-
Die
vorliegende Offenbarung würdigt, dass Einspritzereignisse
und Pumpereignisse nicht augenblicklich auftreten und stattdessen über
eine gewisse Zeitdauer eines Verbrennungsmotorkurbelwinkels dauern.
Die vorliegende Offenbarung würdigt, dass eine Gesamtverbrennungsmotorleistung
durch Reduzieren von Schwankungen des Raildrucks und Reduzieren
von Geräusch und Vibrationen, die von der Verbindung 31 ausgehen,
weiter durch Einstellen des Zeitpunktes der Pumpereignisse, dass
sie sich über eine Mehrheit, wenn auch nicht überall,
des Verbrennungsmotorbetriebsbereichs nicht mit erwarteten Einspritzereignissen überlagern,
verbessert werden kann. Mit anderen Worten, eine Gesamtleistung kann
durch Vermeiden von Pumpereignissen zum Liefern von Fluid zu dem
Common-Rail zur gleichen Zeit, zu der Kraftstoff das Common-Rail 24 für
ein Einspritzereignis verlasst, verbessert werden. Folglich können
ein Verbrennungsmotor entsprechend 3 und ein
Verbrennungsmotor entsprechend der vorliegenden Offenbarung aus 4 offensichtlich identisch
aussehende Verbrennungsmotoren mit offensichtlich identisch aussehenden
Pumpen aber mit etwas unterschiedlichen Verbindungen sein. Der Verbrennungsmotor
entsprechend 3 weist ein Pumpendrehzahl-zu-Verbrennungsmotordrehzahl-Verhältnis
auf, das verschieden zu 1,5 ist.
-
Der
Fachmann wird erkennen, dass 4 nur ein
Beispiel für eine Verbrennungsmotorkonfiguration der Bauart
ist, die in 1 gezeigt ist. Beispielsweise
gibt es zahlreiche andere Verbindungen 31, die ähnliche
Ergebnisse liefern würden, aber einunterschiedliches, sich
wiederholendes Muster von Pumpereignissen über jeden Verbrennungsmotorzyklus
aufweisen würden. Beispielsweise, falls die Verbindung 31 ausgewählt
wäre, ein Pumpendrehzahl-zu-Verbrennungsmotordrehzahl-Verhältnis
von 3 aufzuweisen, würde dies vier Pumpereignisse pro Zylinder
pro Verbrennungsmotorzyklus zur Folge haben. Demzufolge bevorzugt
die vorliegende Offenbarung eine ganzzahlige Anzahl an Pumpereignissen pro
Zylinder pro Verbrennungsmotorzyklus. Nichtsdestotrotz kann ein
sich wiederholendes Muster über jeden Verbrennungsmotorzyklus
auch durch andere Verbindungen, die eine ganzzahlige Anzahl von Pumpereignissen,
die sich in einem sich wiederholenden Zyklus wiederholt, zur Folge
haben, erreicht werden, wobei jedes einen Verbrennungsmotorzyklus
macht aber nicht die Beziehung in Form einer stehenden Welle, wie
sie durch 4 beispielhaft veranschaulicht
ist, erzeugt. Beispielsweise würde, falls der Verbrennungsmotor 10 ein
Pumpendrehzahl-zu-Verbrennungsmotordrehzahl-Verhältnis
von zwei hätte, ein sich wiederholendes Muster von 16 Pumpereignissen
pro Verbrennungsmotorzyklus erzeugt werden, was aber zwei und zwei
Drittel Pumpereignisse pro Zylinder pro Verbrennungsmotorzyklus zur
Folge haben würde. Dennoch würden diese Pumpereignisse über
den Verbrennungsmotorzyklus auf eine Weise verteilt werden, die
nicht die Phase der Bewegung des Verbrennungsmotors mit den Kolben 16 abgestimmt
hätte.
-
Bezug
nehmend auf 5 sind einige Beispiele von
Verbrennungsmotorpumpenverbindungskombinationen entsprechend der
vorliegenden Offenbarung gezeigt. Beispielsweise ist die unterste Zeile
der Tabelle vergleichbar mit dem Verbrennungsmotor 10 aus 1.
Diese Tabelle zeigt auch, dass in Richtung der Tabellemitte, wo
ein anderer Sechszylinder-Verbrennungsmotor auf eine synchrone Weise ähnlich
zu der des Verbrennungsmotors 10, außer dass er
ein Pumpen-zu-Verbrennungsmotor-Antriebsverhältnis von
eins zu eins enthält, jedoch zwei Pumpenkolben, die beide
durch einen Nocken mit drei Nasen angetrieben werden, aufweist, betrieben
werden könnte. In solch einer Kombination würde
die graphische Darstellung in 4 eine unterschiedliche
Form aufweisen, aber das Ergebnis würde dennoch ein sich
wiederholendes Muster von Pumpereignissen pro Verbrennungsmotorzyklus sein,
das ein Untermuster von Pumpereignissen, die sich sechsmal pro Verbrennungsmotorzyklus
entsprechend dem Sechszylinder-Verbrennungsmotor wiederholen. Die
graphische Darstellung in 5 beschreibt
in der letzten Spalte Pumphübe pro Verbrennungsereignis.
Dies unterstellt, dass jeder Zylinder einem Verbrennungsereignis
pro Verbrennungsmotorzyklus zugeordnet sein würde. Demzufolge
würdigt die vorliegende Offenbarung, dass jedes Verbrennungsereignis
mit einem, zwei oder mehreren Kraftstoffeinspritzereignissen zugeordnet
sein kann. Zusätzlich kann jedes „Verbrennungsereignis” tatsächlich
ein Verbrennungsereignis in der Nähe des oberen Totpunkts
des einzelnen Zylinders sein, oder zwei Verbrennungsereignisse für
einen vorgegebenen Zylinder aufweisen, mit einer Verbrennung, die kurz
vor dem oberen Totpunkt auftritt, und dem zweiten Verbrennungsereignis,
das nach einige Zeit danach, wie beispielsweise kurz nach dem oberen
Totpunkt auftritt. Folglich ist die vorliegende Offenbarung in keiner
Weise auf das Zählen einer Verbrennung in genauen Anzahlen
von Verbrennungsereignissen oder Einspritzereignissen begrenzt.
Stattdessen betrifft die vorliegende Offenbarung ein Synchronisieren eines
Pumpbetriebs mit einer Verbrennungsmotorkolbenbewegung während
die ganze Gruppe von Einspritzungs- und Verbrennungsstrategien,
die im Stand der Technik bekannt sind, zum Steigern der Leistung
und Reduzieren ungewünschter Emissionen, enthaltend Geräusche
und Vibrationen, wirksam eingesetzt wird.
-
Die
vorliegende Offenbarung betrachtet auch ein wirksames Einsetzen
der Synchronisierkonzepte einer Pumpe in dem Verbrennungsmotorbetrieb
quer durch eine Familie von verschiedenen Verbrennungsmotoren, die
verschiedene Zylinderzahlen aufweisen, aber dieselben oder ähnliche
Pumpen, die mit verschiedenen Verbindungen angetrieben werden, benutzen.
Folglich betrachtet die vorliegende Offenbarung ein wirksames Einsetzen
einer erprobten Pumpenkonstruktion quer durch eine Familie von Verbrennungsmotoren,
die unterschiedliche Zylinderzahlen aufweisen, die mit verschiedenen
Pumpen-zu-Verbrennungsmotordrehzahl-Verhältnissen zum Erzeugen
der Synchronbeziehung der vorliegenden Beschreibung angetrieben
werden. Beispielsweise zeigt 2 dieselbe
Pumpe, die Pumpereignisse aufweist, die bezogen auf Verbrennungsereignisse
für einen Sechszylinder-Verbrennungsmotor 50,
einen Vierzylinder-Verbrennungsmotor 60 und einen Dreizylinder-Verbrennungsmotor 70 graphisch
dargestellt sind. In diesem Fall weist die Pumpe zwei Pumpenkolben
auf, die jeweils durch separate Nocken mit jeweils drei Nasen angetrieben
werden. In diesem Beispiel ist das Pumpendrehzahl-zu-Verbrennungsmotordrehzahl-Verhältnis
für die drei unterschiedlichen Verbrennungsmotoren 50, 60 und 70 identisch,
was dennoch eine synchrone Beziehung zwischen der Pumpe und dem
Verbrennungsmotor aber mit verschiedenen Anzahlen von Pumpenereignissen 80 für
jedes Verbrennungsereignis für die verschiedenen Verbrennungsmotoren
zur Folge hat. Die Verbrennungsmotoren 50, 60 und 70 sind
in der Tabelle in 5 durch die Zeilen mit einem
Stern neben der Zylinderanzahl wiedergegeben. Wie gesehen werden
kann, wird jede der Pumpen mit einem eins-zu-eins Verhältnis
mit dem Verbrennungsmotor zum Erzeugen einer synchronen Beziehung
angetrieben. Dennoch erfährt der Sechszylinder-Verbrennungsmotor
zwei Pumpereignisse pro Verbrennungsereignis, der Vierzylinder-Verbrennungsmotor 60 erfährt
drei Pumpereignisse pro Verbrennungsereignis und der Dreizylinder-Verbrennungsmotor 70 erfährt
vier Pumpereignisse pro Verbrennungsereignis. Demzufolge kann, indem
eine Pumpe mit einer geeigneten Anzahl von Kolben, die mittels der
Nocken, die eine geeignete Anzahl von Nasen aufweisen, angetrieben
werden, ausgewählt wird, die gleiche Pumpe quer durch eine
Familie von wahrscheinlich vollständig unterschiedlichen
Verbrennungsmotoren benutzt werden und dennoch die synchrone Pumpen-Verbrennungsmotor-Beziehung entsprechend
der vorliegenden Offenbarung erzeugt werden. Jeder der Verbrennungsmotoren 50, 60 und 70 würde
ein sich wiederholendes Muster von Pumpereignissen pro Verbrennungsmotorzyklus
aufweisen, das auch ein Untermuster von Pumpereignissen pro Verbrennungsmotorzyklus
enthalten würde, das sich eine ganzzahlige Anzahl in jedem
Verbrennungsmotorzyklus wiederholen würde, mit einer ganzen
Zahl, die der Anzahl von Zylindern für den bestimmten Verbrennungsmotor
entspricht.
-
Nun
zusätzlich Bezug nehmend auf 6 wird ein
anderes Pumpen-/Verbrennungsmotor-Familienkonzept entsprechend der
vorliegenden Offenbarung dargestellt. 6 ist dazu
gedacht, drei verschiedene Verbrennungsmotoren wiederzugeben, die
einen 6,4 Liter V8, einen mittelgroßen Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotor
und einen Schwerlast-Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotor enthalten.
Der V8 und der mittelgroße Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotor
entsprechen in 5 den Zeilen mit einem Kästchen
neben der Zylinderanzahl. In diesem Fall entspricht der mittelgroße
Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotor dem Verbrennungsmotor 10 aus 1.
Folglich kann dieselbe Pumpe in dem V8-Verbrennungsmotor und dem
mittelgroßen Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotor verwendet
werden, sie müssen aber lediglich mit unterschiedlichen
Verbrennungsmotordrehzahl-zu-Pumpendrehzahl-Verhältnissen
zum Erzeugen der synchronen Beziehung entsprechend der vorliegenden
Offenbarung betrieben werden. Der Schwerlast-Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotor
könnte zwei Pumpen der Bauart, die in 1 gezeigt
ist, verwenden, oder eine einzelne Pumpe, die ähnlich ist,
außer dass sie vier Pumpenkolben aufweist, von denen jeder
durch Nocken mit zwei Nasen angetrieben wird, verwenden. Der Fachmann
wird erkennen, dass ein Benutzen von zwei der Pumpen der Bauarten,
wie sie in 1 gezeigt sind, oder einer einzelnen
größeren Pumpe, die das Äquivalent zu den
Pumpen ist, einem Verbrennungsmotorhersteller ermöglicht,
erprobte Technik bezüglich einer einzelnen Pumpenkonstruktion
quer durch eine ganze Familie von Verbrennungsmotoren wirksam einzusetzen.
Der Schwerlast-Sechszylinder-Verbrennungsmotor benutzt vier Pumpenkolben
einfach aus dem Grund, dass die Schwerlastverbrennungsmaschine eine
viel größere Verdrängung als der mittelgroße Reihen-Sechszylinder-Verbrennungsmotor,
der mit 1 assoziiert ist, aufweist.
In dem Fall der Familie von Pumpen/Verbrennungsmotoren, die dazu
gedacht ist durch 6 dargestellt zu werden, kann
die jeweilige Pumpenabgabe durch ein Einlassdrosselventil 27,
das elektronisch auf eine konventionelle Art und Weise gesteuert
wird, gesteuert werden. Folglich, mit der Einlassdrosselung, verschiebt
jeder Kolben eine feste Menge an Flüssigkeit (Kraftstoff
und Dampf) mit jeder Hin- und Herbewegung, aber kann nur eine Kraftstoffmenge
entsprechend der Kraftstoffmenge, die in die einzelne Pumpenkammer
durch das Drosselventil 27 dosiert wurde, ausgeben.
-
2 und 6 sind
beim Darstellen des Konzepts für eine Familie von Verbrennungsmotoren entsprechend
der vorliegenden Offenbarung nützlich. Folglich könnte
ein Verbrennungsmotorhersteller eine erste Gruppe von identischen
x-Zylinder-Verbrennungsmotoren herstellen, die alle ein Common-Rail-Kraftstoffsystem
und eine Rail-Versorgungspumpe enthalten. Der Hersteller kann auch eine
zweite Gruppe von identischen y-Zylinder-Verbrennungsmotoren herstellen,
die jeder ein Common-Rail-Kraftstoffsystem mit derselben Rail-Versorgungspumpe,
wie sie in den x-Zylinder-Verbrennungsmotoren benutzt wird, herstellen.
Natürlich ist die Zahl x unterschiedlich zu der Zahl y.
In dem Fall aus 2 könnte x 6 sein und
y könnte 3 sein. In dem Fall aus 6 könnte
x 6 sein und y könnte 8 sein. Durch geeignetes Auswählen
einer Verbindung zum Bilden eines ausgewählten Pumpendrehzahl-zu-Verbrennungsmotordrehzahl-Verhältnisses
werden alle Verbrennungsmotoren ein Muster von Pumpereignissen pro
Verbrennungsmotorzyklus erzeugen, das sich jeden Verbrennungsmotorzyklus
entsprechend der vorliegenden Offenbarung wiederholt. Des Weiteren,
falls eine noch sorgfältigere Auswahl beim Wählen
der Anzahl von Pumpenkolben und Nockennasen erfolgt, kann das sich
wiederholende Muster ein Untermuster von Pumpereignissen enthalten,
das sich eine ganzzahlige Anzahl von Malen jeden Verbrennungsmotorzyklus
wiederholt, wobei die ganze Zahl der Zylinderzahl in dem vorgegebenen
Verbrennungsmotor entspricht.
-
Die
vorliegende Offenbarung würdigt auch, dass eine erprobte
Pumpenkonstruktion mit einer geeigneten Anzahl von Pumpenkolben,
die durch Nocken mit einer geeigneten Anzahl von Nasen angetrieben
werden, wirksam beim Konstruieren einer neuen Verbrennungsmaschine
eingesetzt werden können. In diesem Fall würde
der neue Verbrennungsmotor zum Benutzen eines Common-Rail-Kraftstoffsystems
mit einem Betriebsdruck von mehr als 160 Megapascal konstruiert
und ausgewählt werden. Die Common-Rail-Versorgungspumpe würde
ausgebildet sein, dass sie durch die Verbrennungsmotorkurbelwelle
des neuen Verbrennungsmotors zum Herstellen eines sich wiederholenden
Musters von Pumpereignissen in jedem Verbrennungsmotorzyklus, das
sich in jeden Verbrennungsmotorzyklus wiederholt, angetrieben wird.
Zusätzlich könnte der neu konstruierte Verbrennungsmotor
dies durch ein wirksames Einsetzen einer erprobten Pumpenkonstruktion
erreichen, die von einem vollkommen anderen Verbrennungsmotor, der
eine unterschiedliche Anzahl von Verbrennungsmotorzylindern enthalten
kann, übernommen werden kann. Des Weiteren, falls die Pumpe
selbst die richtige Anzahl von Pumpenkolben und Nockennasen pro
Kolben aufweist, kann die Synchronität der vorliegenden
Offenbarung weiter wirksam eingesetzt werden, indem sie ein Untermuster
von Pumpereignissen, das sich eine ganzzahlige Anzahl von Malen
jeden Verbrennungsmotorzyklus wiederholt, wobei die ganze Zahl der
Zylinderzahl des vorgegebenen Verbrennungsmotors entspricht, aufweist.
Des Weiteren kann das Pumpereignis in Phase zu der Bewegung der
Verbrennungsmotorkolben sein, dass sich eine Gesamtverbesserung
der Leistung und eine Reduzierung von Vibrationen und Geräusch,
insbesondere dieser, die zu der Pumpenantriebsverbindung gehören,
ergibt.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit
-
Die
vorliegende Offenbarung ist auf jeden Verbrennungsmotor, der ein
Common-Rail-Kraftstoffsystem benutzt, das eine Common-Rail-Versorgungspumpe
enthält, die direkt von dem Verbrennungsmotor angetrieben
wird, anwendbar. Die vorliegende Offenbarung ist auch auf Verbrennungsmotorfamilien,
die dieselbe Pumpe in ihren jeweiligen Common-Rail-Systemen benutzen,
aber die Verbrennungsmotoren selbst sehr unterschiedlich in ihrer entsprechenden
Zylinderanzahl sind, anwendbar. Weiter ist die vorliegende Offenbarung
auf die Konstruktion von neuen Verbrennungsmotoren anwendbar, die
eine erprobte Technologie verbunden mit einer Pumpe, die in einem
Common-Rail-Kraftstoffsystem eines früheren Verbrennungsmotors,
der dieselbe Anzahl von Verbrennungsmotorzylindern haben oder nicht
haben kann, verwendet wurde, wirksam einsetzen kann oder nicht kann.
Verbrennungsmotorsysteme, die ein Common-Rail-System mit Betriebsdrücken
von mehr als 160 Megapascal anwenden, werden typischerweise differenziert
von ihren Niedrigdruck-Cousins durch einige strukturelle Merkmale, wie
beispielsweise dickere Wandbereiche und andere strukturelle Merkmale
zum Aushalten des höheren Druckes sein. Desgleichen wird
ein Railüberdruckventil auf einen höheren Druck
als das Überdruckventil, das mit einem Niedrigdruck-Common-Rail-System
verbunden ist, eingestellt. Zusätzlich könnte
die Injektordüse zum Liefern einer besseren Verbrennung
bei dem erwartet höheren Raildruck ausgebildet sein, was
bei höheren Drücken kleineren Durchlässen
entsprechen kann. Wärmeabfuhr zum Kraftstoff kann ein größeres
Problem bei Verbrennungsmotoren entsprechend der vorliegenden Offenbarung
werden, daher könnte es eher üblich sein, Kraftstoffkühler
an Verbrennungsmotoren entsprechend der vorliegenden Offenbarung
vorzufinden, die bei Drücken von mehr als 160 Megapascal
arbeiten.
-
Die
Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind vielfältig in
Abhängigkeit davon wie die Konzepte benutzt werden, wie
beispielsweise beim Konstruieren eines neuen Verbrennungsmotors,
Benutzen einer einzelnen Pumpe quer durch eine Familie von verschiedenen
Verbrennungsmotoren oder einfach Einstellen eines vorgegebenen Verbrennungsmotors,
dass er mit der synchronen Pumpen-zu-Verbrennungsmotor-Beziehung
der vorliegenden Offenbarung arbeitet. In jedem Ereignis liefert
die vorliegende Offenbarung den Vorteil eines Abgleichens der Reihenfolge
von Hochdruck-Common-Rail-Pumpereignissen mit einer Reihenfolge
von Verbrennungsmotoreinspritz- und Verbrennungsereignissen zum
Minimieren von kraftstoffpumpeninduzierten Getriebezugdynamiken,
-geräusch, -vibration und -härtelevel und von
Zylindern-zu-Zylinder abweichenden Füllleveln und Ratenformen
durch die verbesserte Wiederholbarkeit von Druck, der sich an der
Injektordüse zu der Startzeit der Einspritzung und danach abzeichnet.
Diese Vorteile werden, wie in 3 und 4 gezeigt,
leicht ersichtlich, wenn sie mit augenscheinlich einfachen Kraftstoffsystemkonstruktionen, in
denen die Pump- und Verbrennungsereignisse asynchron sind, verglichen
werden. Die vorliegende Offenbarung wird weiter wirksam eingesetzt,
indem Pumpantriebsverhältnisse und/oder Nockenwellenprofile
ausgewählt werden, die ein ganzzahliges Vielfaches einer
Pumpenkolbenbetriebsfrequenz verglichen mit einer Verbrennungsmotorverbrennfrequenz ergeben.
Dieser Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird wiedergegeben, indem
nicht nur ein sich wiederholendes Muster von Pumpereignissen pro Verbrennungsmotorzyklus
vorhanden ist, sondern dass die sich wiederholenden Muster ein Untermuster
von Pumpereignissen enthalten, das sich eine ganzzahlige Anzahl
von Malen jeden Verbrennungsmotorzyklus wiederholt, wobei die Ganzzahl
der Zylinderzahl des vorgegebenen Verbrennungsmotors entspricht.
Des Weiteren kann durch Auswählen einer geeigneten Synchronisierung
in der Verbindung zwischen der Pumpe und der Verbrennungsmotorkurbelwelle
eine bessere Platzierung der Pumpereignisse relativ zu den Verbrennungsereignissen
basierend darauf ausgewählt werden, welche Merkmalen am
wichtigsten für eine vorgegebene Verbrennungsmotorkonfiguration
und Anwendung sind. Beispielsweise ist es vielleicht wünschenswert
die Verbindung derart auszuwählen, dass die Pumpereignisse
und Einspritzereignisse sich zeitlich über den Großteil des
Verbrennungsmotorbetriebsbereichs nicht überlappen. Diese
Strategie der vorliegenden Offenbarung ermöglicht für
eine kleine Anzahl von Pumpenkonfigurationen eine effektive Abdeckung
und einen synchronen Betrieb mit vielen unterschiedlichen Verbrennungsmotorkonfigurationen
zu liefern.
-
Es
sollte verstanden werden, dass die obige Beschreibung nur zum Zwecke
der Darstellung gedacht ist, und nicht dazu gedacht ist, den Umfang
der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken.
Folglich wird der Fachmann erkennen, dass andere Aspekte der Offenbarung
aus dem Studieren der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten
Ansprüche erhalten werden können.
-
Zusammenfassung
-
SYNCHRONISIERUNG VON COMMON-RAIL
PUMPEREIGNISSEN MIT DEM VERBRENNUNGSMOTORBETRIEB
-
Geräusche
und Vibrationen, die mit einer Antriebsverbindung (31)
eines Common-Rail-Kraftstoffsystems (12) verbunden sind,
werden durch Synchronisieren einer Hochdruck-Common-Rail(24)-Versorgungspumpe
mit einem Verbrennungsmotorbetrieb verringert. Dies kann durch Auswählen
einer Verbindung (31), die zu einem gewünschten
Verhältnis von Verbrennungsmotordrehzahl zu Pumpendrehzahl
gehört, zusammen mit einem Auswählen einer Anzahl
von Pumpenkolben und Nockennasen (35) erreicht werden,
was eine synchronisierende Funktion der Pumpe mit den Verbrennungsmotorverbrennungsereignissen
zur Folge hat. Insbesondere wiederholt sich ein Muster von Pumpereignissen
(80) pro Verbrennungsmotorzyklus während jedes
Verbrennungsmotorzyklus. In einer anspruchsvolleren Version enthält
das Muster von Pumpereignissen (80) pro Verbrennungsmotorzyklus
ein Untermuster von Pumpereignissen (80), das sich eine
ganzzahlige Anzahl von Malen pro Verbrennungsmotorzyklus wiederholt,
wobei die ganzzahlige Anzahl der Anzahl von Verbrennungsmotorzylindern
(15) gleicht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6484696 [0004]
- - US 6763808 [0005]