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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung ist auf ein Brennstoffsystem gerichtet und insbesondere auf ein Brennstoffsystem mit einer multifunktionalen elektrischen Pumpe.
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Hintergrund
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Der Betrieb eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Diesel- oder Benzinmotors, erfordert, dass Hochdruckbrennstoff an Zylinder des Motors zur Verbrennung darin geliefert wird, die eine mechanische Leistungsausgabe erzeugt. Die aktuelle Technologie setzt die Verwendung einer Niederdruckpumpe und einer Hochdruckpumpe ein, die in Serie verbunden sind und mechanisch durch den Motor angetrieben werden. Die Niederdruckpumpe sieht eine Niederdruckversorgung an die Hochdruckpumpe vor, während die Hochdruckpumpe einen Druck des Brennstoffes auf einen erwünschten Betriebspegel anhebt.
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Während des Startvorgangs eines Motors kann es nützlich sein, in den Motor unter Druck gesetzten Brennstoff bis zu einem erwünschten Pegel vor dem Versuch, den Motor zur starten, voreinzuspritzen bzw. zum Anlassen einzuspritzen, um die Startzeit zu verringern und eine Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Starts zu erhöhen. Brennstoffanlasseinspritzen wird typischerweise durch eine manuelle oder elektrische Pumpe durchgeführt, da der Motor, der noch nicht in Betrieb ist, möglicherweise nicht in der Lage ist, die Nieder- und Hochdruckpumpen anzutreiben, um den Brennstoff während des Startvorgangs ausreichend unter Druck zu setzen.
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Die Verbrennung des Brennstoffes innerhalb eines Motors kann unerwünschte Emissionen erzeugen, einschließlich Partikelstoffen bzw. Feinstaub. Typischerweise fangen Motorabgassysteme diesen Feinstaub mit einem Filter ab, bevor der Feinstaub an die Atmosphäre abgegeben werden kann. Die Verwendung des Filters für ausgedehnte Zeitdauern kann jedoch bewirken, dass sich Feinstaub in dem Filter ansammelt, wodurch der Abgasstrom durch den Filter und eine nachfolgende Motorleistungsfähigkeit verringert wird. Der gesammelte Feinstaub kann aus dem Filter durch einen Prozess entfernt werden, der als Regeneration bezeichnet wird.
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Um eine Regeneration des Filters einzuleiten, wird die Temperatur des Feinstaubes, der in dem Filter eingeschlossen ist, über eine Verbrennungsschwelle angehoben, bei der der Feinstaub abgebrannt wird. Ein Weg, die Temperatur des Feinstaubes zu erhöhen, ist es, Brennstoff mit relativ geringem Druck in den Abgasstrom des Motors einzuspritzen und den eingespritzten Brennstoff zu entzünden. Zu diesem Zweck wird üblicherweise eine speziell dafür vorgesehene und mechanisch angetriebene Regenerationspumpe genutzt.
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Wie oben skizziert, sind, aufgrund der variierenden Brennstoffdruckerfordernisse, Stromratenerfordernisse und der Antriebskapazität eines Motors während eines Startvorgangs, während eines normalen Betriebs und während Regenerationsereignissen, typische Motoren mit vier oder mehr unterschiedlichen Brennstoffpumpen ausgestattet. Zusätzlich werden getrennte und speziell dafür vorgesehne Brennstofffilter mit unterschiedlichen Filtrationsniveaus üblicherweise mit jeder der verschiedenen Pumpen assoziiert, um dabei zu helfen sicherzustellen, dass der Brennstoff, der durch die Pumpen hindurchläuft, für den vorgesehenen Betrieb ausreichend gereinigt wurde. Die verschiedenen Brennstoffpumpen und assoziierten Filter erhöhen die Kosten des Motors, verbrauchen wertvollen Motorraum und verringern die Zuverlässigkeit des Motors.
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Ein Versuch, eines oder mehrere der obigen Probleme anzugehen ist in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006/0277899 A1 (der '899-Veröffentlichung) von Ruona, die am 14. Dezember 2006 veröffentlicht wurde, offenbart. Die '899-Veröffentlichung offenbart ein Brennstoffsystem mit einer mechanischen Flügelpumpe, die multifunktional ist. Die mechanische Flügelpumpe der '899-Veröffentlichung ist strömungsmittelmäßig verbunden, um Brennstoff durch einen einzelnen Brennstofffilter anzusaugen und den Brennstoff an einen Motor für sowohl Verbrennungs- als auch Anlasseinspritzungszwecke zu liefern, und an eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zu Regenerationszwecken.
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Während das Brennstoffsystem der '899-Veröffentlichung die Komplexität eines Brennstoffsystems eines Motors verringern kann, indem eine einzelne Pumpe für mehrere Zwecke verwendet wird, kann das Brennstoffsystem gleichwohl problematisch sein. Insbesondere kann, da die Anforderungen an Brennstoffdrücke und Stromraten für Motorverbrennungs-, Brennstoffanlasseinspritz- und Regenerationsereignisse unterschiedlich sein können, die einzelne mechanische Flügelpumpe der '899-Veröffentlichung möglicherweise nicht effizient alle Anforderungen des Motors erfüllen. Weiter sieht möglicherweise ein einzelner Filter, der in dem Brennstoffsystem der '899-Veröffentlichung enthalten ist, keine ausreichende Brennstofffilterung für jede der unterschiedlichen Brennstofflieferungsfunktionen vor, die durch die einzelne mechanische Flügelpumpe durchgeführt werden.
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Das Brennstoffsystem der vorliegenden Offenbarung ist auf Verbesserungen der vorhandenen Technologie gerichtet.
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Zusammenfassung
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf eine Pumpe gerichtet. Die Pumpe kann einen Pumpmechanismus und einen elektrischen Motor beinhalten, der angeschlossen ist, um den Pumpmechanismus anzutreiben. Die Pumpe kann auch einen Niederdruckeinlassdurchlass in Strömungsmittelverbindung mit dem Pumpmechanismus beinhalten, einen unter Druck gesetzten Einlassdurchlass in Strömungsmittelverbindung mit dem Pumpmechanismus, einen ersten Auslassdurchlass in Strömungsmittelverbindung mit dem Pumpmechanismus und einen zweiten Auslassdurchlass. Die Pumpe kann weiter ein Ventil beinhalten, das aus einer ersten Position, in der der zweite Auslassdurchlass vom Pumpmechanismus abgeblockt bzw. abgeschnitten ist, in eine zweite Position bewegbar ist, in der der zweite Auslassdurchlass in Strömungsmittelverbindung mit dem Pumpmechanismus ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Brennstoffsystem für einen Motor gerichtet. Das Brennstoffsystem kann eine Brennstoffquelle und eine Einspritzvorrichtung beinhalten, die in Strömungsmittelverbindung mit einer Brennkammer des Motors angeordnet sind. Das Brennstoffsystem kann auch einen ersten Filter beinhalten, der zwischen der Brennstoffquelle und der Einspritzvorrichtung angeordnet ist, einen zweiten Filter, der stromaufwärts des ersten Filters angeordnet ist und eine geringere Effizienz hat als der erste Filter, und eine Nachbehandlungseinrichtung, die in Strömungsmittelverbindung mit einem Abgasstrom des Motors angeordnet ist. Das Brennstoffsystem kann weiter eine elektrische Pumpe beinhalten, die mindestens einen ersten Einlassdurchlass hat, der strömungsmittelmäßig verbunden ist, um selektiv Brennstoff von einem ersten Ort stromaufwärts des ersten Filters und stromabwärts des zweiten Filters, oder von einem zweiten Ort stromabwärts von sowohl dem ersten aus auch dem zweiten Filter aufzunehmen, und die mindestens einen ersten Auslassdurchlass hat, der verbunden ist, um selektiv Brennstoff zu einem dritten Ort stromaufwärts des ersten Filters und stromabwärts des zweiten Filters oder an die Nachbehandlungsvorrichtung abzuleiten.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren zum Liefern von Brennstoff gerichtet. Das Verfahren kann das selektive Erregen bzw. Einschalten eines Motors beinhalten, um einen gefilterten Strom von Brennstoff von einer Niederdruckquelle anzusaugen oder um einen Strom von Brennstoff aufzunehmen, der einen erhöhten Druck hat und zu einem höheren Grad gefiltert wird als der Strom von Brennstoff, der von der Niederdruckquelle angesaugt wird. Das Verfahren kann weiter das selektive Leiten von Brennstoff mit einem Druck, der durch den Motor erhöht ist, an eine Nachbehandlungseinrichtung oder eine Motoreinspritzvorrichtung beinhalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Brennstoffsystems; und
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2 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes offenbartes Verfahren abbildet, das von dem Brennstoffsystem der 1 durchgeführt werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
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Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Leistungs- bzw. Antriebssystems 10 ist in 1 veranschaulicht. Das Antriebssystem 10 kann einen Motor 12, ein Abgassystem 14 und ein Brennstoffliefersystem 16 beinhalten. Der Motor 12 kann Brennstoff aufnehmen und verbrennen, der vom Brennstoffliefersystem 16 geliefert wird, um eine mechanische Leistungsausgabe und einen Abgasstrom zu erzeugen. Das Abgassystem 14 kann den Strom von Abgas vom Motor 12 aufnehmen, das Abgas aufbereiten und das aufbereitete Abgas in die Atmosphäre abgeben.
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In einem Beispiel kann der Motor 12 ein Verbrennungsmotor sein, der einen oder mehrere Zylinder 18 und einen (nicht gezeigten) Kolben hat, der verschiebbar innerhalb jedes Zylinders 18 angeordnet ist. Jeder Zylinder 18 kann, zusammen mit jedem Kolben, zumindest teilweise eine Brennkammer 20 definieren. Jeder Kolben kann mit einer Kurbelwelle 22 verbunden sein, um sich innerhalb eines entsprechenden Zylinders 18 hin- und herzubewegen, wenn sich die Kurbelwelle 22 dreht, wodurch sich ein Volumen der assoziierten Brennkammer 20 ausdehnt bzw. expandiert und sich zusammenzieht bzw. kontrahiert. Ein Fachmann wird leicht erkennen, dass der Motor 12 jegliche geeignete Anzahl von Brennkammern 20 beinhalten kann, und dass der Motor 12 jegliche Art eines Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielsweise ein Benzinmotor, ein Dieselmotor oder ein mit gasförmigem Brennstoff angetriebener Motor. Die Brennkammern 20 können in einer ”Reihen-Konfiguration”, einer ”V-Konfiguration” oder in jeglicher anderen herkömmlichen Konfiguration angeordnet sein.
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Das Abgassystem 14 kann Komponenten beinhalten, die Abgas aufbereiten und von der Brennkammer 20 in die Atmosphäre bzw. Umgebungsluft leiten. Zum Beispiel kann das Abgassystem 14 eine Nachbehandlungseinrichtung 24 beinhalten, die innerhalb eines Abgasdurchlasses 26 angeordnet ist, der strömungsmittelmäßig mit jeder Brennkammer 20 verbunden ist. Die Nachbehandlungseinrichtung 24 kann konfiguriert sein, um Bestandteile des Abgases, das vom Motor 12 erzeugt wird, zu entfernen, zu verringern und/oder zu sammeln. In einem Beispiel kann die Nachbehandlungseinrichtung 24 einen Feinstofffilter mit einem Drahtgewebe, einem Metallschaum und/oder einem keramischen Honigwaben- bzw. Honeycomb-Filtermedium verkörpern. Wenn der Abgasstrom vom Motor 12 durch das Filtermedium hindurchfließt, kann Feinstaub, zum Beispiel unverbrannte Kohlenwasserstoffe, auf das Filtermedium auftreffen und davon blockiert bzw. abgefangen werden.
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Über die Zeit kann sich der angesammelte Feinstaub innerhalb der Nachbehandlungseinrichtung 24 aufbauen bzw. anhäufen und das Filtermedium kann gesättigt werden. Wenn dies nicht berücksichtigt wird, könnte diese Anhäufung von Stoffen den Abgasstrom durch das Filtermedium und nachfolgend die Motorleistung verringern. Aus diesem Grund kann die Nachbehandlungseinrichtung 24 und/oder Abgas, das durch die Nachbehandlungseinrichtung 24 hindurch strömt, selektiv erwärmt werden, um eine Regeneration des Filtermediums zu fördern. Wenn erwärmtes bzw. erhitztes Abgas durch die Nachbehandlungseinrichtung 24 strömt, kann ein Teil oder der gesamte Feinstaub bzw. die Partikelstoffe, die darin eingeschlossen sind, eine exotherme Reaktion durchlaufen und dabei reduziert werden. Dieser Prozess kann als aktive Regeneration bekannt sein, wenn die Temperatur des Abgases und/oder der Nachbehandlungseinrichtung 24 künstlich erhöht werden kann, um die Verbrennung des eingeschlossenen Feinstaubes einzuleiten und/oder zu unterstützen. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel kann die Nachbehandlungseinrichtung 24 und/oder das Abgas, das durch die Nachbehandlungseinrichtung 24 hindurch strömt, durch die Verbrennung von Brennstoff erhitzt werden, der in den Abgasstrom des Motors 12 geleitet wurde.
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Das Brennstoffliefersystem 16 kann Komponenten beinhalten, die zusammenwirken, um Brennstoff in jede Brennkammer 20 des Motors 12 zu liefern und separat in jeden Abgasdurchlass 26 stromaufwärts der Nachbehandlungseinrichtung 24. Insbesondere kann das Brennstoffliefersystem 16 eine primäre Versorgungsanordnung 28 und eine Hilfsversorgungsanordnung 30 beinhalten. Die primäre Versorgungsanordnung 28 kann konfiguriert sein, um Brennstoff an den Motor 12 während eines normalen Betriebs zu liefern (d. h. während eines Motorbetriebs, der nicht einem Anlasseinspritzereignis oder einem Regenerationsereignis entspricht), während die Hilfsversorgungsanordnung 30 konfiguriert sein kann, selektiv Brennstoff an den Motor 12 während eines Anlasseinspritzereignisses und an das Abgassystem 14 während eines Regenerationsereignisses zu liefern.
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Die primäre Versorgungsanordnung 28 kann eine Common-Rail-Anordnung bzw. Anordnung mit gemeinsamer Brennstoffleitung sein, die einen Niederdrucktank 32 aufweist, der konfiguriert ist, so dass er einen Vorrat an Brennstoff beinhaltet, und eine oder mehrere Pumpeinrichtungen, die Brennstoff von dem Tank 32 ansaugen, einen Druck des Brennstoffes vom Tank 32 erhöhen und einen oder mehrere Ströme von unter Druck gesetztem Brennstoff an eine Common-Rail 34 leiten. In einem Beispiel können die Pumpeinrichtungen eine Niederdruckquelle 36 und eine Hochdruckquelle 38 beinhalten, die in Reihe angeordnet sind und strömungsmittelmäßig mittels einer Brennstoffleitung 40 verbunden sind. Die Niederdruckquelle 36 kann eine Transferpumpe verkörpern, die eine Niederdruckversorgung an die Hochdruckquelle 38 vorsieht. Die Hochdruckquelle 38 kann die Niederdruckversorgung aufnehmen und den Druck des Brennstoffes auf einen Bereich von ungefähr 30–300 MPa erhöhen. Die Niederdruckquelle 36 kann mit dem Tank 32 mittels einer Brennstoffleitung 41 verbunden sein, während die Hochdruckquelle 38 mit der Common-Rail 34 mittels einer Brennstoffleitung 42 verbunden sein kann. Ein Rückschlagventil 43 kann innerhalb der Brennstoffleitung 41 angeordnet sein, und zwar oberhalb der Niederdruckquelle 36, um dabei zu helfen, einen unidirektionalen Brennstoffstrom an die Common-Rail 34 sicherzustellen. Eines oder mehrere Brennstofffilterelemente 44, wie beispielsweise ein Primärfilter 44A und ein Sekundärfilter 44B können innerhalb der Brennstoffleitung 40 in Reihe angeordnet sein, um Fremdkörper und/oder Wasser aus dem Brennstoff zu entfernen, der von der primären Versorgungsanordnung 28 unter Druck gesetzt wird. Die Primär- und Sekundärfilter 44A, 44B können im Wesentlichen identisch sein und eine Nennfiltration von beispielsweise ungefähr 4 μm haben. In einigen Ausführungsbeispielen kann auch ein zusätzlicher Filter 45 mit einer geringeren Effizienznennleistung genutzt und oberhalb der Primär- und Sekundärfilter 44A, 44B angeordnet werden, wenn dies erwünscht ist. Zum Beispiel kann der Filter 45 innerhalb der Brennstoffleitung 41 angeordnet sein und kann eine Nennfiltration von beispielsweise ungefähr 10 μm aufweisen und daher weniger Material aus einem gegebenen Strom entfernen als der Primär- oder Sekundärfilter 44A, 44B. Es wird in Betracht gezogen, dass der Filter 45 zusätzlich als ein Brennstoff/Wasser-Abscheider dienen kann, wenn dies erwünscht ist.
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Eine oder beide der Nieder- und Hochdruckquellen 36, 38 kann bzw. können betriebsmäßig mit dem Motor 12 verbunden sein und mechanisch durch die Kurbelwelle 22 angetrieben werden. Die Nieder- und/oder Hochdruckquellen 36, 38 können mit der Kurbelwelle 22 auf jegliche Weise verbunden sein, die dem Fachmann leicht ersichtlich ist, wobei eine Drehung der Kurbelwelle 22 zu einer entsprechenden Antriebsdrehung einer assoziierten Pumpenantriebswelle führen wird. Zum Beispiel ist eine Antriebswelle 46 der Niederdruckquelle 36 in 1 so gezeigt, dass sie mit der Kurbelwelle 22 durch einen Getriebestrang 48 verbunden ist, während die Hochdruckquelle 38 so gezeigt ist, dass sie mit der Kurbelwelle 22 mittels einer Antriebswelle 50 und einem Getriebestrang 48 verbunden ist. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass eine oder beide der Nieder- und Hochdruckquellen 36, 38 alternativ elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf jegliche andere geeignete Weise angetrieben werden können. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass die primäre Versorgungsanordnung 28 alternativ jegliche Art von Brennstoffsystem verkörpern kann, wie beispielsweise ein mechanisches Unit-Brennstoffeinspritzvorrichtungssystem, wobei der Druck des eingespritzten Brennstoffes innerhalb individueller Einspritzvorrichtungen erzeugt oder verstärkt wird, und zwar ohne die Verwendung einer Hochdruckquelle, wenn dies erwünscht ist.
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Die Common-Rail 34 kann Brennstoff, der von der primären Versorgungsanordnung 28 unter Druck gesetzt worden ist, an eine Vielzahl von Motoreinspritzvorrichtungen 51 über individuelle Durchlässe 52 verteilen. Jede Motoreinspritzvorrichtung 51 kann in Strömungsmittelverbindung mit einer assoziierten Brennkammer 20 angeordnet sein und betreibbar sein, um Brennstoff in die assoziierte Brennkammer 20 zu vorbestimmten Zeitpunkten, mit vorbestimmten Drücken und in vorbestimmten Mengen einzuspritzen, um eine Leistungsausgabe und/oder Abgasemissionen des Motors 12 zu beeinflussen. Jede Motoreinspritzvorrichtung 51 kann jegliche Art von Brennstoffeinspritzeinrichtung verkörpern, wie beispielsweise eine mechanisch betätigte, mechanisch gesteuerte Einspritzvorrichtung, eine elektronisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtung, eine mechanisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtung, ein digital gesteuertes Brennstoffventil oder jegliche andere Art von Brennstoffeinspritzvorrichtung, die in der Technik bekannt ist. In einem Ausführungsbeispiel können die Common-Rail 34 und jede Motoreinspritzvorrichtung 51 verbunden sein, um überschüssigen Brennstoff zum Tank 32 über Rückführleitungen 54 bzw. 56 zurückzuführen.
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Eines oder mehrere Rückschlagventile 58 und/oder Druckregler 60 können in den Rückführleitungen 54, 56 angeordnet sein, um die Brennstoffdrücke innerhalb der Common-Rail 34 und der Motoreinspritzvorrichtungen 51 zu regulieren, wenn dies erwünscht ist.
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Die Hilfsversorgungsanordnung 30 kann eine Pumpe 62 beinhalten, die einen Strom von Niederdruckbrennstoff ansaugt, einen Strom von unter Druck gesetztem Brennstoff aufnimmt, einen Druck des angesaugten und aufgenommenen Brennstoffstromes erhöht und selektiv einen oder mehrere unter Druck gesetzte Brennstoffströme an eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 67 während eines Regenerationsereignisses leitet oder an die Motoreinspritzvorrichtungen 51 während eines Anlasseinspritzereignisses, wie ausführlicher unten beschrieben wird. Zu diesen Zwecken kann die Pumpe 62 mit einem Pumpmechanismus 64 ausgestattet sein, der von einem elektrischen Motor 66 angetrieben wird, um einen Druck des Brennstoffes zu erhöhen, der durch den Pumpmechanismus 64, einen Niederdruckeinlassdurchlass 68, einen unter Druck gesetzten Einlassdurchlass 70, einen Anlasseinspritzauslassdurchlass 72 und einen Regenerationsauslassdurchlass 74 hindurch fließt. Der Niederdruckeinlassdurchlass 68 kann mit der Brennstoffleitung 41 verbunden sein, um einen Strom von Niederdruckbrennstoff, der von einem Ort stromabwärts des Filters 45 und stromaufwärts der Primär- und Sekundärfilter 44A, 44B angesaugt wird, an eine Niederdruckgalerie 76 des Pumpmechanismus 64 zu liefern. Der unter Druck gesetzte Einlassdurchlass 70 kann mit der Brennstoffleitung 40 verbunden sein, um einen Strom von Brennstoff, der bereits durch die Niederdruckquelle 36 unter Druck gesetzt wurde und von einem Ort stromabwärts der beiden Primär- und Sekundärfilter 44A, 44B aufgenommen wurde, an eine Niederdruckgalerie 76 zu leiten. Der Anlasseinspritzauslassdurchlass 72 kann mit der Brennstoffleitung 41 verbunden sein, um unter Druck gesetzten Brennstoff von einer Hochdruckgalerie 78 des Pumpmechanismus 64 in die Brennstoffleitung 41 an einen Ort stromabwärts des Filters 45 und des Niederdruckeinlasses 68, und stromaufwärts der Niederdruckquelle 36 zu leiten. Der Regenerationsauslassdurchlass 74 kann verbunden sein, um unter Druck gesetzten Brennstoff von der Hochdruckgalerie 78 an die Abgaseinspritzvorrichtung 67 zu leiten.
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Ein Steuerventil 79 kann innerhalb des Anlasseinspritzauslassdurchlasses 72 angeordnet sein. Das Steuerventil 79 kann ein elektromagnetbetätigtes, federvorgespanntes Ventil sein, das beweglich ist zwischen einer ersten Position, die mit einem Betrieb des Motors 12 während eines Regenerationsereignisses 12 assoziiert ist, und einer zweiten Position, die mit einem Betrieb des Motors 12 während eines Anlasseinspritzereignisses assoziiert ist. Wenn es sich in der ersten oder Regenerationsposition befindet, kann das Steuerventil 79 einen Brennstofffluss vom Pumpmechanismus 64 an die Brennstoffleitung 41 über den Anlasseinspritzauslassdurchlass 72 blockieren. Wenn es in der zweiten oder Anlasseinspritzposition ist, kann das Steuerventil 79 einen Brennstoffstrom vom Pumpmechanismus 64 zur Brennstoffleitung 41 über den Anlasseinspritzauslassdurchlass 72 gestatten. Auf diese Weise kann ein Betrieb des Pumpmechanismus 64, wenn das Steuerventil 79 in der Regenerationsposition ist, unter Druck gesetzten Brennstoff, der den Pumpmechanismus 64 verlässt, in Vorbereitung auf das Regenerationsereignis durch den Regenerationsauslassdurchlass 74 zur Abgaseinspritzvorrichtung 67 drücken. Und ein Betrieb des Pumpmechanismus 64 kann, wenn das Steuerventil 79 in der Anlasseinspritzposition ist, unter Druck gesetzten Brennstoff, der den Pumpmechanismus 54 verlässt, während eines Anlasseinspritzereignisses durch den Anlasseinspritzauslassdurchlass 72 zur Brennstoffleitung 41 drücken. Von der Brennstoffleitung 41 kann der vom Pumpmechanismus 64 unter Druck gesetzte Brennstoff während des Anlasseinspritzereignisses, in Vorbereitung auf einen nachfolgenden Startvorgang des Motors 12, an die Motoreinspritzvorrichtungen 51 geleitet werden.
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Eines oder mehrere Rückschlagventile und/oder Druckregulatoren können mit den Einlass- und Auslassdurchlässen der Pumpe 62 assoziiert sein. Zum Beispiel kann ein Rückschlagventil 80 innerhalb des Niederdruck-Einlassdurchlasses 68 angeordnet sein, um dabei zu helfen, einen unidirektionalen Brennstoffstrom von der Brennstoffleitung 41 an die Niederdruckgalerie 76 sicherzustellen. Auf ähnliche Weise kann ein Rückschlagventil 82 innerhalb des Regenerationsauslassdurchlasses 74 angeordnet sein, um dabei zu helfen, einen unidirektionalen Brennstoffstrom von der Hochdruckgalerie 78 an die Abgaseinspritzvorrichtung 67 sicherzustellen. Ein Druckregler 84 kann innerhalb des unter Druck gesetzten Einlassdurchlasses 70 angeordnet sein, um dabei zu helfen, erwünschte Druckpegel innerhalb des unter Druck gesetzten Einlassdurchlasses 70 und der Niederdruckgalerie 76 vorzusehen. Ein weiterer Druckregler 86 kann innerhalb eines Ausgleichsdurchlasses 88 angeordnet sein, der die Hochdruckgalerie 78 mit einem Abschnitt des Anlasseinspritzauslassdurchlasses 72 an einer Stelle stromabwärts des Steuerventils 79 verbindet (z. B. kann der Druckregler 86 parallel mit dem Steuerventil 79 verbunden sein), um dabei zu helfen, erwünschte Druckpegel innerhalb der Hochdruckgalerie 78 und des Anlasseinspritzauslassdurchlasses 72 vorzusehen.
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In einem Ausführungsbeispiel kann ein zusätzlicher Filter 90 im Regenerationsauslassdurchlass 74 angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Filter 90 zwischen dem Rückschlagventil 82 und der Abgaseinspritzvorrichtung 67 angeordnet sein. Der Filter 90 kann eine Filternennleistung von beispielsweise ungefähr 4 μm haben.
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Eine Steuervorrichtung 92 kann mit der Hilfsversorgungsanordnung 30 assoziiert sein, um eine Brennstoffversorgung während Regenerations- und Anlasseinspritzereignissen zu ermöglichen. Die Steuervorrichtung 92 kann einen Eingangsgröße aufnehmen, die ein erwünschtes Regerations- oder Anlasseinspritzereignis anzeigt, und kann selektiv den Betrieb des Steuerventils 79, des Motors 66 und/oder der Abgaseinspritzvorrichtung 67 basierend auf der Eingangsgröße regulieren. Die Eingangsgröße, die die Regulierung durch die Steuervorrichtung 92 auslöst, kann automatisch erzeugt werden, und zwar basierend auf einem oder mehreren überwachten Zuständen bzw. Bedingungen des Motors 12 und/oder kann manuell erzeugt werden durch eine Bedienerbetätigung eines Schalters 94 oder einer anderen Eingabeeinrichtung.
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Die Steuervorrichtung 92 kann einen einzelnen oder mehrere Mikroprozessoren, feldprogrammierbare Gatteranordnungen bzw. FPGAs (FPGA = fieldprogrammable gate array), Digitalsignalprozessoren (DSPs) und so weiter verkörpern, die Mittel zum Steuern eines Betriebs eines Antriebssystems 10 ansprechend auf Signale beinhalten, die von dem Schalter 94 und/oder von einem allgemeinen Antriebssystemprozessor empfangen werden. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können konfiguriert sein, um die Funktionen der Steuervorrichtung 92 auszuführen. Es sollte klar sein, dass die Steuervorrichtung 92 einfach einen Mikroprozessor verkörpern kann, der von einem Prozessor getrennt ist, der andere, nicht auf Abgas bezogene Antriebssystemfunktionen steuert, oder dass die Steuervorrichtung 92 integral mit dem allgemeinen Antriebssystemprozessor ausgebildet sein könnte und in der Lage sein könnte, zahlreiche Antriebssystemfunktionen und Betriebsmodi zu steuern. Wenn sie von dem allgemeinen Antriebssystemprozessor getrennt ist, kann die Steuervorrichtung 92 mit dem allgemeinen Antriebssystemprozessor über Datenverbindungen oder andere Verfahren kommunizieren. Verschiedene andere bekannte Schaltkreise können mit der Steuervorrichtung 92 assoziiert sein, einschließlich Leistungsversorgungsschaltkreisen, Signalkonditionierungsschaltkreisen, Betätigungsantriebsschaltkreisen (d. h. Schaltkreisen, die Elektromagneten, Motoren oder Piezo-Betätigungsvorrichtungen mit Strom versorgen), Kommunikationsschaltkreisen und anderen geeigneten Schaltkreisen.
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2 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren, das vom Antriebssystem 10 durchgeführt werden kann. Dieses Verfahren wird im folgenden Abschnitt ausführlicher beschrieben, um das offenbarte System und seinen Betrieb besser zu veranschaulichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das Brennstoffliefersystem der vorliegenden Offenbarung findet breite Anwendung in einer Vielzahl von Motortypen, einschließlich beispielsweise Dieselmotoren, Benzinmotoren und mit gasförmigem Brennstoff angetriebenen Motoren. Das offenbarte Brennstoffliefersystem kann separat Brennstoff an einen Motor zur Verbrennung über mechanisch angetriebene Transfer- und Primärpumpen liefern, und zu Anlasseinspritz- und Abgasnachbehandlungszwecken über eine elektrische Pumpe. Während eines Anlasseinspritzereignisses kann Brennstoff durch die elektrische Pumpe unter Druck gesetzt werden, bevor er durch hocheffiziente Filter hindurch läuft, die auch während des normalen Motorbetriebs verwendet werden. Während eines Regenerationsereignisses kann Brennstoff zunächst durch die hocheffizienten Filter hindurch fließen, bevor er durch die elektrische Pumpe unter Druck gesetzt wird. Auf diese Weise kann der Brennstoff, der für jeglichen Zweck verwendet wird, hindurchfließen und ausreichend durch vorhandene hocheffiziente Filter gereinigt werden, ohne das Erfordernis zusätzlicher hocheffizienter Filter, die speziell für Anlasseinspritzung oder Nachbehandlung vorgesehen sind. Als Folge kann das offenbarte Brennstoffliefersystem sauberen Brennstoff an mehrere Systeme auf eine effiziente und kosteneffektive Weise vorsehen.
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Der Betrieb des Brennstoffliefersystems 16 wird nun mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. Während eines normalen Motorbetriebs (d. h. während eines Motorbetriebs nach dem Startvorgang, der keinem Regenerationsereignis entspricht), kann Brennstoff vom Niederdrucktank 32 durch die Niederdruckquelle 36 angesaugt werden, und zwar durch die Brennstoffleitung 41 und den Filter 45 und vorbei am Rückschlagventil 43. Während dieser Zeit kann die Brennstoffleitung 41 als ein Bypass- bzw. Umleitungsdurchlass arbeiten, um zu gestatten, dass Niederdruckbrennstoff vom Tank 32 an der Hilfspumpanordnung 30 vorbeifließt. Wenn der Brennstoff vom Niederdrucktank 32 durch die Niederdruckquelle 36 hindurchfließt, kann der Brennstoff auf einen ersten Pegel unter Druck gesetzt werden, und dann durch die Filterelemente 44 an die Hochdruckquelle 36 geleitet werden, wo der Druck des Brennstoffes noch weiter erhöht werden kann. Der Hochdruckbrennstoff kann dann an die Common-Rail 34 über die Brennstoffleitung 42 weitergeleitet werden, und von der Common-Rail 34 an die individuellen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 51 über die Durchlässe 52 verteilt werden. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 51 können gesteuert werden, um erwünschte Mengen an unter Druck gesetztem Brennstoff in die Brennkammern 20 zu präzisen Zeitpunkten einzuspritzen. Überschlüssiger Brennstoff, der an die Common-Rail 34 und/oder die Einspritzvorrichtungen 51 geliefert wird, kann zum Tank 32 mittels der Brennstoffrückführleitungen 54 bzw. 56 zurückgeführt werden.
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Die Verbrennung von Brennstoff innerhalb des Motors 12 kann eine mechanische Arbeitsausgabe in Form einer Kurbelwellendrehung erzeugen und einen Fluss bzw. Strom von Abgas, der durch den Abgasdurchlass 26 zur Nachbehandlungseinrichtung 24 geleitet wird. Die Drehung der Kurbelwelle 22 kann sowohl die Hoch- als auch die Niederdruckquelle 36, 38 antreiben, zusätzlichen Brennstoff unter Druck zu setzen. Partikel, die in dem Abgas enthalten sind, das durch die Nachbehandlungseinrichtung 24 hindurchfließt, können blockiert bzw. aufgehalten und darin festgehalten werden.
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Wie aus der 2 ersichtlich ist, kann ein Betrieb einer Hilfsversorgungsanordnung 30 beginnen, wenn ein Signal, das mit entweder einem Motorstartvorgang oder einer Filterregeneration assoziiert ist, von der Steuervorrichtung 92 empfangen wird. Ein Motorstartsignal kann automatisch generiert werden, wenn beispielsweise ein Bediener einen Schlüssel in einem Versuch dreht, den Motor 12 zu starten. Alternativ kann der Schalter 94 oder eine andere ähnliche Eingabeeinrichtung manuell betätigt werden, wodurch ein Signal erzeugt wird, das anzeigt, dass eine Brennstoffanlasseinspritzung in Antizipation einer Motorstartvorgangsequenz beginnen sollte. Während eines Anlasseinspritzereignisses kann der Motor 12 vollständig außer Betrieb sein oder der Motor 12 kann alternativ in einem Versuch, in Betrieb genommen zu werden, kurbeln. Ein Filterregenerationssignal kann automatisch basierend auf einer verstrichenen Betriebszeitdauer, einem gemessenen Druck über die Nachbehandlungseinrichtung 24 hinweg, einer Temperatur des Abgases, das in die Nachbehandlungseinrichtung 24 eintritt oder diese verlässt oder basierend auf jeglichem anderen gemessenen oder angenommenen mit dem Motor oder Abgas in Beziehung stehenden Parameter, erzeugt werden. Alternativ kann ein Bediener manuell das Filterregenerationssignal erzeugen, und zwar beispielsweise durch Drücken eines Schalters 94 oder Bedienen einer anderen Eingabeeinrichtung.
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Die Steuervorrichtung 92 kann die oben beschriebenen Motorstartvorgangs- und Filterregenerationssignale aufnehmen und ansprechend darauf den Betrieb der Hilfsversorgungsanordnung 30 regeln (Schritt 100). Zum Beispiel kann, wenn ein Signal empfangen wird, das den Motorstartvorgang anzeigt, die Steuervorrichtung 92 das Steuerventil 79 mit Strom versorgen, um das Steuerventil 79 in die Anlasseinspritzposition zu bewegen, in der der Anlasseinspritzauslassdurchlass 72 strömungsmittelmäßig mit dem Pumpmechanismus 64 verbunden sein kann (Schritt 100: Start). Es wird in Betracht gezogen, dass das Steuerventil 79 alternativ oder zusätzlich manuell in die Anlasseinspritzposition bewegt werden kann, wodurch ein Anlasseinspritzereignis eingeleitet wird, wenn dies erwünscht ist. Wenn kein Signal durch die Steuervorrichtung 92 empfangen wird, kann die Steuerung damit fortfahren, den Schritt 100 (Schritt 100: Nein) als Schleife zu durchlaufen.
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Nachdem das Steuerventil 79 in die Anlasseinspritzposition bewegt wurde und während der Motor 12 entweder nicht in Betrieb ist oder kurbelt, kann die Steuervorrichtung 92 den Motor 66 mit Leistung versorgen bzw. anschalten, um den Pumpmechanismus 64 anzutreiben und dadurch einen Druck von Brennstoff, der durch den Pumpmechanismus 64 hindurchläuft, zu erhöhen (Schritt 120). Während des Anlasseinspritzereignisses können die Nieder- und Hochdruckquellen 36, 38 aktiv oder nicht aktiv sein. Wenn das Steuerventil 79 in der Anlasseinspritzposition ist und der Motor 66 mit Leistung versorgt wird, kann ein Strom von Niederdruckbrennstoff durch den Pumpmechanismus 64 vom Niederdrucktank 32 durch den Filter 45 in den Niederdruckeinlassdurchlass 68 und vorbei am Rückschlagventil 80 zur Niederdruckgalerie 76 angesaugt werden. Von der Niederdruckgalerie 76 kann der Brennstoff durch den Pumpmechanismus 64 hindurchlaufen, unter Druck gesetzt werden und weiter durch die Hochdruckgalerie 78 und das Steuerventil 79 zum Anlasseinspritzauslassdurchlass 72 fließen. Der unter Druck gesetzte Brennstoff kann in die Brennstoffleitung 41 eintreten und durch die Niederdruckquelle 36 zu den Filterelementen 44 hindurchfließen. Nach dem Fließen durch die Filterelemente 44 kann der unter Druck gesetzte Brennstoff durch die Hochdruckquelle 38, die Brennstoffleitung 42, die Common-Rail 34 und individuelle Durchlässe 52 zu den Motoreinspritzvorrichtungen 51 fließen. Dieser Betrieb wird fortgesetzt, bis ein erwünschter Druck innerhalb des Brennstoffliefersystems 16 erreicht worden ist oder bis eine erwünschte Zeitdauer verstrichen ist, wobei die erwünschte Zeitdauer einem erwünschten Druck entspricht. Alternativ kann der Anlasseinspritzbetrieb fortgesetzt werden, bis er manuell beendet wird, wenn dies erwünscht wird.
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Sobald die Steuervorrichtung 92 bestimmt hat, dass die erwünschte Zeitdauer verstrichen ist oder dass der erwünschte Brennstoffdruck im Brennstoffliefersystem 16 erreicht wurde (Schritt 130: Ja), kann dann die Steuervorrichtung 92 die Anlasseinspritzung beenden und kann zum Schritt 100 zurückkehren. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Steuervorrichtung 92 zusätzlich konfiguriert sein kann, das Kurbeln des Motors 12 zu gestatten und/oder einzuleiten, und zwar folgend auf den Abschluss des Schrittes 130, wenn dies erwünscht ist (Schritt 140). In dieser Situation kann das Anlasseinspritzen während dem Kurbeln des Motors fortgesetzt werden, so wie es erforderlich ist, bis der Motor 12 erfolgreich gestartet wurde.
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Das Rückschlagventil 82 kann dabei helfen sicherzustellen, dass Brennstoff, der vom Pumpmechanismus 64 während eines Anlasseinspritzereignisses unter Druck gesetzt wurde, nur an die Motoreinspritzvorrichtungen 51 geliefert wird (d. h. das Brennstoff nicht an die Abgaseinspritzvorrichtung 67 geliefert werden kann). Insbesondere kann das Rückschlagventil 82 während eines Anlasseinspritzereignisses geschlossen bleiben, da die Drücke, die während dem Anlasseinspritzereignis erreicht werden, geringer sein können als die Schließfedervorspannung des Rückschlagventils 82. Zusätzlich oder alternativ kann die Abgaseinspritzvorrichtung 67 während eines Anlasseinspritzereignisses deaktiviert werden, so dass Brennstoff, sogar dann, wenn es ihm gestattet wird, am Rückschlagventil vorbeizufließen, in dem Regenerationsauslassdurchlass 74 während des Anlasseinspritzereignisses eingeschlossen werden kann. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass Brennstoff sowohl an die Motoreinspritzvorrichtungen 51 als auch an die Abgaseinspritzvorrichtung 67 während eines Anlasseinspritzereignisses geleitet werden kann, wenn dies erwünscht ist.
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Der Brennstoff, der vom Pumpmechanismus 64 während des Anlasseinspritzereignisses unter Druck gesetzt wird, kann ausreichend sauber sein, ohne zusätzliche und speziell dafür vorgesehene Anlasseinspritzfilter zu erfordern. Insbesondere kann der gesamte Brennstoff, der vom Pumpmechanismus 64 während des Anlasseinspritzereignisses unter Druck gesetzt wird, nachfolgend durch hocheffiziente Filterelemente 44 hindurchgeleitet werden, die auch während des normalen Betriebs des Motors 12 verwendet werden können, bevor der Brennstoff von den Motoreinspritzvorrichtungen 51 aufgenommen wird. Diese Anordnung kann verringerte Komponentenkosten, verringerte Systemkomplexität und einen verringerten Raumverbrauch ermöglichen.
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Wenn die Steuervorrichtung 92 im Schritt 100 ein Regerationssignal empfängt (Schritt 100: Regeneration), kann die Steuervorrichtung 92 das Steuerventil 79 abschalten (wenn es zuvor angeschaltet war), um das Steuerventil 79 in die Regenerationsposition zu bewegen, in der der Anlasseinspritzauslassdurchlass 72 blockiert sein kann, um zu verhindern, das Brennstoff, der vom Pumpmechanismus 64 unter Druck gesetzt wurde, zur der primären Versorgungsanordnung 28 fließt (Schritt 150). Nachdem das Steuerventil 79 in die Anlasseinspritzposition bewegt worden ist und während der Motor 12 in vollem Betrieb ist, kann die Steuervorrichtung 92 den Motor 66 anschalten, um den Pumpmechanismus 64 anzutreiben und dadurch einen Druck des Brennstoffes, der durch den Pumpmechanismus 64 hindurchfließt, zu erhöhen (Schritt 160). Zu diesem Zeitpunkt kann ein Strom von unter Druck gesetztem Brennstoff vom Pumpmechanismus 64 stromabwärts der Niederdruckquelle 36 und den Filterelementen 44 aufgenommen werden. Der unter Druck gesetzte Brennstoff kann an den unter Druck gesetzten Einlassdurchlass 70 und vorbei am Druckregler 84 zur Niederdruckgalerie 76 geleitet werden. Von der Niederdruckgalerie 76 kann der Brennstoff durch den Pumpmechanismus 64 hindurchfließen, weiter unter Druck gesetzt werden und in die Hochdruckgalerie 78 eintreten. Von der Hochdruckgalerie 78 kann der Brennstoff in den Regenerationsauslassdurchlass 74 eintreten und durch den Filter 90 und das Rückschlagventil 82 zur Abgaseinspritzvorrichtung 67 hindurchfließen. Die Abgaseinspritzvorrichtung 67 kann dann gemäß vorprogrammierten Instruktionen gesteuert werden, so dass der unter Druck gesetzte Brennstoff eingespritzt und verbrannt wird und das Filtermedium der Nachbehandlungseinrichtung 24 dadurch ausreichend regeneriert wird. Der Regenerationsbetrieb des Pumpmechanismus 64 kann fortfahren, bis ein erwünschter Zustand der Nachbehandlungseinrichtung 24 erreicht worden ist oder bis eine erwünschte Zeitdauer verstrichen ist, wobei die erwünschte Zeitdauer einem erwünschten Zustand entspricht (Schritt 170: Nein). Nach dem Abschluss von Schritt 170 kann die Steuerung zu Schritt 100 zurückkehren (Schritt 170: Ja).
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Der Brennstoff, der vom Pumpmechanismus 64 während des Regenerationsereignisses unter Druck gesetzt worden ist, kann auch ausreichend sauber sein, ohne zusätzliche oder speziell dafür vorgesehen Regenerationsfilter zu erfordern. Insbesondere kann der gesamte Brennstoff, der vom Pumpmechanismus 64 während des Regenerationsereignisses unter Druck gesetzt wird, zuerst durch die Filterelemente 44 hindurchgeleitet werden, die auch während des normalen Betriebs des Motors 12 verwendet werden können, bevor der Brennstoff vom Pumpmechanismus 64 aufgenommen wird und an die Abgaseinspritzvorrichtung 67 weitergeleitet wird. Diese Anordnung kann verringerte Komponentenkosten, verringerte Systemkomplexität und einen verringerten Raumverbrauch ermöglichen.
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Es wird in Betracht gezogen, dass der Brennstoffdruck und/oder die Brennstoffflussrate, die vom Pumpmechanismus 64 während des Regenerationsereignisses erzeugt werden, sich von denen unterscheiden können, die während einem Anlasseinspritzereignis erzeugt werden, wenn dies erwünscht ist. Zum Beispiel kann der Motor 66 den Pumpmechanismus 64 mit einer Drehzahl und/oder einem Drehmoment antreiben, die dem aktuellen Ereignis entsprechen. Auf diese Weise kann der Betrieb der Hilfsversorgungsanordnung 30 auf die speziellen Bedürfnisse des Antriebssystems 10 während den unterschiedlichen Betriebsereignissen zugeschnitten werden.
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Es wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem Brennstoffliefersystem der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des hierin offenbarten Systems offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen angezeigt wird.