DE102012012450A1

DE102012012450A1 - Zweikraftstoffinjektor für ein Common-Rail-System

Info

Publication number: DE102012012450A1
Application number: DE201210012450
Authority: DE
Inventors: Hoisan Kim; Xiangdong Ding
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2012-12-27
Also published as: CN102840072A; US20120325350A1; US8733326B2; CN102840072B

Abstract

Ein Zweikraftstoff-Common-Rail-Kraftstoffinjektor (12) enthält eine erste und eine zweite Steuerventilanordnung (32, 30) und eine erste und eine zweite Ventilnadel (80, 74). Der Zweikraftstoffinjektor (12) ist dazu in der Lage, selektiv zwei unterschiedliche Kraftstoffe wie Diesel und Flüssigerdgas einzuspritzen. Die erste und die zweite Steuerventilanordnung (32, 30) arbeiten mit einem einzigen Kraftstoff, beispielsweise Diesel, als dem Steuermedium. Der Zweikraftstoff-Common-Rail-Injektor (12) enthält ferner eine Hydraulikverriegelungsanordnung (72).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Zweikraftstoff-Common-Rail-Systeme, insbesondere einen Kraftstoffinjektor, der zum Empfangen von zwei getrennten Fluiden und selektiven Einspritzen der Fluide unabhängig voneinander ausgebildet ist.
Hintergrund
Gasmotoren sind dafür bekannt, dass sie im Vergleich zu Kompressionszündungsmotoren relativ sauber verbrennen. Es ist jedoch bekanntermaßen schwierig, eine erfolgreiche Zündung von gasförmigen Kraftstoffen zu erzielen. Einige Gasmotoren verwenden eine Zündkerze, während andere Motoren eine geringe Menge an Destillatdieselkraftstoff verwenden, die zum Zünden einer größeren Menge an gasförmigem Kraftstoff kompressionsgezündet wird. Kraftstoffversorgungen, die dazu in der Lage sind, unabhängig voneinander sowohl einen gasförmigen Kraftstoff als auch einen Dieselkraftstoff auf eine sichere und effiziente Weise einzuspritzen, sind schwer zu realisieren. Das US-Patent 4,499,862 für Baumer et al. adressiert dieses Problem. Diese Druckschrift lehrt jedoch keinen Injektor, der zwei Fluide unabhängig voneinander empfangen, diese Fluide getrennt halten und die Einspritzung der Fluide unabhängig voneinander steuern kann.
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, eines oder mehrere der vorher dargelegten Probleme zu lösen.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt ist ein Zweikraftstoffinjektor mit einem Injektorkörper offenbart, der einen Zweikraftstoffeinlass, der zum Empfangen eines ersten Kraftstoffs und eines zweiten Kraftstoffs ausgebildet ist, einen zum Zuführen des ersten Kraftstoffs ausgebildeten ersten Kraftstoffzufuhrkanal, einen zum Zuführen des zweiten Kraftstoffs ausgebildeten zweiten Kraftstoffzufuhrkanal, eine erste Kraftstoffsteuerkammer, eine zweite Kraftstoffsteuerkammer, eine erste Kraftstoffsteuerleitung, eine zweite Kraftstoffsteuerleitung, mindestens einen Niederdruckablauf, einen ersten Kraftstoffventilhohlraum und eine Düse mit mindestens einem ersten Kraftstoffauslass und mindestens einem zweiten Kraftstoffauslass festlegt. Ferner ist eine erste Kraftstoffventilnadel vorgesehen, die in dem ersten Kraftstoffventilhohlraum angeordnet ist und zwischen einer ersten Position, an der die erste Kraftstoffventilnadel eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Kraftstoffzufuhrkanal und dem mindestens einen Kraftstoffauslass sperrt, und einer zweiten Position, an der die erste Kraftstoffventilnadel zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Kraftstoffzufuhrkanal und dem mindestens einen ersten Kraftstoffauslass ermöglicht, bewegbar ist, wobei die erste Kraftstoffventilnadel einen Innenhohlraum festlegt. Ferner ist eine zweite Kraftstoffventilnadel vorgesehen, die in dem Innenhohlraum der ersten Kraftstoffventilnadel angeordnet ist und zwischen einer ersten Position, an der die zweite Kraftstoffventilnadel eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffzufuhrkanal und dem mindestens einen zweiten Kraftstoffauslass sperrt, und einer zweiten Position, an der die zweite Kraftstoffventilnadel zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffzufuhrkanal und dem mindestens einen zweiten Kraftstoffauslass ermöglicht, bewegbar ist. Der Zweikraftstoffinjektor enthält ferner eine Hydraulikverriegelungsanordnung, die zum Ermöglichen einer Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffzufuhrkanal und dem ersten Kraftstoffventilhohlraum ausgebildet ist. Ferner ist eine erste Kraftstoffsteuerventilanordnung vorgesehen, die zumindest teilweise in dem Injektorkörper angeordnet ist und ein Steuerventilbauteil aufweist, das selektiv eine Fluidverbindung zwischen der ersten Kraftstoffsteuerkammer, der ersten Kraftstoffsteuerleitung und dem mindestens einen Niederdruckablauf ermöglicht. Der Zweikraftstoffinjektor enthält ferner eine zweite Kraftstoffsteuerventilanordnung, die zumindest teilweise in dem Injektorkörper angeordnet ist und ein Steuerventilbauteil aufweist, das selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffsteuerkanal und dem mindestens einen Niederdruckablauf ermöglicht.
Gemäß einem anderen Aspekt enthält ein Zweikraftstoff-Common-Rail-System eine erste Kraftstoffquelle, eine zweite Kraftstoffquelle, ein erstes Kraftstoff-Rail, ein zweites Kraftstoff-Rail, mindestens eine erste Kraftstoffpumpe, die zum Beaufschlagen des ersten Kraftstoffs aus der ersten Kraftstoffquelle mit Druck und Fördern des ersten Kraftstoffs zu dem ersten Kraftstoff-Rail ausgebildet ist, mindestens eine zweite Kraftstoffpumpe, die zum Beaufschlagen des zweiten Kraftstoffs aus der zweiten Kraftstoffquelle mit Druck und Fördern des zweiten Kraftstoffs zu dem zweiten Kraftstoff-Rail ausgebildet ist, ein Zufuhrrohr, das zum Zuführen des ersten Kraftstoffs von der ersten Kraftstoff-Rail und des zweiten Kraftstoffs von der zweiten Kraftstoff-Rail ausgebildet ist, und einen Zweikraftstoffinjektor, der zum Empfangen sowohl des ersten Kraftstoffs als auch des zweiten Kraftstoffs von dem Zufuhrrohr ausgebildet ist. Der Zweikraftstoffinjektor enthält ferner einen Injektorkörper, der einen Zweikraftstoffeinlass, der zum Empfangen eines ersten Kraftstoffs und eines zweiten Kraftstoffs ausgebildet ist, einen ersten Kraftstoffzufuhrkanal, einen zweiten Kraftstoffzufuhrkanal, eine erste Kraftstoffsteuerkammer, eine zweite Kraftstoffsteuerkammer, eine erste Kraftstoffsteuerleitung, eine zweite Kraftstoffsteuerleitung, mindestens einen Niederdruckablauf, einen ersten Kraftstoffventilhohlraum und eine Düse mit mindestens einem ersten Kraftstoffauslass und mindestens einem zweiten Kraftstoffauslass festlegt. Der Zweikraftstoffinjektor weist ferner eine erste Kraftstoffventilnadel auf, die in dem ersten Kraftstoffventilhohlraum angeordnet ist und zwischen einer ersten Position, an der die erste Kraftstoffventilnadel eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Kraftstoffzufuhrkanal und dem mindestens einen ersten Kraftstoffauslass blockiert, und einer zweiten Position, an der die erste Kraftstoffventilnadel zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Kraftstoffzufuhrkanal und dem mindestens einen ersten Kraftstoffauslass ermöglicht, bewegbar ist, wobei die erste Kraftstoffventilnadel einen Innenhohlraum festlegt. Ferner ist eine zweite Kraftstoffventilnadel vorgesehen, die in dem Innenhohlraum der ersten Kraftstoffventilnadel angeordnet ist und zwischen einer ersten Position, an der die zweite Kraftstoffventilnadel eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffzufuhrkanal und dem mindestens einen zweiten Kraftstoffauslass blockiert, und einer zweiten Position, an der die zweite Kraftstoffventilnadel zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffzufuhrkanal und dem mindestens einen zweiten Kraftstoffauslass ermöglicht, bewegbar ist. Ferner ist eine Hydraulikverriegelungsanordnung vorgesehen, die zum Ermöglichen einer Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffzufuhrkanal und dem ersten Kraftstoffventilhohlraum ausgebildet ist. Der Zweikraftstoffinjektor enthält ferner eine erste Kraftstoffsteuerventilanordnung, die zumindest teilweise in dem Injektorkörper angeordnet ist und ein Steuerventilbauteil aufweist, das selektiv eine Fluidverbindung zwischen der ersten Kraftstoffsteuerkammer, der ersten Kraftstoffsteuerleitung und dem mindestens einen Niederdruckablauf ermöglicht. Ferner ist eine zweite Kraftstoffsteuerventilanordnung vorgesehen, die zumindest teilweise in dem Injektorkörper angeordnet ist und ein Steuerventilbauteil aufweist, das selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffsteuerkanal und dem mindestens einen Niederdruckablauf ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht einer Kraftstoffversorgung mit einem Zweikraftstoff-Common-Rail-Injektor;
2 ist ein Querschnitt eines Zweikraftstoffinjektors gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 ist ein anderer Querschnitt des Zweikraftstoffinjektors gemäß der ersten Ausführungsform;
4 zeigt ein Detail einer Düsenanordnung des Zweikraftstoffinjektors gemäß der ersten Ausführungsform;
5 zeigt ein anderes Detail der Düsenanordnung des Zweikraftstoffinjektors gemäß der ersten Ausführungsform und
6a–6f sind graphische Darstellungen eines Einspritzvolumens gegenüber der Zeit für eine Mehrzahl von beispielhaften Einspritzmodi des offenbarten Zweikraftstoff-Common-Rail-Injektors.
Detaillierte Beschreibung
Bezug nehmend auf 1 ist eine Zweikraftstoff-Common-Rail-Kraftstoffversorgung 10 mit einem Zweikraftstoff-Common-Rail-Injektor 12 gezeigt. Zur Vereinfachung wird der Zweikraftstoff-Common-Rail-Injektor im Folgenden als „Injektor 12” bezeichnet. Eine Dieselkraftstoffquelle 14 enthält Dieselkraftstoff. Eine Dieselpumpe 16 saugt Dieselkraftstoff durch eine Dieselzufuhrleitung 18 an, beaufschlagt den Dieselkraftstoff mit Druck und fördert den mit Druck beaufschlagten Dieselkraftstoff zu einem Dieselkraftstoff-Rail 20. Ein Filter 22 kann in der Dieselzufuhrleitung 18 stromaufwärts der Dieselpumpe 16 und stromabwärts der Dieselkraftstoffquelle 14 angeordnet sein. Dieselkraftstoff in dem Dieselkraftstoff-Rail 20 kann auf einen Druck von etwa 40 MPa gebracht werden. Der mit Druck beaufschlagte Dieselkraftstoff von dem Dieselkraftstoff-Rail 20 kann dann über eine Dieselkraftstoffleitung 25 zu einer Zufuhranordnung (Quill-Anordnung) 24 gefördert werden. Die Zufuhranordnung 24 ist zum Empfangen sowohl von Dieselkraftstoff als auch von gasförmigem Kraftstoff wie Flüssigerdgas ausgebildet. Für Fachleute ist offensichtlich, dass der gasförmige Kraftstoff ein beliebiger gasförmiger Kraftstoff sein kann, beispielsweise Erdgas, Propan, Methan, Flüssiggas (LPG), Synthesegas, Kippengas, Kohlegas, Biogas von landwirtschaftlichen anaeroben Konvertern oder irgendein anderer gasförmiger Kraftstoff. Die Zufuhranordnung 24 kann eine Anordnung des Koaxialtyps sein, bei der der Dieselkraftstoff in einem ersten Zufuhrrohr (Quill-Rohr) 26 enthalten ist, das innerhalb eines zweiten Zufuhrrohrs 28 angeordnet ist, das gasförmigen Kraftstoff enthält. Dieselkraftstoff von der Zufuhranordnung 24 wird dann zu dem Injektor 12 gefördert. Wie in den 2 und 3 gezeigt, wird dem Injektor 12 zugeführter Dieselkraftstoff eingespritzt und dient ebenfalls als Steuermedium für die Dieselsteuerventilanordnung 30 und die Gassteuerventilanordnung 32 des Injektors 12.
Die Zweikraftstoff-Common-Rail-Kraftstoffversorgung 10 enthält ferner eine Gaskraftstoffquelle 34. Gasförmiger Kraftstoff wie Flüssigerdgas kann bei relativ niedrigen Temperaturen und Drücken (–160°C und 100 kPa) gespeichert werden. Da gasförmiger Kraftstoff unter so niedrigen Temperaturen und Drücken gespeichert sein kann, kann es notwendig sein, dass der gasförmige Kraftstoff in einem Vakuumisoliertank enthalten ist. Gasförmiger Kraftstoff wird mittels einer Kraftstoffpumpe 38 durch eine Gaszufuhrleitung 36 aus der Gaskraftstoffquelle 34 gefördert. Die Kraftstoffpumpe 38 kann eine Kryopumpe mit variabler Verdrängung sein. Die Kraftstoffpumpe 38 beaufschlagt den gasförmigen Kraftstoff mit Druck und fördert ihn über eine Gaszufuhrleitung 36 zu einem Druckspeicher 40. Ein Filter 46 kann Verunreinigungen in der Gaszufuhrleitung 36 ausfiltern. Die Gaszufuhrleitung 36 kann ferner ein Sekundärfilter 47 aufweisen. Ein Druckregler 42 stellt sicher, dass sich über eine Gaszufuhrleitung 45 zu einem Gaskraftstoff-Rail 44 geförderter Gaskraftstoff auf einem Druck befindet, der mindestens 5 MPa unter dem des Dieselkraftstoffs in dem Dieselkraftstoff-Rail 20 liegt. Beispielsweise kann bei der Zweikraftstoff-Common-Rail-Kraftstoffversorgung 10 Dieselkraftstoff in dem Dieselkraftstoff-Rail 20 einen Druck von 40 MPa aufweisen, während Gaskraftstoff in dem Gaskraftstoff-Rail 44 einen Druck von 35 MPa aufweisen kann.
Ein Elektroniksteuermodul (ECM) 48 kann verschiedene Komponenten der Zweikraftstoff-Common-Rail-Kraftstoffversorgung 10 steuern. Beispielsweise kann das ECM die Dieselsteuerventilanordnung 30 und die Gassteuerventilanordnung 32 des Injektors 12 steuern. Auf ähnliche Weise kann das ECM ebenfalls Komponenten wie die Dieselpumpe 16, die Kraftstoffpumpe 38 und den Druckregler 42 steuern. Für Fachleute ist offensichtlich, dass die Kraftstoffversorgung ferner andere Komponenten aufweisen kann, die ebenfalls durch das ECM 48 gesteuert werden können.
Bezug nehmend auf die 2 und 3 zeigen diese den inneren Aufbau und den Fluidkreis des Injektors 12 gemäß einer ersten Ausführungsform. Insbesondere legt ein Injektorkörper 50 einen koaxialen Zweikraftstoffzufuhreinlass 52 fest. Der Zweikraftstoffzufuhreinlass 52 ist zum Empfangen eines ersten und eines zweiten Zufuhrrohrs 26, 28 ausgebildet, die konzentrisch angeordnet sind. Der Injektorkörper 50 legt ferner einen Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54 und einen Gaskraftstoffzufuhrkanal 56 fest, die beide fluidmäßig mit dem Zweikraftstoffzufuhreinlass 52 verbunden sind. Bei der gezeigten Ausführungsform fördert das erste Zufuhrrohr 26 Diesel zu dem Zweikraftstoffzufuhreinlass 52, wo es fluidmäßig mit dem Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54 verbunden ist. Auf ähnliche Weise fördert das zweite Zufuhrrohr 28 Gaskraftstoff zu dem Zweikraftstoffeinlass 52, wo es fluidmäßig mit dem Gaszufuhrkanal 56 verbunden ist.
Wie in den 4 und 5 genauer gezeigt ist, enthält der Injektor 12 ferner eine Düsenanordnung. Die Düsenanordnung 58 dieser Ausführungsform wird im Allgemeinen als konzentrisch bezeichnet, da die Dieselventilnadelanordnung 60 konzentrisch in der Gasventilnadelanordnung 62 positioniert ist. Die Düsenanordnung 58 enthält einen Düsenkörper 64, der einen Gaskraftstoffhohlraum 68 und teilweise einen Dieselkraftstoffhohlraum 66 festlegt. Die Düsenanordnung 58 enthält ferner eine Dieselventilnadelführung 67. Eine untere Fläche 69 der Dieselventilnadelführung 67 legt teilweise den Dieselkraftstoffhohlraum 66 fest. Der Dieselkraftstoffhohlraum 66 steht in Fluidverbindung mit dem Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54. Auf ähnliche Weise steht der Gaskraftstoffhohlraum 68 in Fluidverbindung mit dem Gaskraftstoffzufuhrkanal 56. Die Düsenanordnung 58 enthält ferner eine Düsenspitze 70.
Der Dieselkraftstoffhohlraum 66 ist in dem Düsenkörper 64 so angeordnet, dass er bezüglich des Gaskraftstoffhohlraums 68 konzentrisch angeordnet ist. Es liegt jedoch eine minimale Vermischung des Dieselkraftstoffs in dem Dieselkraftstoffhohlraum 66 und des Gaskraftstoffs in dem Gaskraftstoffhohlraum 68 vor. Insbesondere dienen die Gasventilnadelanordnung 62, ein Kraftstoffseparator 71 und eine Hydraulikverriegelungsanordnung 72 dazu, den gasförmigen Kraftstoff und den Dieselkraftstoff in dem Injektor 12 getrennt zu halten.
Die Gasventilnadelanordnung 62 enthält eine Gasventilnadel 80. Die Gasventilnadel 80 legt einen Innenraum 82 fest. Die Gasventilnadel 80 enthält ferner einen Flansch 84. Eine Vorspannfeder 88 ist zwischen der unteren Fläche 69 der Dieselventilnadelführung 67 des Dieselkraftstoffhohlraums 66 und dem Flansch 84 positioniert.
Die Gasventilnadel 80 ist zwischen einer ersten Position, an der sie zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen gasförmigem Kraftstoff, der in dem Gaskraftstoffhohlraum 68 enthalten ist, und einer Gasöffnung 92 in der Düsenspitze 70 blockiert, und einer zweiten Position, an der sie zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen gasförmigem Kraftstoff in dem Gaskraftstoffhohlraum 68 und einer Gasöffnung 92 in der Düsenspitze 70 ermöglicht, bewegbar. Die Vorspannfeder 88 spannt die Gasventilnadel 80 zu ihrer ersten Position hin vor. Für Fachleute ist offensichtlich, dass die Düsenspitze 70 mehrere Gasöffnungen 92 enthalten kann.
Die Gasventilnadel 80 kann ferner Öffnungshydraulikflächen 81 und Schließhydraulikflächen 83 enthalten. Die Öffnungshydraulikflächen 81 können mit gasförmigem Kraftstoff in dem Gaskraftstoffhohlraum beaufschlagt sein, und die Schließhydraulikflächen 83 können mit Dieselkraftstoff in dem Dieselkraftstoffhohlraum 66 beaufschlagt sein. Gaskraftstoff, der auf die Öffnungshydraulikflächen 81 einwirkt, kann die Bewegung der Gasventilnadel 80 von ihrer ersten Position zu ihrer zweiten Position unterstützen. Auf ähnliche Weise kann Dieselkraftstoff, der auf die Schließhydraulikflächen 83 einwirkt, die Bewegung der Gasventilnadel 80 von ihrer zweiten Position zu ihrer ersten Position unterstützen.
Die Gasventilnadel 80 kann derart in dem Düsenkörper 64 positioniert sein, dass eine Gasventilnadelsteuerkammer 94 ausgebildet wird. Eine Schulter 96 und ein Innenabschnitt 98 des Düsenkörpers 64 können die Gasventilnadelsteuerkammer 94 festlegen. Die Gasventilnadelsteuerkammer 94 steht über den Dieselkraftstoffhohlraum 66 und eine Gas-z-Öffnung 100 in Fluidverbindung mit dem Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54. Die Gasventilnadelsteuerkammer 94 steht ebenfalls selektiv in Fluidverbindung mit einem Ablauf 102, über eine Gas-a-Öffnung 104 und eine Gasventilnadelsteuerleitung 106. Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, steuert die Gassteuerventilanordnung 32 die selektive Fluidverbindung zwischen der Gasventilnadelsteuerkammer 94 und dem Ablauf 102.
Eine Dieselventilnadelanordnung 60 kann eine Dieselventilnadel 74 enthalten. Die Dieselventilnadel 74 kann in dem Innenraum 82 der Gasventilnadel 80 positioniert sein. Ein oberer Abschnitt 90 der Dieselventilnadel 74 ist in einer Bohrung 109 angeordnet, die durch die Dieselventilnadelführung 67 festgelegt wird. Die Dieselventilnadel 74 kann ferner einen ersten Flansch 75 enthalten. Eine Vorspannfeder 76 ist zwischen der unteren Fläche 69 der Dieselventilnadelführung 67 des Dieselkraftstoffhohlraums 66 und einem ersten Flansch 75 angeordnet. Die Dieselventilnadel 74 ist zwischen einer ersten Position, an der sie zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen Dieselkraftstoff in dem Dieselkraftstoffhohlraum 66 und einer Dieselöffnung 108 in der Düsenspitze 70 blockiert, und einer zweiten Position, an der sie zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen Dieselkraftstoff in dem Dieselkraftstoffhohlraum 66 und der Dieselöffnung 108 in der Düsenspitze 70 ermöglicht, bewegbar. Die Vorspannfeder 76 spannt die Dieselventilnadel 74 zu ihrer ersten Position hin vor. Für Fachleute ist offensichtlich, dass die Düsenspitze 70 mehrere Dieselöffnungen 108 enthalten kann.
Die Dieselventilnadel 74 kann ferner eine Öffnungshydraulikfläche 77 und eine Schließhydraulikfläche 78 enthalten. Die Öffnungshydraulikfläche 77 kann mit Dieselkraftstoff in dem Dieselkraftstoffhohlraum 66 beaufschlagt sein. Die Schließhydraulikfläche 78, die als die obere Fläche der Dieselventilnadel 74 bezeichnet werden kann, kann mit Dieselkraftstoff in der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 beaufschlagt sein. Dieselkraftstoff, der auf die Schließhydraulikfläche 77 einwirkt, kann die Bewegung der Dieselventilnadel 74 von ihrer ersten Position zu ihrer zweiten Position unterstützen. Auf ähnliche Weise kann Dieselkraftstoff, der auf die Schließhydraulikfläche 78 einwirkt, die Bewegung der Dieselventilnadel 74 von ihrer zweiten Position zu ihrer ersten Position unterstützen.
Die Dieselventilnadel 74 kann ferner einen zweiten Flansch 110 enthalten. Eine zweite Vorspannfeder 112 kann zwischen dem zweiten Flansch 110 und einem ersten Ende 114 des Kraftstoffseparators 71 positioniert sein. Die zweite Vorspannfeder 112 spannt den Kraftstoffseparator 71 derart vor, dass ein zweites Ende 116 in im Wesentlichen ständigen Dichtkontakt mit der Düsenspitze 70 ist. Das zweite Ende 116 des Kraftstoffseparators 71 ist derart auf der Düsenspitze 70 positioniert, dass eine Vermischung von Dieselkraftstoff und Gaskraftstoff im Wesentlichen verhindert wird.
Die Düsenanordnung 58 enthält ferner eine Öffnungsplatte 118. Die Öffnungsplatte 118 ist oberhalb der Dieselventilnadelführung 67 angeordnet, so dass eine Dieselventilnadelsteuerkammer 120 festgelegt wird. Genauer wird die Dieselventilnadelsteuerkammer 120 teilweise durch eine untere Fläche 122 der Öffnungsplatte 118, eine obere Fläche 124 der Dieselventilnadelführung 67 und eine obere Fläche 78 der Dieselventilnadel 74 festgelegt. Die Dieselventilnadelsteuerkammer 120 steht über eine Diesel-z-Öffnung 128 in Fluidverbindung mit dem Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54. Die Dieselventilnadelsteuerkammer 120 steht ebenfalls über eine Diesel-a-Öffnung 130 und eine Dieselventilnadelsteuerleitung 132 selektiv in Fluidverbindung mit dem Ablauf 102. Sowohl die Diesel-z-Öffnung 128 als auch die Diesel-a-Öffnung 130 können durch die Öffnungsplatte 118 festgelegt sein. Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, steuert die Dieselsteuerventilanordnung 30 die selektive Fluidverbindung zwischen der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 und dem Ablauf 102.
Nun werden verschiedene Kanäle beschrieben, die die Bewegung von sowohl Diesel als auch Gaskraftstoff durch die verschiedenen Teile des Injektors ermöglichen. Für Fachleute ist offensichtlich, dass Dieselkraftstoff von dem Zweikraftstoffeinlass über den Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54 in den Dieselkraftstoffhohlraum 66 gelangt. Der Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54 besteht aus mehreren miteinander verbundenen Kanälen, die in dem Injektorkörper 50, der Öffnungsplatte 118, der Dieselventilnadelführung 67 und dem Düsenkörper 64 ausgebildet sind. Auf ähnliche Weise gelangt Gaskraftstoff von dem Zweikraftstoffeinlass 52 über den Gaskraftstoffzufuhrkanal in den Gaskraftstoffhohlraum 68. Der Gaskraftstoffzufuhrkanal 56 besteht aus mehreren miteinander verbundenen Kanälen, die in dem Injektorkörper 50, der Öffnungsplatte 118, der Dieselventilnadelführung 67 und dem Düsenkörper 64 ausgebildet sind.
Weiter kann eine Hydraulikverriegelungsanordnung 72 in dem Düsenkörper 64 ausgebildet sein. Die Hydraulikverriegelungsanordnung 72 kann einen Ringhohlraum 134 enthalten, der durch den Düsenkörper 64 begrenzt wird. Der Ringhohlraum 134 kann die Gasventilnadel 80 umgeben. Die Hydraulikverriegelungsanordnung kann ferner mindestens einen Kanal 135 enthalten, der eine Fluidverbindung zwischen dem Dieselkraftstoffhohlraum 66 und dem Ringhohlraum 134 ermöglicht. Wenn sich die Gasventilnadel zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Position hin- und herbewegt, kann Gaskraftstoff aus dem Gaskraftstoffhohlraum 68 beginnen, sich die Außenfläche 85 der Gasventilnadel 80 hinauf zu bewegen. Ohne die Hydraulikverriegelungsanordnung kann dieser wandernde Gaskraftstoff schließlich anfangen, sich mit dem Dieselkraftstoff in dem Dieselkraftstoffhohlraum zu vermischen. Solch eine Vermischung ist unerwünscht. Die Hydraulikverriegelungsanordnung 72 verhindert diesen unerwünschten Effekt, da sich Dieselkraftstoff in den Dieselkraftstoffhohlraum 66 auf einem Druck befindet, der höher als der Druck des Gaskraftstoffs in dem Gaskraftstoffhohlraum 68 ist. Idealerweise beträgt dieser Druckunterschied etwa 5 MPa. Somit verhindert, wenn gasförmiger Kraftstoff versucht, die Außenfläche 85 der Gasventilnadel 80 hinauf zu wandern, der höhere Druck des Dieselkraftstoffs in der Hydraulikverriegelungsanordnung 72, dass sich der Gaskraftstoff nach oben in den Dieselkraftstoffhohlraum 66 bewegt.
Die Dieselsteuerventilanordnung 30 und die Gassteuerventilanordnung 32 steuern den Betrieb des Injektors 12. Genauer steuert die Dieselsteuerventilanordnung 30 die Einspritzung von Dieselkraftstoff, und die Gassteuerventilanordnung 32 steuert die Einspritzung von Gaskraftstoff. Die Dieselsteuerventilanordnung 30 ist zumindest teilweise in dem Injektorkörper 50 angeordnet und enthält ein Steuerventil 136, das mit einem Anker 138 verbunden ist. Das Steuerventil 136 kann ein Zweiwegeventil sein, das sich zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position bewegt. Das Steuerventil 136 kann normalerweise durch eine Vorspannfeder 140 und einen Kolben 142 hin zu der geschlossenen Position vorgespannt sein. In der geschlossenen Position wird eine Fluidverbindung zwischen der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 und einem Ablauf 102 blockiert. Wenn sich das Steuerventil 136 in der geöffneten Position befindet, wird eine Fluidverbindung zwischen der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 und dem Ablauf 102 hergestellt. Genauer kann sich Dieselkraftstoff aus der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 die Dieselventilnadelsteuerleitung 132 hinauf, über das Steuerventil 136 und aus dem Ablauf 102 bewegen.
Die Dieselsteuerventilanordnung 30 enthält ferner einen elektrischen Aktuator 144. Der elektrische Aktuator 144 kann ein Solenoid sein, das bei einer Erregung ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das bewirkt, dass sich der Anker 138 und das verbundene Steuerventil 136 heben und die von der Vorspannfeder 140 und dem Kolben 142 aufgebrachten, nach unten gerichteten Kräfte überwinden. Dann wird das Steuerventil 136 zu seiner geöffneten Position bewegt und eine Fluidverbindung zwischen der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 und dem Ablauf 102 hergestellt. Wenn der elektrische Aktuator 144 aberregt wird, verschwindet das elektromagnetische Feld, und die nach unten gerichteten Kräfte, die durch die Vorspannfeder 140 und den Kolben 142 aufgebracht werden, bewirken, dass der Anker 138 und das damit verbundene Steuerventil 136 zu ihrer ursprünglichen geschlossenen Position zurückkehren. In dieser geschlossenen Position ist eine Fluidverbindung zwischen der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 und dem Ablauf 102 blockiert. Für Fachleute ist offensichtlich, dass die Konfiguration der Dieselsteuerventilanordnung 30 auf verschiedene Weise gestaltet sein kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise könnte das Steuerventil ein Dreiwegeventil sein, der elektrische Aktuator könnte ein Piezo-Aktuator sein oder mehrere Vorspannfedern oder Kolben könnten eingesetzt werden.
Wenngleich die Gassteuerventilanordnung 32 zum Steuern der Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffs ausgebildet ist, verwendet sie ebenfalls Dieselkraftstoff als Steuermedium. Die Gassteuerventilanordnung 32 kann ebenfalls zumindest teilweise in dem Injektorkörper 50 angeordnet sein. Die Gassteuerventilanordnung 32 enthält ein Steuerventil 146, das mit einem Anker 148 verbunden ist. Das Steuerventil 146 kann ein Zweiwegeventil sein, das sich zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position bewegt. Das Steuerventil 146 kann normalerweise durch eine Vorspannfeder 150 und einen Kolben 152 hin zu der geschlossenen Position vorgespannt sein. In der geschlossenen Position wird eine Fluidverbindung zwischen der Gasventilnadelsteuerkammer 94 und dem Ablauf 102 blockiert. Wenn sich das Steuerventil 146 in der geöffneten Position befindet, wird eine Fluidverbindung zwischen der Gasventilnadelsteuerkammer 94 und dem Ablauf 102 hergestellt. Genauer kann sich Dieselkraftstoff aus der Gasventilnadelsteuerkammer 94 die Gasventilnadelsteuerleitung 106 hinauf, über das Steuerventil 146 und aus dem Ablauf 102 bewegen.
Die Gassteuerventilanordnung 32 enthält ferner einen elektrischen Aktuator 154. Der elektrische Aktuator 154 kann ein Solenoid sein, das bei einer Erregung ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das bewirkt, dass sich der Anker 148 und das damit verbundene Steuerventil 146 heben, indem sie die von der Vorspannfeder 150 und dem Kolben 152 aufgebrachten, nach unten gerichteten Kräfte überwinden. Dann wird das Steuerventil 146 zu seiner geöffneten Position bewegt und eine Fluidverbindung zwischen der Gasventilnadelsteuerkammer 94 und dem Ablauf 102 hergestellt. Wenn der elektrische Aktuator 154 aberregt wird, verschwindet das elektromagnetische Feld, und die von der Vorspannfeder 150 und dem Kolben 152 aufgebrachten nach unten wirkenden Kräfte bewirken, dass der Anker 148 und das damit verbundene Steuerventil 146 zu ihrer ursprünglichen geschlossenen Position zurückkehren. In dieser geschlossenen Position wird eine Fluidverbindung zwischen der Gasventilnadelsteuerkammer 94 und dem Ablauf 102 blockiert. Für Fachleute ist offensichtlich, dass die Konfiguration der Gassteuerventilanordnung 32 auf verschiedene Weise gestaltet sein kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise könnte das Steuerventil ein Dreiwegeventil sein, der elektrische Aktuator könnte ein Piezo-Aktuator sein oder mehrere Vorspannfedern oder Kolben könnten eingesetzt werden.
Nun wird der Betrieb des Injektors 12 erklärt. Zum besseren Verständnis wird zuerst eine Dieselkraftstoffeinspritzung erklärt, und danach eine Gaseinspritzung. Die Bewegung der Dieselventilnadel 74 von ihrer ersten Position zu ihrer zweiten Position wird teilweise durch das Vorhandensein von Hochdruckdieselkraftstoff in dem Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54, dem Dieselkraftstoffhohlraum 66, der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 und der Dieselventilnadelsteuerleitung 132 gesteuert. Die Vorspannfeder 76 spielt ebenfalls eine Rolle bei der Bewegung der Dieselventilnadel 74 von ihrer ersten Position zu ihrer zweiten Position. Wenn eine Einspritzung von Dieselkraftstoff nicht gewünscht ist, wird der elektrische Aktuator 144 der Dieselsteuerventilanordnung 30 nicht erregt. Mit Druck beaufschlagter Dieselkraftstoff wird über die Zufuhranordnung 24 dem Injektor 12 zugeführt. Dieselkraftstoff, der einen Druck aufweist, der höher als der des gasförmigen Kraftstoffs ist, kann über ein erstes Zufuhrrohr 26 zugeführt werden. Das erste Zufuhrrohr 26 kann in einem zweiten Zufuhrrohr 28 angeordnet sein. Dieselkraftstoff tritt über den Zweikraftstoffeinlass 52 in den Injektor 12 ein. Wie in den 1–3 gezeigt, kann der Zweikraftstoffeinlass 52 zum Empfangen von Dieselkraftstoff von dem inneren bzw. ersten Zufuhrrohr 26 der Zufuhranordnung 24 ausgebildet sein. Für Fachleute ist jedoch offensichtlich, dass die Zufuhranordnung 24 und der Zweikraftstoffeinlass 52 so ausgebildet sein können, dass Dieselkraftstoff über das äußere bzw. zweite Zufuhrrohr 28 der Zufuhranordnung 24 zugeführt bzw. empfangen wird. Nach einem Eintritt von mit Druck beaufschlagtem Dieselkraftstoff in den Zweikraftstoffeinlass 52 wird dieser über den Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54 dem Dieselkraftstoffhohlraum 66 zugeführt. Ein Teil des Dieselkraftstoffs aus dem Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54 bewegt sich zum Auffüllen der Dieselventilnadelsteuerleitung 132, der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 und der Diesel-a-Öffnung 130 durch die Diesel-z-Öffnung 128. Da der elektrische Aktuator 144 aberregt ist, kann Dieselkraftstoff nicht über das Steuerventil 136 hinaus gelangen. Somit füllt der Dieselkraftstoff rasch die Dieselventilnadelsteuerkammer 120. In diesem Zustand wirken im Wesentlichen zwei Kräfte dahingehend, die Dieselventilnadel 74 in ihrer ersten Position zu halten. Die erste Kraft ist die nach unten wirkende Kraft, die durch die Vorspannfeder 76 aufgebracht wird. Die zweite Kraft ist die nach unten wirkende Kraft, die durch den mit Druck beaufschlagten Dieselkraftstoff in der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 aufgebracht wird. Diese zweite nach unten wirkende Kraft wird direkt auf die obere Fläche 78 der Dieselventilnadel 74 aufgebracht. So lange der elektrische Aktuator 144 aberregt ist, sind diese zwei Kräfte größer als die Summe der Kräfte, die versuchen, die Dieselventilnadel 74 zu ihrer zweiten Position zu bewegen. Somit wird eine Einspritzung von Dieselkraftstoff verhindert.
Wenn eine Einspritzung von Dieselkraftstoff gewünscht ist, wird der elektrische Aktuator 144 der Dieselsteuerventilanordnung 30 erregt, wodurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird. Das elektromagnetische Feld zieht den Anker 138 und das damit verbundene Steuerventil 136 an. Die Anziehungskraft des elektromagnetischen Feldes reicht aus, um die nach unten wirkende Kraft der Vorspannfeder 140 zu überwinden, und bewirkt, dass sich der Anker 138 und das Steuerventil 136 heben. Wenn sich das Steuerventil 136 zu seiner geöffneten Position bewegt, wird eine Fluidverbindung zwischen der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 und dem Ablauf 102 hergestellt. Somit bewegt sich mit Druck beaufschlagter Dieselkraftstoff von der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 durch eine Diesel-a-Öffnung 130, die Dieselventilnadelsteuerleitung 132 hinauf, über das Steuerventil 136 und aus dem Ablauf 102. Dabei fällt ein Druck in der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 ab, und die von dem Druck bewirkte nach unten wirkende Kraft wird verringert. Nun beträgt die gesamte nach unten wirkende Kraft, die auf die Dieselventilnadel 74 aufgebracht wird, weniger als die nach oben wirkende Kraft, die von dem Dieselkraftstoff auf die Öffnungshydraulikflächen 77 der Dieselventilnadelanordnung aufgebracht wird. Somit hebt sich die Dieselventilnadel 74 und Dieselkraftstoff wird über die mindestens eine Dieselöffnung 108 eingespritzt.
Wenn ein Stopp der Einspritzung von Dieselkraftstoff gewünscht ist, wird der elektrische Aktuator 144 aberregt. Wenn das elektromagnetische Feld, das von dem elektrischen Aktuator 144 erzeugt wird, verschwindet, wirkt die Kraft der Vorspannfeder 140 auf den Kolben 142 und schiebt das Steuerventil 136 nach unten. Somit wird das Steuerventil 136 zu seiner geschlossenen Position zurückgebracht, in der eine Fluidverbindung zwischen der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 und dem Ablauf 102 blockiert ist. Dann wird erneut ermöglicht, dass Dieselkraftstoff die Dieselventilnadelsteuerleitung 132 füllt und die Dieselventilnadelsteuerkammer 120 auffüllt. Somit nimmt der Druck in der Dieselventilnadelsteuerkammer 120 zu. Dann sind die nach unten wirkenden Kräfte, die auf die Dieselventilnadelanordnung 60 aufgebracht werden, größer als die nach oben wirkenden Kräfte. Die Dieselventilnadel 74 kehrt zu ihrer ersten Position zurück, wobei die mindestens eine Dieselöffnung 108 blockiert wird und somit der Dieseleinspritzvorgang beendet wird.
Eine Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff verläuft ähnlich zu der von Dieselkraftstoff. Jedoch bestehen wichtige Unterschiede. Beispielsweise spielt, wenngleich gasförmiger Kraftstoff eingespritzt wird, Dieselkraftstoff eine wichtige Rolle bei der Bewegung der Gasventilnadel 80 von ihrer ersten Position zu ihrer zweiten Position. Wenn eine Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff nicht gewünscht ist, wird der elektrische Aktuator 154 der Gassteuerventilanordnung 32 nicht erregt. Mit Druck beaufschlagter gasförmiger Kraftstoff wird dem Injektor 12 über das zweite Zufuhrrohr 28 der Zufuhranordnung 24 zugeführt. Gasförmiger Kraftstoff tritt in den Zweikraftstoffeinlass 52 ein, wo er über den Gaskraftstoffzufuhrkanal 56 zu dem Gaskraftstoffhohlraum 68 befördert wird. Dieselkraftstoff, der in den Zweikraftstoffeinlass 52 eintritt, wird über den Dieselkraftstoffzufuhrkanal 54 der Gasnadelventilsteuerleitung 106, der Gas-z-Öffnung 100, der Gasventilnadelsteuerkammer 94 und der Gas-a-Öffnung 104 zugeführt. Dadurch, dass der elektrische Aktuator 154 aberregt ist, wirken die Vorspannfeder 150 und der Kolben 152 so, dass sie das Steuerventil 146 in seiner geschlossenen Position halten, wodurch verhindert wird, dass Dieselkraftstoff das Steuerventil 146 passiert. Somit füllt Dieselkraftstoff rasch die Gasventilnadelsteuerkammer 94 auf. In diesem Zustand wirken im Wesentlichen zwei Kräfte so, dass die Gasventilnadel 80 in ihrer ersten Position gehalten wird. Die erste Kraft ist die nach unten wirkende Kraft, die durch die Vorspannfeder 76 aufgebracht wird. Die zweite Kraft ist die nach unten wirkende Kraft, die durch den mit Druck beaufschlagten Dieselkraftstoff in der Gasventilnadelsteuerkammer 94 aufgebracht wird. So lange der elektrische Aktuator 154 aberregt ist, sind diese zwei Kräfte größer als die Summe der Kräfte, die versuchen, die Gasventilnadel 80 zu ihrer zweiten Position zu bewegen. Somit wird eine Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff verhindert.
Wenn eine Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff gewünscht ist, wird der elektrische Aktuator 154 der Gassteuerventilanordnung 32 erregt, wodurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird. Das elektromagnetische Feld zieht den Anker 148 und das damit verbundene Steuerventil 146 an. Die Anziehungskraft des elektromagnetischen Felds reicht aus, die nach unten wirkende Kraft der Vorspannfeder 150 und des Kolbens 152 zu überwinden, was bewirkt, dass sich der Anker 148 und das Steuerventil 146 heben. Wenn sich das Steuerventil 146 zu seiner geöffneten Position bewegt, wird eine Fluidverbindung zwischen der Gasventilnadelsteuerkammer 94 und dem Ablauf 102 hergestellt. Somit bewegt sich mit Druck beaufschlagter Dieselkraftstoff von der Gasventilnadelsteuerkammer 94 durch die Gas-a-Öffnung 104, die Gasventilnadelsteuerleitung 106 hinauf, über das Steuerventil 146 und aus dem Ablauf 102. Dabei fällt ein Druck in der Gasventilnadelsteuerkammer 94 ab, und die von diesem Druck erzeugte, nach unten wirkende Kraft verringert sich. Zu diesem Zeitpunkt betragen die nach unten wirkenden Kräfte, die auf die Gasventilnadel 80 aufgebracht werden, weniger als die nach oben wirkenden Kräfte, die durch den gasförmigen Kraftstoff auf die Öffnungshydraulikflächen 81 der Gasventilnadel 80 aufgebracht werden. Somit hebt sich die Gasventilnadel 80 und bewegt sich zu ihrer zweiten Position, und gasförmiger Kraftstoff wird über die mindestens eine Gasöffnung 92 eingespritzt.
Während eines Dieseleinspritzvorgangs minimiert der Kraftstoffseparator 71 die Vermischung von Diesel und gasförmigem Kraftstoff an der Düsenspitze 70. Genauer spannt die zweite Vorspannfeder 112, die zwischen dem zweiten Flansch 110 und dem ersten Ende 114 des Kraftstoffseparators 71 positioniert ist, den Kraftstoffseparator 71 nach unten vor. Somit befindet sich das zweite Ende 116 des Kraftstoffseparators 71 im Wesentlichen in ständigem Dichtkontakt mit der Düsenspitze 70. Selbst während eines Dieseleinspritzvorgangs, während dem sich die Dieselventilnadel 74 an ihrer zweiten Position befindet, spannt die Vorspannfeder 112 weiterhin den Kraftstoffseparator 71 nach unten vor, so dass verhindert wird, dass sich Dieselkraftstoff in dem Dieselkraftstoffhohlraum 66 mit gasförmigem Kraftstoff in dem Gaskraftstoffhohlraum 68 vermischt.
Wenn die Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff beendet werden soll, wird der elektrische Aktuator 154 aberregt. Wenn das von dem elektrischen Aktuator 154 erzeugte elektromagnetische Feld verschwindet, wirkt die Kraft der Vorspannfeder 150 auf den Kolben 152 und schiebt das Steuerventil 146 nach unten. Somit wird das Steuerventil 146 zu seiner geschlossenen Position zurückgebracht, wobei eine Fluidverbindung zwischen der Gasventilnadelsteuerkammer 94 und dem Ablauf 102 blockiert wird. Dann wird Dieselkraftstoff erneut ermöglicht, die Gasventilnadelsteuerleitung 106 und die Gasventilnadelsteuerkammer 94 aufzufüllen. Somit nimmt der Druck in der Gasventilnadelsteuerkammer 94 zu. Dann sind nach unten wirkende Kräfte, die auf die Gasventilnadel 80 aufgebracht werden, größer als die nach oben wirkenden Kräfte. Die Gasventilnadel 80 kehrt zu ihrer Position zurück, an der die Gasöffnung 92 blockiert wird, und somit endet der Gaseinspritzvorgang.
Wie vorher erwähnt, wird die Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff im Wesentlichen durch Dieselkraftstoff gesteuert, der sich in die Gasventilnadelsteuerkammer 94 und aus derselben bewegt. Die Auswahl von Dieselkraftstoff als ein Steuermedium ist im Wesentlichen der Tatsache geschuldet, dass Dieselkraftstoff eine viel größere Viskosität als gasförmige Kraftstoffe aufweist. Somit wirkt Dieselkraftstoff als ein hervorragendes Schmiermittel. Diese erhöhte Schmierung trägt dazu bei, die empfindlichen Oberflächen der Gassteuerventilanordnung 32 zu schützen. Für Fachleute ist ebenfalls offensichtlich, dass die gleiche vorteilhafte Schmierwirkung bei der Dieselsteuerventilanordnung 30 vorliegt.
Die Viskosität von Dieselkraftstoff wirkt sich ebenfalls vorteilhaft auf die Injektorspitzen aus. Gasförmiger Kraftstoff kann eine erhöhte Abnutzung der Spitzen bewirken, da er eine niedrige Viskosität und ein niedrigeres Elastizitätsmodul aufweist. Die erhöhte Abnutzung kann zu einem Versagen der Spitzen und letztlich zu einem Versagen des Injektors führen. Um dem entgegen zu wirken, wird bei dem vorliegenden Injektor 12 erlaubt, dass geringe Mengen an Dieselkraftstoff in den Gaskraftstoffhohlraum 68 lecken. Dies wird durch die Hydraulikverriegelungsanordnung 72 erreicht. Der Dieselkraftstoffdruck in der Zweikraftstoff-Common-Rail-Kraftstoffversorgung 10 ist höher als der des gasförmigen Kraftstoffs. Idealerweise beträgt der Druckunterschied etwa 5 MPa. Aufgrund dieses Druckunterschieds treten geringe Mengen an Dieselkraftstoff, die dem Ringhohlraum 134 der Hydraulikverriegelungsanordnung 72 zugeführt werden, in den Gaskraftstoffhohlraum 68 ein. Diese geringe Menge an Dieselkraftstoff schmiert die Außenfläche 85 der Gasventilnadel 80, wenn sie sich zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Position hin- und herbewegt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Zweikraftstoff-Common-Rail-Kraftstoffversorgung 10 der vorliegenden Offenbarung kann allgemein bei einer beliebigen Brennkraftmaschine angewandt werden, die zwei Kraftstoffe in dem Brennraum einer zugehörigen Brennkraftmaschine verwendet. Diese zwei Kraftstoffe können derselbe Kraftstoff mit zwei unterschiedlichen Drücken oder, wie bei der dargestellten Ausführungsform, unterschiedliche Kraftstoffe sein. Wenngleich die vorliegende Offenbarung ebenfalls auf Funkenzündungsmotoren mit geeigneten Kraftstoffen angewandt werden könnte, findet die vorliegende Offenbarung vor allem Anwendung bei Brennkraftmaschinen mit gasförmigem Kraftstoff, die eine relativ große Ladung von Erdgas verwenden, die über eine Kompressionszündung einer kleinen Ladung von Destillatdieselkraftstoff von dem Dieselkraftstoff-Rail 20 gezündet wird.
Wie in den 6a–6f gezeigt, die allgemein die Einspritzvolumina von Diesel und gasförmigem Kraftstoff gegenüber der Zeit zeigen, weisen die offenbarten Kraftstoffinjektoren die Fähigkeit auf, Diesel und gasförmigen Kraftstoff gemäß einer Vielzahl unterschiedlicher Einspritzmodi einzuspritzen. Bevorzugt beträgt die Dieselladung eines Einspritzvorgangs etwa 3–5% der gesamten Ladung an Diesel und gasförmigem Kraftstoff.
6a zeigt einen Einspritzmodus, bei dem die Dieselladung 200 beim Beginn einer großen ununterbrochenen Gasladung 202 beginnt und endet. Alternativ kann, wie in 6b gezeigt, die gesamte Dieselladung 204 zwischen einer anfänglichen Gasladung 206 und einer nachfolgenden Gasladung 208 erfolgen. 6c zeigt einen Einspritzmodus, bei dem die Dieselladung 210 nach einer anfänglichen Gasladung 212 erfolgt, jedoch gleichzeitig mit dem Beginn einer zweiten Gasladung 214. 6c zeigt ebenfalls eine dritte Gasladung 216. In den 6d–6f wird die Dieseleinspritzung in zwei kleinere getrennte Ladungen aufgeteilt, die durch einen Zeitintervall beabstandet sind. Beispielsweise zeigt 6d eine anfängliche Dieselladung 218, auf die ein Beginn einer einzigen großen Gasladung 220 folgt, wobei die zweite Dieselladung 222 nach dem Beginn der Gasladung 220 beginnt und vor dem Ende der Gasladung 220 endet. 6e zeigt einen Einspritzmodus, bei dem die anfängliche Dieselladung 224 und die anfängliche Gasladung 226 gleichzeitig beginnen. Die anfängliche Gasladung 226 dauert jedoch langer. Die zweite Dieselladung 228 erfolgt nach dem Ende der anfänglichen Gasladung 226. Die zweite Gasladung 230 erfolgt nach dem Ende der zweiten Dieselladung 228. 6f zeigt erneut eine anfängliche Dieselladung 232 und eine anfängliche Gasladung 234, die gleichzeitig beginnen. Dabei dauert die anfängliche Gasladung 234 erneut länger als die anfängliche Dieselladung 232. Eine zweite Gasladung 236 beginnt vor dem Beginn der zweiten Dieselladung 238 und endet nach dem Ende der zweiten Dieselladung 238. 6f offenbart ebenfalls eine dritte Gasladung 240. Für Fachleute ist offensichtlich, dass die Einspritzmodi, die in den 6a–6f offenbart sind, lediglich beispielhafter Natur sind und der offenbarte Injektor 12 eine beliebige Vielzahl von Einspritzmodi ermöglichen kann.
Die vorliegende Beschreibung dient lediglich zur Veranschaulichung und soll die vorliegende Offenbarung in keiner Weise einschränken. Somit ist für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen an den hierin offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen und der angehängten Ansprüche ersichtlich werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4499862 [0002]

Claims

Zweikraftstoffinjektor (12) mit: – einem Injektorkörper (50), der einen Zweikraftstoffeinlass (52), der zum Empfangen eines ersten Kraftstoffs und eines zweiten Kraftstoffs ausgebildet ist, einen zum Zuführen des ersten Kraftstoffs ausgebildeten ersten Kraftstoffzufuhrkanal (56), einen zum Zuführen des zweiten Kraftstoffs ausgebildeten zweiten Kraftstoffzufuhrkanal (54), eine erste Kraftstoffsteuerkammer (94), eine zweite Kraftstoffsteuerkammer (120), eine erste Kraftstoffsteuerleitung (106), eine zweite Kraftstoffsteuerleitung (132), mindestens einen Niederdruckablauf (102), einen ersten Kraftstoffventilhohlraum (68) und eine Düse (58) mit mindestens einem ersten Kraftstoffauslass (92) und mindestens einem zweiten Kraftstoffauslass (108) festlegt; – einer ersten Kraftstoffventilnadel (80), die in dem ersten Kraftstoffventilhohlraum (68) angeordnet ist und zwischen einer ersten Position, an der die erste Kraftstoffventilnadel (80) eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Kraftstoffzufuhrkanal (56) und dem mindestens einen ersten Kraftstoffauslass (92) blockiert, und einer zweiten Position, an der die erste Kraftstoffventilnadel (80) zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Kraftstoffzufuhrkanal (56) und dem mindestens einen ersten Kraftstoffauslass (92) ermöglicht, bewegbar ist, wobei die erste Kraftstoffventilnadel (80) einen Innenhohlraum (82) festlegt; – einer zweiten Kraftstoffventilnadel (74), die in dem Innenhohlraum (82) der ersten Kraftstoffventilnadel (80) angeordnet ist und zwischen einer ersten Position, an der die zweite Kraftstoffventilnadel (74) eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffzufuhrkanal (54) und dem mindestens einen zweiten Kraftstoffauslass (108) blockiert, und einer zweiten Position, an der die zweite Kraftstoffventilnadel (74) zumindest teilweise eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffzufuhrkanal (54) und dem mindestens einen zweiten Kraftstoffauslass (108) ermöglicht, bewegbar ist; – einer Hydraulikverriegelungsanordnung (72), die zum Ermöglichen einer Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kraftstoffzufuhrkanal (54) und dem ersten Kraftstoffventilhohlraum (68) ausgebildet ist; – einer ersten Kraftstoffsteuerventilanordnung (32), die zumindest teilweise in dem Injektorkörper (50) angeordnet ist und ein Steuerventilbauteil (146) aufweist, das selektiv eine Fluidverbindung zwischen der ersten Kraftstoffsteuerkammer (94), der ersten Kraftstoffsteuerleitung (132) und dem mindestens einen Niederdruckablauf (102) ermöglicht; und – einer zweiten Kraftstoffsteuerventilanordnung (30), die zumindest teilweise in dem Injektorkörper (50) angeordnet ist und ein Steuerventilbauteil (136) aufweist, das selektiv eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Kraftstoffsteuerkammer (120), der zweiten Kraftstoffsteuerleitung (132) und dem mindestens einen Niederdruckablauf (102) ermöglicht.
Zweikraftstoffinjektor nach Anspruch 1, bei dem der Zweikraftstoffeinlass (52) ferner zum Empfangen von Dieselkraftstoff mit hohem Druck und gasförmigem Kraftstoff mit mittlerem Druck ausgebildet ist, die koaxial zugeführt werden.
Zweikraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der zweite Kraftstoffzufuhrkanal (54) über eine erste Kraftstoff-z-Öffnung (100) in Fluidverbindung mit der ersten Kraftstoffsteuerkammer (94) steht und der zweite Kraftstoffzufuhrkanal (54) über eine zweite Kraftstoff-z-Öffnung (128) in Fluidverbindung mit der zweiten Kraftstoffsteuerkammer (120) steht.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3, bei dem die erste Kraftstoffsteuerkammer (94) über eine erste Kraftstoff-a-Öffnung (104) in Fluidverbindung mit der ersten Kraftstoffsteuerleitung (132) steht und die zweite Kraftstoffsteuerkammer (120) über eine zweite Kraftstoff-a-Öffnung (130) in Fluidverbindung mit der zweiten Kraftstoffsteuerleitung (132) steht.
Zweikraftstoffinjektor nach Anspruch 4, ferner enthaltend eine Öffnungsplatte (118), die die zweite Kraftstoff-a-Öffnung (130) und die zweite Kraftstoff-z-Öffnung (128) festlegt.
Zweikraftstoffinjektor nach Anspruch 5, bei dem die erste Kraftstoff-a-Öffnung (104) in dem Injektorkörper (50) ausgebildet ist und die erste Kraftstoff-z-Öffnung (100) in der ersten Kraftstoffventilnadel (80) ausgebildet ist.
Zweikraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner enthaltend eine erste Vorspannfeder (88), die zum Vorspannen der ersten Kraftstoffventilnadel (80) zu ihrer ersten Position ausgebildet ist, und eine zweite Vorspannfeder (76), die zum Vorspannen der zweiten Kraftstoffventilnadel (74) zu ihrer ersten Position ausgebildet ist.
Zweikraftstoffinjektor nach Anspruch 7, bei dem die zweite Vorspannfeder (76) konzentrisch innerhalb der ersten Vorspannfeder (80) angeordnet ist.
Zweikraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner enthaltend einen Kraftstoffseparator (71), der in dem Innenhohlraum (82) der ersten Kraftstoffventilnadel (80) angeordnet ist und in Dichtkontakt mit der Düse (58) steht und zum Verhindern einer Vermischung des ersten Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs ausgebildet ist.
Zweikraftstoffinjektor nach Anspruch 9, ferner enthaltend eine dritte Vorspannfeder (112), die zum Vorspannen des Kraftstoffseparators (71) zu dem Dichtkontakt ausgebildet ist.
Zweikraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Hydraulikverriegelungsanordnung (72) in der ersten Kraftstoffventilnadel (80) ausgebildet ist.
Zweikraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der zweite Kraftstoff einen Druck aufweist, der etwa 5 MPa höher als der des ersten Kraftstoffs ist.
Zweikraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der erste Kraftstoff ein gasförmiger Kraftstoff ist und der zweite Kraftstoff ein Dieselkraftstoff ist.
Zweikraftstoff-Common-Rail-Kraftstoffversorgung (10) mit: – einer ersten Kraftstoffquelle (34); – einer zweiten Kraftstoffquelle (14); – einem ersten Kraftstoff-Rail (44); – einem zweiten Kraftstoff-Rail (20); – mindestens einer ersten Kraftstoffpumpe (38), die zum Beaufschlagen des ersten Kraftstoffs aus der ersten Kraftstoffquelle (34) mit Druck und Fördern des ersten Kraftstoffs zu dem ersten Kraftstoff-Rail (44) ausgebildet ist; – mindestens einer zweiten Kraftstoffpumpe (16), die zum Beaufschlagen des zweiten Kraftstoffs aus der zweiten Kraftstoffquelle (14) mit Druck und Fördern des zweiten Kraftstoffs zu dem zweiten Kraftstoff-Rail (20) ausgebildet ist; – einem Zufuhrrohr (24), das zum Zuführen des ersten Kraftstoffs von dem ersten Kraftstoff-Rail (44) und des zweiten Kraftstoffs von dem zweiten Kraftstoff-Rail (20) ausgebildet ist; und – einem Zweikraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, der zum Empfangen sowohl des ersten Kraftstoffs als auch des zweiten Kraftstoffs von dem Zufuhrrohr (24) ausgebildet ist.