DE102012015624A1 - Drei-Wege-Nadelsteuerventil und dieses verwendendes Dual-Brennstoffeinspritzsystem - Google Patents

Drei-Wege-Nadelsteuerventil und dieses verwendendes Dual-Brennstoffeinspritzsystem Download PDF

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Abstract

Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung weist einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen Brennstoffeinlass, einen Ablaufauslass und einen Düsenauslass definiert, und in dem eine Düsenkammer, eine Nadelsteuerkammer und eine Ventilkammer angeordnet sind. Die Nadelsteuerkammer ist strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass durch einen Ablaufdurchlass verbunden, der den konischen Sitz aufweist, sie ist strömungsmittelmäßig mit der Düsenkammer durch eine Z-Zumessöffnung verbunden, und sie ist strömungsmittelmäßig mit der Ventilkammer durch eine A-Zumessöffnung verbunden. Die Düsenkammer ist strömungsmittelmäßig mit der Ventilkammer durch einen Druckdurchlass verbunden, der eine F-Zumessöffnung aufweist, welche sich durch einen flachen Sitz öffnet. Ein Steuerventilglied ist eingeschlossen, so dass es sich zwischen einem Kontakt mit dem konischen Sitz und einem Kontakt mit dem flachen Sitz bewegt. Eine elektrische Betätigungsvorrichtung ist betreibbar, um das Steuerventilglied weg vom konischen Sitz zum flachen Sitz hin zu drücken, wenn sie erregt wird. Ein Direktsteuernadelventil hat eine hydraulische Öffnungsfläche, die in der Düsenkammer positioniert ist, und eine hydraulische Verschlussfläche, die in der Nadelsteuerkammer positioniert ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung kann erste und zweite elektronisch gesteuerte Ventile aufweisen, um unabhängig einen gasförmigen Brennstoff und einen flüssigen Brennstoff einzuspritzen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen und insbesondere auf ein Drei-Wege-Steuerventil für ein Dual-Brennstoffeinspritzsystem.
  • Hintergrund
  • Motoren für gasförmigen Brennstoff sind dafür bekannt, dass sie im Vergleich zu ihnen gegenüberstehenden verdichtungsgezündeten Motoren vergleichsweise rein verbrennen. Jedoch ist es wohlbekannt, dass es bei gasförmigen Brennstoffen schwierig ist, eine erfolgreiche Zündung zu erreichen. Einige Motoren für gasförmigen Brennstoff verwenden eine Zündkerze, während andere Motoren dafür bekannt sind, eine kleine Menge an destilliertem Dieselbrennstoff zu verwenden, der verdichtungsgezündet wird, um wiederum eine größere Ladung von gasförmigem Brennstoff zu zünden. Bei diesen Motoren kann gasförmiger Brennstoff zur Motoreinlasssammelleitung geliefert werden oder direkt in einzelne Zylinder zugemessen werden, wo er mit Luft vermischt wird, bevor er ansprechend auf die Dieselvoreinspritzung nahe dem oberen Totpunkt gezündet wird. Während diese Strategie aufgrund einer kühleren Verbrennung NOx verringern kann, können Kohlenwasserstoffemissionen relativ hoch sein, und man kann nicht die Verbrennungscharakteristiken steuern, wie beispielsweise eine Reaktionsrate, um unterschiedliche Motorbetriebsbedingungen auszugleichen.
  • Das US-Patent 7,373,931 lehrt einen Dual-Brennstoffmotor, der eine kleine Menge von verdichtungsgezündetem destilliertem Dieselbrennstoff verwendet, um eine größere Ladung von gasförmigem Brennstoff zu zünden, der nach der Zündung eingespritzt wird. Diese Druckschrift lehrt die Verwendung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung mit nestartig ineinander angeordneten Nadelventilgliedern, um eine Einspritzung von sowohl den gasförmigen als auch den flüssigen Brennstoffen aus der gleichen Einspritzvorrichtung in jeden Motorzylinder zu ermöglichen. Anders gesagt, der Patentinhaber (ehrt eine direkte Einspritzung von gasförmigem Brennstoff in den Motorzylinder, nachdem eine Vormenge bzw. Pilotmenge von Dieselbrennstoff eingespritzt und gezündet worden ist. Während die Druckschrift aussagt, dass diese Strategie verbesserte Wirkungsgrade gegenüber anderen Motoren für gasförmigen Brennstoff vorsieht, wie sie zuvor beschrieben wurden, können andere Emissionsprobleme und Leistungsineffizienzen vorhanden sein, insbesondere bei höheren Drehzahlen und Belastungen.
  • Ungeachtet dessen, ob die Brennstoffeinspritzvorrichtung dafür ausgelegt ist, einen Brennstoff oder zwei unterschiedliche Brennstoffe einzuspritzen, müssen viele Überlegungen gewichtet werden, wenn man die Ausführbarkeit und Wettbewerbsfähigkeit einer gegebenen Konstruktion bewertet. Unter diesen Überlegungen sind beispielsweise statische Leckage und die Ansprechgeschwindigkeit einer Einspritzvorrichtung. Bezüglich Ersterem wird eine übermäßige Leckage von unter Druck stehendem Brennstoff während Zeiten ohne Einspritzung mit Verschwendung und höheren Betriebskosten gleichgesetzt. Bezüglich des letzteren Punktes können die Fähigkeit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, schnell auf elektrische Befehle anzusprechen, um eine Einspritzung zu beenden, die Fähigkeit, sich zurückzusetzen und sich für eine nachfolgende möglicherweise sich eng anschließende Einspritzung bereit zu machen, Einfluss auf die Möglichkeit der Anwendung eines Brennstoffsystems in einem gegebenen Motor haben. Wenn beispielsweise eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zu lang zwischen dem Ende eines Stroms an eine elektrische Betätigungsvorrichtung und dem tatsächlichen Ende der Einspritzung verzögert und dann eine vergleichsweise lange Verzögerung beim Zurücksetzen von Drücken innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung für ein darauf folgendes Einspritzereignis benötigt, kann die Einspritzvorrichtung noch nicht einmal die Fähigkeit haben, gewisse Einspritzsequenzen auszuführen, die bei einer gegebenen Motoranwendung wünschenswert sein können.
  • Die vorliegende Offenbarung ist auf ein oder mehrere der oben dargelegten Probleme gerichtet.
  • Zusammenfassung der Offenbarung
  • Gemäß einem Aspekt weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen Brennstoffeinlass, einen Ablaufauslass und einen Düsenauslass definiert und in dem eine Düsenkammer, eine Nadelsteuerkammer und eine Ventilkammer angeordnet sind. Der Einspritzvorrichtungskörper weist auch eine erste Stapelkomponente mit einem flachen Sitz und eine zweite Stapelkomponente mit einem konischen Sitz auf. Die Nadelsteuerkammer ist strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass durch einen Ablaufdurchlass verbunden, der den konischen Sitz aufweist, und ist strömungsmittelmäßig mit der Düsenkammer durch eine Z-Zumessöffnung verbunden. Die Nadelsteuerkammer ist auch strömungsmittelmäßig mit der Ventilkammer durch eine A-Zumessöffnung verbunden. Die Düsenkammer ist strömungsmittelmäßig mit der Ventilkammer durch einen Druckdurchlass verbunden, der eine F-Zumessöffnung aufweist, welche sich durch den flachen Sitz öffnet. Ein Nadelsteuerventil weist ein Steuerventilglied auf, welches eingeschlossen ist, um sich zwischen einem Kontakt mit dem konischen Sitz und einem Kontakt mit dem flachen Sitz zu bewegen, und weist eine Feder auf, die positioniert ist, um das Steuerventilglied zum konischen Sitz hin vorzuspannen. Eine elektrische Betätigungsvorrichtung ist betriebsmäßig mit dem Nadelsteuerventil gekoppelt und hat eine erregte Konfiguration, in der das Steuerventilglied vom konischen Sitz weg zum flachen Sitz hin gedrückt ist, und eine entregte Konfiguration. Ein Direktsteuernadelventil ist in dem Einspritzvorrichtungskörper angeordnet und hat eine hydraulische Öffnungsfläche, die in der Düsenkammer positioniert ist, und eine hydraulische Verschlussfläche, die in der Nadelsteuerkammer positioniert ist. Das Direktsteuernadelventil ist zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar, in der der Düsenauslass strömungsmittelmäßig mit der Düsenkammer verbunden ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Dual-Brennstoffsystem eine Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem ersten Brennstoffeinlass, einem zweiten Brennstoffeinlass, einem Ablaufauslass, einem ersten Düsenauslasssatz und einem zweiten Düsenauslasssatz auf, und weist ein darin angeordnetes erstes Direktsteuernadelventil mit einer hydraulischen Verschlussfläche auf, die in einer ersten Nadelsteuerkammer positioniert ist, und ein zweites Direktsteuernadelventil mit einer hydraulischen Verschlussfläche, die in einer zweiten Nadelsteuerkammer positioniert ist, und weist ein erstes elektronisch gesteuertes Ventil und ein zweites elektronisch gesteuertes Ventil auf. Eine Quelle für flüssigen Brennstoff ist strömungsmittelmäßig mit dem ersten Brennstoffeinlass verbunden, und eine Quelle für gasförmigen Brennstoff ist strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Brennstoffeinlass verbunden. Sowohl das erste elektronisch gesteuerte Ventil als auch das zweite elektronisch gesteuerte Ventil weist ein Steuerventilglied auf, welches eingeschlossen ist, so dass es sich zwischen einem Kontakt mit einem konischen Ventilsitz und einem Kontakt mit einem flachen Ventilsitz bewegt.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffeinspritzvorrichtung auf, ein erstes Brennstoffeinspritzereignis zu initialisieren, in dem von einer Nicht-Einspritzkonfiguration auf eine Konfiguration zum Einspritzen eines ersten Brennstoffes umgeschaltet wird. Das Einspritzereignis für den ersten Brennstoff wird beendet durch umschalten von der Konfiguration zum Einspritzen des ersten Brennstoffes auf die Nicht-Einspritzkonfiguration. Der Initialisierungsschritt weist auf, den Druck in einer ersten Nadelsteuerkammer zu verringern, indem ein erstes Steuerventilglied weg vom Kontakt mit einem ersten konischen Sitz bewegt wird, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen einer ersten Düsenkammer und einem Ablaufauslass über eine erste Z-Zumessöffnung, die erste Nadelsteuerkammer und eine erste A-Zumessöffnung zu öffnen. Das erste Steuerventilglied wird zu einem Kontakt mit einem ersten flachen Sitz hin bewegt, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der ersten Düsenkammer und der ersten Nadelsteuerkammer über eine erste F-Zumessöffnung zu schließen. Der Beendigungsschritt weist auf, den Druck in der ersten Nadelsteuerkammer zu erhöhen, und zwar durch Bewegen des ersten Steuerventilgliedes weg von einem Kontakt mit dem ersten flachen Sitz zu einem Kontakt mit dem ersten konischen Sitz hin, um strömungsmittelmäßig die erste Nadelsteuerkammer und die erste Düsenkammer über die erste Z-Zumessöffnung und parallel die erste F-Zumessöffnung zu verbinden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Motors und eines Dual-Brennstoff-Common-Rail-Systems gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 ist eine geschnittene Seitenansicht eines Teils des Dual-Brennstoff-Systems der 1;
  • 3 ist eine geschnittene Seitenansicht von einer der Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtungen der 1;
  • 4 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Steuerventilteils der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 3;
  • 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Steuerventilteils ähnlich der 4, außer entlang einer unterschiedlichen Schnittlinie durch die Brennstoffeinspritzvorrichtung der 3;
  • 6 ist eine perspektivische Teilansicht der Hebelkomponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 3;
  • 7 ist eine Endansicht des in 6 gezeigten Hebels;
  • 8 ist eine geschnittene Seitenansicht eines unteren Teils einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
  • 9 ist eine geschnittene Seitenansicht eines unteren Teils einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung; und
  • 10 ist eine Reihe von Kurvendarstellungen, welche Steuerventilpositionen, Rail-Drücke von gasförmigem und flüssigem Brennstoff und Einspritzraten gegenüber der Zeit für das Dual-Brennstoffsystem der 1 zeigt, wenn es in einem Dual-Brennstoffversorgungsmodus und in einem Notbetriebsmodus arbeitet.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Mit Bezug auf 1 verwendet ein Motor 5 gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 10. Der Motor 5 weist ein Motorgehäuse 6 auf, welches eine Vielzahl von Zylindern 7 definiert, von denen nur einer gezeigt ist. Das Dual-Brennstoffsystem 10 weist eine Vielzahl von Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 auf (von denen nur eine gezeigt ist), die jeweils einen Einspritzvorrichtungskörper 70 mit einer Spitzenkomponente 71 aufweisen, die zur direkten Einspritzung von gasförmigem Brennstoff und/oder flüssigem Brennstoff in einen der Motorzylinder 7 positioniert ist. Das Dual-Brennstoffsystem 10 weist eine Vielzahl von äußeren Rohren 50 und inneren Rohren 40 auf, die sich jeweils in das Motorgehäuse 6 erstrecken, und zwar zwischen einer Verteilerzuleitung 30 und einer der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12. Jedes der inneren Rohre 50 ist zwischen einem konischen Sitz einer assoziierten Verteilerzuleitung 30 und einem konischen Sitz von einer der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 zusammengedrückt. Somit hat jeder Motorzylinder 7 eine assoziierte Brennstoffeinspritzvorrichtung 12, ein äußeres Rohr 40, ein inneres Rohr 50 und eine Verteilerzuleitung 30. Das Dual-Brennstoffsystem 10 weist eine Quelle für gasförmigen Brennstoff in Form einer Gasbrennstoff-Common-Rail 16 (Common-Rail = gemeinsame Druckleitung) auf, die strömungsmittelmäßig mit jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 durch eine der Verteilerzuleitungen 30 und einen äußeren Durchlass 49 verbunden ist, der zwischen einem inneren Rohr 50 und einem äußeren Rohr 40 definiert wird. Eine Quelle für flüssigen Brennstoff in Form einer Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 ist strömungsmittelmäßig mit jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 durch eine der Verteilerzuleitungen 30 und einen inneren Durchlass 51 verbunden, der vom inneren Rohr 50 definiert wird.
  • Eine elektronische Steuervorrichtung 15 ist in steuernder Verbindung mit jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 verbunden, um selektiv die Zeitsteuerung bzw. den Zeitpunkt und die Menge von Einspritzereignissen für sowohl gasförmigen als auch flüssigen Brennstoff zu steuern. Die elektronische Steuervorrichtung 15 ist auch in Steuerverbindung mit einer Gasdrucksteuervorrichtung 20, die betriebsmäßig angeschlossen ist, um den Druck in der Gasbrennstoff-Common-Rail 16 zu steuern, und ist auch in Steuerverbindung mit einer Flüssigkeitsdrucksteuervorrichtung 22, die betriebsmäßig angeschlossen ist, um den Druck in der Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 zu steuern. Obwohl einzelne Gase, wie beispielsweise Methan, Propan usw. im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegen, ist Erdgas, welches eine Mischung von Gasarten enthält, insbesondere für die vorliegende Offenbarung anwendbar. Zusätzlich wird der Flüssigbrennstoff so ausgewählt, dass die Möglichkeit der Kompressions- bzw. Verdichtungszündung bei dem Verdichtungsverhältnis des Motors 5 besteht. Der flüssige Brennstoff kann beispielsweise ein destillierter Dieselbrennstoff oder irgendein anderer flüssiger Brennstoff bzw. Flüssigbrennstoff sein, der zur Verdichtungszündung geeignet ist, um wiederum eine Ladung von gasförmigem Brennstoff in einem der Motorzylinder 7 zu zünden. Während des normalen Betriebs des Motors 5 werden somit Selbstzündungsbedingungen in einem einzelnen Zylinder irgendwann während des Kompressions- bzw. Verdichtungshubes eines Motorzylinders auftreten, wobei der Motorzyklus weiter einen Expansionshub bzw. Leistungshub, einen Auslasshub und einen Einlasshub aufweist. Obwohl Verdichtungszündungsbedingungen für den flüssigen Brennstoff im Motorzylinder vorhanden sein können, sind die Drücke und Temperaturen im Allgemeinen nicht ausreichend hoch für eine Selbstzündung des gasförmigen Brennstoffes.
  • In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird Erdgas in einem flüssigen Zustand in einem kryogenen Tank 21 für verflüssigtes Erdgas gehalten. Eine kryogenische Pumpe mit variabler Verdrängung wird durch die elektronische Steuervorrichtung 15 so gesteuert, dass sie verflüssigtes Erdgas durch Filter und einen Wärmetauscher pumpt, und zwar zur Expansion zu einem Gas, welches in einem Akkumulator gehalten wird. Die Gasdrucksteuervorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein elektronisch gesteuertes Ventil aufweisen, welches eine gesteuerte Menge von gasförmigem Brennstoff von der Versorgungsseite (Akkumulator) zur Gasbrennstoff-Common-Rail 16 liefert. Diese beschriebene Lieferstrategie für Erdgas ist insbesondere geeignet, wenn der Motor 5 in einer sich bewegenden Maschine montiert ist, wie beispielsweise in einem Bergbaulastwagen oder Ähnlichem. Wenn andererseits der Motor 5 stationär wäre, kann eine Gasdrucksteuervorrichtung mit einer Quelle von verfügbarem Erdgas verbunden sein und dieses kann dann komprimiert werden und zu der Gasbrennstoff-Common-Rail 16 in einer Weise geleitet werden, die durch die elektronische Steuervorrichtung 15 gesteuert wird, um einen erwünschten Druck in der Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung 16 aufrechtzuerhalten.
  • Die Flüssigbrennstoffversorgung zur Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 beginnt bei einem Tank 23. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Flüssigbrennstoffdrucksteuervorrichtung 22 eine Hochdruck-Common-Rail-Brennstoffpumpe von einer Bauart auf, die in der Technik wohlbekannt ist, deren Ausgabe durch die elektronische Steuervorrichtung 15 gesteuert werden kann, um einen gewissen erwünschten Druck in der Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 aufrechtzuerhalten. Eine andere Alternative könnte eine Pumpe mit fester Verdrängung und ein Rail-Drucksteuerventil aufweisen, welches eine Menge des Brennstoffs zurück zum Tank 23 leitet, um den Druck in der Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 zu steuern. Irgendeine dieser alternativen Strategien fällt in den in Betracht gezogenen Umfang der Offenbarung.
  • In dem Fall, dass der Motor 5 in einer sich bewegenden Maschine verwendet wird, zieht die vorliegende Offenbarung in Betracht, dass ein Tank 21 für verflüssigtes Erdgas mit einer größeren Kapazität (möglicherweise ein um 65% größeres Volumen) als der Brennstofftank 23 für destillierten Dieselbrennstoff vorsehen kann, um den erwarteten Verhältnissen des Verbrauchs aus beiden Tanks Rechnung zu tragen, wenn man in einer Standardkonfiguration mit einer dualen Brennstoffversorgung arbeitet, wobei über 90 Massenprozent der Brennstofflieferung zum Motor 5 in Form von Erdgas erfolgt und weniger als 10 Massenprozent in Form von destilliertem Dieselbrennstoff. Dieser Unterschied bei der Bemessung der Tanks 21 und 23 berücksichtigt auch die Dichten der jeweiligen Flüssigkeiten genauso wie die unterschiedlichen Heizwerte der zwei Brennstoffe genauso wie sie die Tatsache berücksichtigt, dass das Erdgas als eine Flüssigkeit gespeichert wird, jedoch als ein Gas eingespritzt wird, während der Dieselbrennstoff als Flüssigkeit gespeichert und auch in den Motor 5 eingespritzt wird. Wenn man in einem Dual-Brennstoffversorgungsmodus entsprechend dem Standardbetriebsvorgang arbeitet, ist die elektronische Steuervorrichtung 15 so konfiguriert, dass sie die Gasbrennstoff-Common-Rail auf einem mittleren Niederdruck hält und die Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 auf einem mittleren Hochdruck hält. Wenn der Motor 5 in einem Heimfahrt- bzw. Notbetrieb-Brennstoffversorgungszustand oder in einem Einzelbrennstoffversorgungszustand bzw. Zustand mit Zuleitung von nur einem Brennstoff arbeitet, kann die elektronische Steuervorrichtung 15 konfiguriert sein, um die Gasbrennstoff-Common-Rail 16 auf einem Niederdruck (möglicherweise einem atmosphärischen Druck) zu halten, und die Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 auf einem Hochdruck zu halten. Zur Verdeutlichung ist der erwähnte Hochdruck größer als der mittlere Hochdruck, der größer ist als der mittlere Niederdruck, der größer ist als der Niederdruck.
  • Mit Bezug auf 2 weist das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 10 eine koaxiale Stegzuleitungsanordnung 118 auf, die jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 mit der Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 bzw. der Gasbrennstoff-Common-Rail 16 verbindet. Obwohl die Konzepte der vorliegenden Offenbarung auf eine Vielzahl von Brennstoffen für unterschiedliche Arten von Motoren anwendbar sein könnten, ist das veranschaulichte Ausführungsbeispiel insbesondere für einen Motor für gasförmigen Brennstoff geeignet, welcher destillierten Dieselbrennstoff zur Verdichtungszündung verwendet. Anders gesagt, ein Motor, der mit dem Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 10 assoziiert ist, könnte in erster Linie verflüssigtes Erdgas verbrennen, welches von der zweiten gemeinsamen Druckleitung bzw. Common-Rail 16 geliefert wird, und könnte diese Ladung im Motorbrennraum durch eine Verdichtungszündung einer kleineren Ladung von destilliertem Dieselbrennstoff von der Common-Rail 14 während eines Verbrennungsereignisses in einem Motorzyklus zünden.
  • Die koaxiale Stegzuleitungsanordnung 118 weist eine Verteilerzuleitung 30 auf, die zumindest teilweise in einem Block 120 positioniert ist. Die Verteilerzuleitung weist einen ersten Brennstoffdurchlass 32 auf, der sich zwischen einem ersten Brennstoffeinlass 33, der strömungsmittelmäßig mit der ersten Common-Rail 14 verbunden ist, und einem ersten Brennstoffauslass 34 erstreckt. Die Verteilerzuleitung 30 definiert auch einen zweiten Brennstoffdurchlass 35, der sich zwischen einem zweiten Brennstoffeinlass 36, der strömungsmittelmäßig mit der zweiten Common-Rail 16 verbunden ist, und einem zweiten Brennstoffauslass 37 erstreckt. Die Verteilerzuleitung 30 ist strömungsmittelmäßig mit den Rails bzw. Druckleitungen 14 und 16 unter Verwendung von bekannten Komponenten (beispielsweise Armaturen) und Techniken verbunden. Brennstoff von der ersten Common-Rail 14 wird durch ein Motorgehäuse 6 (Motorkopf) über einen inneren Durchlass 51 durch ein inneres Rohr 50 bewegt, während Brennstoff von der zweiten Common-Rail 16 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 in einem äußeren Durchlass 49 bewegt wird, der zwischen dem inneren Rohr 50 und einem äußeren Rohr 40 definiert ist. Das innere Rohr 50 kann eine dem Fachmann bekannte Konfiguration aufweisen, und zwar dahingehend, dass es abgerundete oder konische Enden aufweist, die zwischen einem konischen Sitz 38 der Verteilerzuleitung 30 und einem inneren konischen Sitz 55 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zusammengedrückt werden. Somit erstreckt sich der Strömungsmitteldurchlass 51 innerhalb des inneren Rohrs 50 zwischen dem ersten Brennstoffauslass 34 der Verteilerzuleitung 30 und einem inneren Brennstoffeinlass 57 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12. Das äußere Rohr 40, welches keinen Kontakt mit dem inneren Rohr 50 haben kann, hat einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des inneren Rohrs 50, um den langgestreckten äußeren Durchlass 49 zu definieren, der sich an einem Ende zum zweiten Brennstoffauslass 37 der Verteilerzuleitung 30 öffnet und der sich an seinem anderen Ende zu einem äußeren Brennstoffeinlass 48 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 öffnet. Das äußere Rohr 40 weist ein abgerundetes oder konisches Ende auf, welches in dichtenden Kontakt mit dem äußeren konischen Sitz 46 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 gedrückt wird. Der äußere Brennstoffeinlass 48 öffnet sich zwischen dem inneren Durchmesser des Rohrs 40 und der Außenfläche des inneren Rohrs 50. Somit definiert die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 einen äußeren konischen Sitz 46, der konzentrisch einen inneren konischen Sitz 55 umgibt. Zusätzlich weist die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 einen inneren Brennstoffeinlass 57 auf, der von dem inneren konischen Sitz 55 umgeben ist, und einen äußeren Brennstoffeinlass 48, der zwischen dem inneren konischen Sitz 57 und dem äußeren konischen Sitz 46 positioniert ist.
  • Das äußere Rohr 40 ist zwischen der Verteilerzuleitung 30 und der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zusammengedrückt. Insbesondere weist das äußere Rohr 40 ein abgerundetes oder konisches Ende in dichtendem Kontakt mit dem äußeren konischen Sitz 46 auf, und ein gegenüberliegendes Ende, welches in einer Bohrung aufgenommen ist, die von der Verteilerzuleitung 30 definiert wird. Ein Ende 41 des äußeren Rohrs 40 ist über einen O-Ring 80 abgedichtet, der in einem Raum 45 zwischen dem äußeren Rohr 40 und der Verteilerzuleitung 30 positioniert ist. Der O-Ring 80 wird gegen den Druck von der zweiten Common-Rail 16 durch einen Stützring 86 am Platz gehalten, der wiederum durch eine Kappe 88 am Platz gehalten wird, die auf die Verteilerzuleitung 30 geschraubt ist. Das äußere Rohr 40 wird auf den äußeren Sitz 46 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 durch eine Axialkraft gedrückt, die auf eine Lastschulter bzw. einen Lastabsatz durch eine Drucklasteinstellvorrichtung 60 aufgebracht wird, welche eine Kontaktfläche 64 in Kontakt mit der Lastschulter 42 aufweist. Die Drucklasteinstellvorrichtung 60 weist äußere Gewindegänge 65 auf, die mit einem Satz von inneren Gewindegängen zusammenpassen, die von der Basis 121 eines Blocks 120 definiert werden, und weist eine Werkzeugeingriffsfläche 62 auf, die in einem hohlen Inneren 124 des Blocks 120 gelegen ist, um eine Einstellung einer Drucklast bzw. Druckkraft auf das äußere Rohr 40 zu ermöglichen. Somit wird eine Leckage des zweiten Brennstoffes aus der Common-Rail 16 in die Atmosphäre verhindert, indem eine Drucklast auf das äußere Rohr 40 mit der Drucklasteinstellvorrichtung 60 eingestellt wird, die über einer vorbestimmten Schwelle liegt, um eine Abdichtung am äußeren konischen Sitz 46 zu ermöglichen, und durch Abdichtung des anderen Endes mit dem O-Ring 80.
  • Eine Abdichtung an gegenüberliegenden Enden des inneren Rohrs 50 wird durch einen getrennte Druckkraft- bzw. Lasteinstellvorrichtung 66 ermöglicht, die Gewindegänge 68 aufweist, die mit inneren Gewindegängen zusammenpassen, die von der Basis 121 des Blocks 120 definiert werden. Die Lasteinstellvorrichtung 66 weist eine Werkzeugeingriffsfläche 67 auf, die außerhalb des Blocks 20 gelegen ist, welche eine Bewegung der Drucklasteinstellvorrichtung 66 entlang einer gemeinsamen Mittellinie 54 ermöglicht. Anders gesagt, die Drucklasteinstellvorrichtung 70 drückt entlang der gemeinsamen Mittellinie 54 gegen die Verteilerzuleitung 30, um das innere Rohr 50 zwischen dem konischen Sitz 38 der Verteilerzuleitung 30 und dem konischen Sitz 55 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zusammenzudrücken. Weil ein Ende 41 des äußeren Rohrs 40 innerhalb der Verteilerzuleitung 30 gleiten kann, können die relativen Drucklasten bzw. Druckkräfte auf das innere Rohr 50 und auf das äußere Rohr 40 unabhängig eingestellt werden, um besser eine ordnungsgemäße Abdichtung bei allen konischen Sitzen 38, 55 und 46 sicherzustellen. Somit wird eine Leckage des ersten Brennstoffes, der von der Common-Rail 14 herkommt, in den zweiten Brennstoff verhindert, indem eine Drucklast auf dem inneren Rohr 50 über einer vorbestimmten Schwelle mit der Drucklasteinstellvorrichtung eigestellt wird. Zusätzlich kann das Verhindern einer Leckage des zweiten Brennstoffes von der Common-Rail 16 in den ersten Brennstoff aus der Common-Rail 14 aufweisen, dass der Druck in der Common-Rail 14 höher eingestellt wird als der Druck in der Common-Rail 16. Das äußere Rohr 40, das innere Rohr 50, die Drucklasteinstellvorrichtung 60, die Drucklasteinstellvorrichtung 66, der konische Sitz 38, der innere konische Sitz 55 und der äußere konische Sitz 46 haben alle eine gemeinsame Mittellinie 54. Andere Abdichtungsstrategien für das innere Rohr 50 und/oder das äußere Rohr 40 außer der oben in Bezugnahme auf die Zeichnung beschriebenen Strategie fallen ebenfalls in den in Betracht gezogenen Umfang der vorliegenden Offenbarung. Der innere Brennstoffeinlass 51 ist von den konischen Sitzen 55 und 46 umgeben, jedoch ist der äußere Brennstoffeinlass 48 zwischen den konischen Sitzen 55 und 46 gelegen.
  • Wie gezeigt, kann die Verteilerzuleitung 30 zumindest teilweise innerhalb des Blocks 120 positioniert sein, der eine Basis 121 und eine Abdeckung 122 aufweist, die an der Basis 121 durch eine Vielzahl von Befestigungselementen 126 angebracht sein kann. Die Basis 121 kann auch einen Flansch aufweisen, der das Anbringen des Blocks 120 an einem Motorkopf (Gehäuse 6) über Schrauben 128 ermöglicht. Wie in den Figuren gezeigt, können der erste Brennstoffeinlass 33 und der zweite Brennstoffeinlass 36 der Verteilerzuleitung 30 außerhalb des Blocks 120 gelegen sein. Eine Scheibe 127 kann vorgesehen sein, um die Distanz zwischen dem konischen Sitz 38 und dem konischen Sitz 57 einzustellen, um geometrische Toleranzen bei den Komponenten des Brennstoffsystems und des Motors auszugleichen. Irgendwelcher zweiter Brennstoff, dem es gelingt, über den O-Ring 80 in das hohle Innere 124 des Blocks 120 zu lecken, kann über eine Entlüftungsöffnung 123 in die Atmosphäre entlüftet werden. Somit kann die Entlüftungsöffnung 123 in einem Fall weggelassen werden, wo der Brennstoff in der Common-Rail 16 nicht bei atmosphärischem Druck gasförmig ist. Außer der Entlüftungsöffnung 123 kann das hohle Innere 24 im Wesentlichen über einen O-Ring 81 geschlossen sein, der in Kontakt mit der Verteilerzuleitung 30 und dem Block 120 ist und den ersten Brennstoffdurchlass 32 umgibt. Zusätzlich kann ein zweiter O-Ring 82 in Kontakt mit der Verteilerzuleitung 30 und dem Block 120 sein und den zweiten Brennstoffdurchlass 35 umgeben. Somit erstreckt sich die Entlüftungsöffnung 123 zwischen dem hohlen Inneren 125 und einer Außenfläche 125 des Blocks 120, der zur Atmosphäre hin frei liegt.
  • Die koaxiale Stegzuleitungsanordnung 118 kann auch einen Flansch 83, einen Bund 85 und Bolzen bzw. Schrauben 84 aufweisen, um eine abgedichtete Strömungsmittelverbindung zwischen der Verteilerzuleitung 30 und der Common-Rail 14 zu ermöglichen. Obwohl die koaxiale Stegzuleitungsanordnung 118 derart veranschaulicht ist, als dass sie einen getrennten Block 120 und eine Verteilerzuleitung 30 aufweist, wird der Fachmann erkennen, dass die Funktionen und die Strukturen von diesen zwei Komponenten in einer einzigen Komponente zusammengeführt werden könnten, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
  • Nun mit Bezug auf die 3–9 weist jede der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 zwei elektronisch gesteuerte Ventile 117, 119 auf, die als Nadelsteuerventile angesehen werden können, die einzeln über eine Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 in Steuerverbindung mit der elektronischen Steuervorrichtung 15 betätigt werden. Insbesondere weist das elektronisch gesteuerte Ventil 117 eine elektrische Betätigungsvorrichtung 43 auf, die betriebsmäßig mit dem Steuerventilglied 153 gekoppelt ist, während das Ventil 119 eine elektrische Betätigungsvorrichtung 144 aufweist, die betriebsmäßig mit dem Steuerventilglied 154 gekoppelt ist. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Dual-Steuerventile 117 und 119 Drei-Wege-Ventile, welche einen Druck in den jeweiligen Nadelsteuerkammern 95, 92 über eine Verbindung und eine Trennung zum Druckablaufauslass 77 vergrößern und verringern. Wie in 1 gezeigt, ist der Ablaufauslass 44 strömungsmittelmäßig mit dem Tank 23 über eine Ablaufrückleitung 24 verbunden. Obwohl dies nicht notwendig ist, kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 genau einen Ablaufauslas 77 aufweisen. Somit wird der Fachmann erkennen, dass alle Steuerfunktionen für die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 unter Verwendung des flüssigen Brennstoffes als ein Hydraulikmedium in einer in der Technik wohlbekannten Weise ausgeführt werden. 8 und 9 zweigen zwei unterschiedliche Versionen eines Unterteils der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12. 8 zeigt eine Version, bei der die Brennstoffeinspritzvorrichtung einen konzentrischen Gasdüsenauslasssatz 90a und einen Flüssigbrennstoffdüsenauslasssatz 96a hat, während 9 eine Konfiguration zeigt, bei der der Gasdüsenauslasssatz 90b Seite-an-Seite mit dem Flüssigbrennstoffdüsenauslasssatz 96b liegt. In dem Ausführungsbeispiel der 9 bewegt sich das Flüssigkeitsnadelventilglied 78b entlang einer Mittellinie 79b, und das Gasnadelventilglied 73b bewegt sich entlang einer Mittellinie 89b, die parallel zur Mittellinie 79b ist, jedoch gegenüber dieser versetzt ist. Identische Merkmale in den beiden unterschiedlichen Brennstoffeinspritzvorrichtungsversionen werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, jedoch weisen die Bezugszeichen im Fall der konzentrischen Dual-Konfiguration der 8 ein „a” auf, und sie weisen im Fall der Seite-an-Seite liegenden Version der 9 eine Bezeichnung „b” auf. In beiden Versionen sitzen das jeweilige Gasnadelventilglied 73 und das Flüssigkeitsnadelventilglied 78 an unterschiedlichen Stellen in der gleichen Spitzenkomponente 71 des Einspritzvorrichtungskörpers 70.
  • Ungeachtet dessen, welche Version der Brennstoffeinspritzvorrichtung verwendet wird, wird das Gasnadelventilglied 73 eine hydraulische Öffnungsfläche 69 aufweisen, welche dem Strömungsmitteldruck im Gasdüsenvolumen 91 ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlussfläche 61, die dem Strömungsmitteldruck in der Gasnadelsteuerkammer 92 ausgesetzt ist. Andererseits wird das Flüssigkeitsnadelventilglied 78 eine hydraulische Öffnungsfläche 59 aufweisen, welche dem Strömungsmitteldruck in der Flüssigkeitsdüsenkammer 99 ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlussfläche 58, die dem Strömungsmitteldruck in der Flüssigkeitsnadelsteuerkammer 95 ausgesetzt ist.
  • Wie in 3 gezeigt, kann eine Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 verwendet werden, um unabhängig die zwei Nadelsteuerventile 117 und 119 in unterschiedlichen Konfigurationen zu steuern, um eine Nicht-Einspritzkonfiguration, eine Flüssigkeits- oder Dieselbrennstoffeinspritzkonfiguration, eine Gasbrennstoffeinspritzkonfiguration und auch eine kombinierte Einspritzkonfiguration vorzusehen. Die Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 ist in ihrer Nicht-Einspritzkonfiguration gezeigt, wobei ein erster Anker 101 in einer nicht erregten Position ist, wobei ein zweiter Anker 103 in seiner nicht erregten Position gezeigt ist, und wobei ein Hebel 140 in einer ersten Winkelorientierung gezeigt ist, die im veranschaulichten Ausführungsbeispiel horizontal ist (siehe 6). Der erste Anker 101 ist an einem Führungsstück 106 angebracht, welches selbst an einem Druckelement 110 angebracht ist, welches wiederum das Steuerventilglied 154 berührt. Das Druckelement 110 ist in Kontakt mit dem Ventilglied 154, ist jedoch nicht daran befestigt, so dass die beiden sich während eines Übersteuerungsweges bzw. Nachlaufes trennen können, um ein Zurückspringen bzw. Bouncing und unnötige Brennstoffeinspritzungen zu vermeiden. Der Anker 101, das Führungsstück 107 und das Druckelement 110 sind in Kontakt mit dem Steuerventilglied 154 vorgespannt, und zwar durch eine relativ schwache Nachlauffeder 109. Eine stärkere Vorspannfeder 114 spannt das Steuerventilglied 154 in Kontakt mit dem konischen Sitz 156 vor, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Ventilkammer 161 und dem Niederdruckdurchlass 76 zu schließen, welcher eine Verbindung zum Ablaufauslass 77 herstellt. Wenn somit die erste elektrische Betätigungsvorrichtung 44 entregt bzw. ausgeschaltet ist, ist das Druckelement 110 in Kontakt mit dem Ventilglied 154, welches wiederum selbst in Kontakt mit dem konischen Verschlusssitz 156 ist, der in einer Stapelkomponente 158 des Einspritzvorrichtungskörpers 70 geformt ist. Wie am Besten in den 4 und 5 gezeigt, ist die Nadelsteuerkammer 92 immer strömungsmittelmäßig mit dem Flüssigkeitsdüsenversorgungsdurchlass 98 über eine Z-Zumessöffnung 175 verbunden. Wenn das Steuerventilglied 154 in seiner oberen Position in Kontakt mit dem konischen Sitz 156 ist, ist die Nadelsteuerkammer 92 auch strömungsmittelmäßig mit dem Flüssigkeitsdüsenversorgungsdurchlass 98 über einen Druckverbindungsdurchlass 177, durch die Ventilkammer 161 und die A-Zumessöffnung 173 verbunden. Der Druckverbindungsdurchlass 177 weist eine F-Zumessöffnung 171 auf, welche sich durch den flachen Ventilsitz 161 an einem Ende öffnet und strömungsmittelmäßig an ihrem gegenüberliegenden Ende mit dem Flüssigkeitsdüsenversorgungsdurchlass 98 verbunden ist. Somit sind die F-Zumessöffnung 171 und die A-Zumessöffnung 173 strömungsmittelmäßig in Reihe zwischen der Flüssigkeitsdüsenkammer 98 und der Nadelsteuerkammer 92. Diese Strömungsmittelverbindung wird blockiert, wenn die elektrische Betätigungsvorrichtung 44 erregt wird, um den Anker 101 von einer anfänglichen Luftspaltposition zu einer letztendlichen Luftspaltposition zu bewegen, um das Ventilglied 154 mit dem Druckelement 110 außer Kontakt mit dem konischen Ventilsitz 156 und in einen Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 161 zu drücken, um die F-Zumessöffnung 171 zu schließen. Wenn dies auftritt, wird die Nadelsteuerkammer 92 strömungsmittelmäßig mit dem Niederdruckablaufdurchlass 76 über die A-Zumessöffnung 173, die Ventilkammer 161 und über den konischen Sitz 156 verbunden, der als ein Teil des Ablaufdurchlasses 76 angesehen werden kann.
  • Das Steuerventilglied 154 ist somit eingeschlossen, so dass es sich zwischen dem konischen Ventilsitz 156 und dem flachen Ventilsitz 161 entsprechend einer Ventillaufdistanz bewegt, die gleich der Ankerlaufdistanz von ihrer anfänglichen Luftspaltposition zu ihrer letztendlichen Luftspaltposition ist. Wenn die erste elektrische Betätigungsvorrichtung 44 entregt bzw. ausgeschaltet ist, drückt die vergleichsweise stärkere Feder 114 das Steuerventilglied 154 weg von dem flachen Ventilsitz 151 in einen Kontakt mit dem konischen Sitz 156. Wenn das Steuerventilglied 154 den konischen Sitz 156 berührt, können das Druckelement 110, das Führungsstück 107 und der Anker 101 weiter über die anfängliche Luftspaltposition zu einer Nachlaufposition laufen, während sie weiter die Nachlauffeder 109 zusammendrücken. Wenn dies auftritt, kann sich das Druckelement 110 tatsächlich außer Kontakt mit dem Steuerventilglied 154 bewegen. Diese Wirkung verhindert ein Zurückspringen des Steuerventilgliedes 154 von seinem konischen Sitz 156, um sekundäre Brennstoffeinspritzungen zu verhindern. Wenn das Steuerventilglied 154 sich weg von flachen Ventilsitz 151 bewegt, wird der Druck in der Nadelsteuerkammer 92 schnell ansteigen, und eine erneute Füllung derselben mit flüssigem Brennstoff wird schnell durch die zwei Verbindungen mit dem Flüssigkeitsdüsenversorgungsdurchlass 98 über die Z-Zumessöffnung 175 und parallel über die F-Zumessöffnung 171 und die A-Zumessöffnung 173 ausgeführt. Obwohl dies nicht notwendig ist, kann die F-Zumessöffnung kleiner als die Z-Zumessöffnung sein, welche wiederum kleiner als die A-Zumessöffnung sein kann. In allen Fällen sind die F-, A- und Z-Zumessöffnungen in der gleichen Größenordnung, was bedeutet, dass keine bezüglich des Strömungsquerschnittes mehr als zehn Mal größer ist als irgendeine der anderen Zumessöffnungen. Die Nadelsteuerkammer 92 ist mit dem Direktsteuernadelventil 53 für gasförmigen Brennstoff assoziiert, welches eine hydraulische Verschlussfläche 61 aufweist, die dem Strömungsmitteldruck darin ausgesetzt ist.
  • Das zweite Nadelsteuerventil 117 weist eine Verbindung bzw. Ausführung auf, die identisch mit jener des Nadelsteuerventils 119 ist, es wird jedoch durch eine zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 43 gesteuert, die mit der Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 assoziiert ist. Jedoch anstelle einer koaxialen Betätigungsanordnung, wie sie bei dem Steuerventil 119 besprochen wurde, ist das Nadelsteuerventil 117 betriebsmäßig mit einer elektrischen Betätigungsvorrichtung 43 über eine Verbindung gekoppelt, welche einen Hebel 140 aufweist. Das elektrisch gesteuerte Nadelsteuerventil 117 weist einen Anker 103 auf, der angebracht ist, um sich mit einem Führungsstück 106 zu bewegen, welches mit einem Druckelement 112 verbunden ist, und zwar über einen Hebel 140, der um einen Schwenkstift 141 schwenkt. Eine relativ schwache Nachlauffeder 111 spannt das Führungsstück 106 und das Druckelement 112 in Kontakt mit dem Steuerventilglied 153 vor. Eine vergleichsweise stärkere Feder 113 spannt das Steuerventilglied 153 in Kontakt mit dem konischen Sitz 155 vor. Wenn somit die Elektromagnetspule 104 entregt bzw. ausgeschaltet wird, wird der Anker 103 bei einer anfänglichen Luftspaltposition zur Ruhe kommen und das Druckelement 112 wird in Kontakt mit dem Steuerventilglied 153 sein. Wenn die Elemente in dieser Nicht-Einspritzkonfiguration sind, ist die Nadelsteuerkammer 95 strömungsmittelmäßig mit dem Flüssigkeitsdüsenversorgungsdurchlass 98 über eine Z-Zumessöffnung 174 und parallel über die F-Zumessöffnung 170 und die A-Zumessöffnung 172 verbunden. Der Druckdurchlass 176 stellt an einem Ende eine Verbindung mit dem Flüssigkeitsdüsenversorgungsdurchlass 98 her und weist an seinem gegenüberliegenden Ende die F-Zumessöffnung 170 auf, welche sich durch einen flachen Ventilsitz 150 öffnet. Genauso wie das Steuerventilglied 154 ist das Steuerventilglied 153 eingeschlossen, so dass es sich zwischen dem flachen Ventilsitz 150 und dem konischen Ventilsitz 155 bewegt. Wenn die Spule 104 erregt wird, wird sich der Anker 103 von seiner anfänglichen Luftspaltposition zu seiner letztendlichen Luftspaltposition bewegen. Wenn dies auftritt, wirkt das Führungsstück 106 auf eine Seite des Hebels 140, was bewirkt, dass dieser von einer anfänglichen Winkelorientierung zu einer zweiten Winkelorientierung um den Schwenkstift 141 schwenkt, um das Druckelement 112 nach unten zu bewegen, um das Ventilglied 153 außer Kontakt mit dem konischen Sitz 155 und in einen Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 150 zu drücken, um die F-Zumessöffnung 170 zu schließen. Wenn dies auftritt, wird die Nadelsteuerkammer 95 strömungsmittelmäßig mit dem Niederdruckablaufdurchlass 76 über die A-Zumessöffnung 172, die Ventilkammer 160 und über den konischen Ventilsitz 155 verbunden, was als ein Teil des Niederdruckablaufdurchlasses 76 angesehen werden kann. Die Nadelsteuerkammer 95 ist mit dem Direktsteuernadelventilglied 52 für Flüssigkeiten assoziiert, welches eine hydraulische Verschlussfläche 58 aufweist, die dem Strömungsmitteldruck darin ausgesetzt ist. Obwohl dies nicht notwendig ist, können die flachen Sitze 150 und 151 genauso wie alle Zumessöffnungen, d. h. die F-, A- und Z-Zumessöffnungen 170–175 Teile einer einzelnen Stapelkomponente 157 sein, die ein Teil des Einspritzvorrichtungskörpers 70 ist. Die konischen Sitze 155 und 156 können durch eine zweite Stapelkomponente 158 des Einspritzvorrichtungskörpers 70 definiert sein. Es sei bemerkt, dass die Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 einen gemeinsamen Stator oder gemeinsam verwendeten Stator 105 verwendet, an dem beide Elektromagnetspulen 102 und 104 befestigt sind. Somit wird der Magnetfluss, der notwendig ist, um den Anker 101 oder den Anker 103 zu bewegen, jeweils von dem gemeinsam verwendeten Stator 105 geführt.
  • Wie am Besten in den 6 und 7 gezeigt, kann der Hebel 140 so geformt sein, dass er einen Kontakt mit dem Führungsstück 106 und dem Druckelement 112 über eine Linie herstellt, um eine Ungewissheit bezüglich der Hebelarme auf jeder Seite des Schwenkstiftes 141 zu verringern. Ein Wandern des Hebels 140 entlang des Schwenkstiftes 141 kann verhindert werden, indem eine Nut 144 auf der Unterseite des Schwenkstiftes 141 vorgesehen wird, welche eine obere Kante des Hebels 140 aufnimmt, wie am Besten in 7 gezeigt. Genauso kann die Oberseite des Hebels 140 eine Einkerbung aufweisen, in der der Schwenkstift 141 ruht, um ein Wandern des Hebels 140 entlang einer Linie senkrecht zum Schwenkstift 141 zu verhindern. Eine Einstellschraube 146 kann zum anfänglichen Positionieren des Hebels 140 in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 verwendet werden. Die Einstellschraube 146 kann auch das Entweichen des Hebels 140 während der Herstellung und Handhabung verhindern. Schließlich kann es nach einem ordnungsgemäßen Einbau eine kleine Trennungsdistanz zwischen dem Hebel 140 und der Einstellschraube 146 geben, um eine Gegenwirkung zwischen den beiden während des normalen Betriebs der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zu vermeiden. Obwohl die Verbindung, die durch den Hebel 140 zwischen dem Steuerventilglied 153 und dem Anker 103 vorgesehen wird, eine geometrische Toleranz vergrößern kann, sollte die Ankerlaufdistanz des Ankers 103 von seiner anfänglichen Luftspaltposition zu seiner letztendlichen Luftspaltposition gleich der Laufdistanz des Steuerventilgliedes 153 vom Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 150 zum Kontakt mit dem konischen Ventilsitz 155 sein.
  • Wenn die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 in einer Nicht-Einspritzkonfiguration ist, sind beide Elektromagnetspulen 102 und 104 entregt bzw. ausgeschaltet, die Anker 101 und 103 sind in ihren anfänglichen Luftspaltpositionen, und die Druckelemente 110 und 112 sind in Kontakt mit den jeweiligen Ventilgliedern 154 und 153. Zusätzlich ist der Druck in den Nadelsteuerkammern 92 und 95 hoch und ungefähr gleich dem in der Flüssigbrennstoff-Common-Rail 114 aufgrund der uneingeschränkten Strömungsmittelverbindung damit. Die Steuerventilglieder 154 und 153 sind beide in ihrer oberen Position in Kontakt mit dem jeweiligen konischen Sitzen 156 und 155, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen den Steuerkammern 92 bzw. 95 bezüglich des Ablaufauslasses 77 zu schließen. Weiterhin sind die Nadelsteuerkammern 92 und 95 in einer Nicht-Einspritzkonfiguration strömungsmittelmäßig mit der Flüssigkeitsdüsenkammer 99 durch die jeweiligen F-Zumessöffnungen 171, 170, durch die jeweiligen A-Zumessöffnungen 173, 172 und durch die jeweiligen Z-Zumessöffnungen 175, 174 verbunden.
  • In einer Gasbrennstoffeinspritzkonfiguration ist die Spule 102 erregt, der Anker 101 hat sich von seiner anfänglichen Luftspaltposition zu seiner letztendlichen Luftspaltposition bewegt, wodurch verursacht wird, dass sich das Steuerventilglied 154 von einem Kontakt mit dem konischen Sitz 156 in einen Kontakt mit dem flachen Sitz 151 bewegt, um die F-Zumessöffnung 171 zu schließen. Während einer Flüssigkeitseinspritzkonfiguration ist ebenfalls die Spule 104 erregt, was bewirkt, das sich der Anker 103 von seiner anfänglichen Luftspaltposition zu seiner letztendlichen Luftspaltposition bewegt, um den Hebel 140 von der ersten Winkelorientierung zu einer zweiten Winkelorientierung zu drehen, wodurch das Druckelement 112 nach unten gedrückt wird, um das Steuerventilglied 153 außer Kontakt mit dem konischen Sitz 155 nach unten in Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 150 zu drücken, um die F-Zumessöffnung 170 zu schließen. In einer kombinierten Einspritzkonfiguration sind beide Spulen 102 und 104 erregt bzw. eingeschaltet, und die assoziierten Anker und andere Komponenten bewegen sich, wie oben beschrieben. Der Hebel 140 wird in einer Winkelorientierung sein, wenn die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 entweder in einer Gasbrennstoffeinspritzkonfiguration oder in einer Nicht-Einspritzkonfiguration ist, und wird in einer anderen Winkelorientierung sein, wenn die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 entweder in einer Flüssigbrennstoffeinspritzkonfiguration oder in einer kombinierten Einspritzkonfiguration ist.
  • In beiden Versionen der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 in den 8 und 9 ist ein Gasnadelventilglied 73 vollständig innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers 70 positioniert, wobei sich eine Führungsfläche 75 in einer Führungskomponente 72 des Einspritzvorrichtungskörpers 70 zwischen der ersten Drucksteuerkammer 92 und der Gasdüsenkammer 91 erstreckt. Die Gasdüsenkammer 91 ist immer strömungsmittelmäßig mit der Gasbrennstoff-Common-Rail 16 verbunden und ist daher auf dem gleichen Druck wie die Gasbrennstoff-Common-Rail 16. Ein Segment 74 des Gasnadelventilgliedes 73 und die Führungskomponente 72 definieren einen Teil eines ringförmigen Volumens 94, welches immer mit der Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 über einen Verzweigungsdurchlass in Strömungsmittelverbindung ist, welcher strömungsmittelmäßig mit dem Flüssigkeitsdüsenversorgungsdurchlass 98 verbunden ist, der auch immer strömungsmittelmäßig mit der Flüssigkeitsdüsenkammer 99 verbunden ist. Diese Struktur kann dabei helfen, eine Schmierfähigkeit in dem Führungsspiel 93 aufrechtzuerhalten. Das Gasnadelventilglied 73 ist Teil eines direkt gesteuerten Nadelventils 53 für Gas, und das Flüssigkeitsnadelventilglied ist ein Teil eines direkt gesteuerten Nadelventilglieds 52 für Flüssigkeit.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 10 der vorliegenden Offenbarung findet allgemeine Anwendbarkeit bei jedem Motor, der zwei Brennstoffe in dem Brennraum eines assoziierten Motors verwendet. Diese zwei Brennstoffe können der gleiche Brennstoff mit zwei unterschiedlichen Drücken sein, oder können, wie im veranschaulichten Ausführungsbeispiel, unterschiedliche Brennstoffe sein. Die vorliegende Offenbarung findet insbesondere Anwendbarkeit bei mit gasförmigem Brennstoff betriebenen Motoren, welche eine vergleichsweise größere Ladung von Erdgas verwenden, welche über eine Verdichtungszündung einer kleinen Ladung von destilliertem Dieselbrennstoff gezündet wird, der von einer Common-Rail 14 herkommt. Die koaxiale Stegzuleitungsanordnung 118 der vorliegenden Offenbarung kann eine Lieferung von beiden Brennstoffen zu einer Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 ermöglichen, welche im Kopf 6 eines Motors 5 befestigt ist, und zwar über eine einzelne Bohrung durch den Motorkopf, die mit jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 des Motors 5 assoziiert ist. Diese Strategie spart wertvollen Raum im Motor und um den Motor herum ein und verhindert möglicherweise eine Brennstoffdichtungsverbindung mit einem Leckpfad zum Kurbelgehäuse. Das F-, A-, Z-Drei-Wege-Steuerventil der vorliegenden Offenbarung kann mögliche Anwendung bei jeglicher Brennstoffeinspritzvorrichtung finden, und zwar für eine Einzelbrennstoffeinspritzvorrichtung oder eine Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung, wie sie gezeigt wurde.
  • Durch Verwendung eines Blocks 120, der an die Außenseite des Motorkopfes geschraubt ist, können getrennte Lasteinstellvorrichtungen 60 und 66 verwendet werden, um unabhängig das innere Rohr 50 und das äußere Rohr 40 auf die konischen Sitze 57 bzw. 46 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zu drücken, um eine Brennstoffleckage zwischen den Brennstoffen zu verhindern, und um eine Brennstoffleckage in die Atmosphäre aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 heraus zu verhindern, während geringfügige Abmessungsunterschiede ausgeglichen werden, die mit jeder Brennstoffeinspritzvorrichtungsströmungsmittelverbindung assoziiert sind.
  • Im Betrieb bewegt sich der erste Brennstoff (destillierter Dieselbrennstoff) mit einem ersten Druck von der ersten Common-Rail 14 durch den ersten Brennstoffdurchlass 32, durch das innere Rohr 50 und in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12. Der zweite Brennstoff (Erdgas) mit einem zweiten Druck wird von der zweiten Common-Rail 16 durch den zweiten Brennstoffdurchlass 35, durch den äußeren Durchlass 49 zwischen dem äußeren Rohr 40 und dem inneren Rohr 50 und in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 bewegt. Eine Leckage des zweiten Brennstoffes zum ersten Brennstoff hin kann verhindert werden, indem der Druck in der Common-Rail 14 auf einen mittleren Hochdruck (beispielsweise ungefähr 40 MPa) eingestellt wird, der höher ist als der Druck in der Common-Rail 16, die auf einem mittleren Niederdruck ist (beispielsweise ungefähr 35 MPa). Das Verhindern einer Leckage des flüssigen Brennstoffes in den gasförmigen Brennstoff weist auf, dass eine Drucklast auf dem inneren Rohr 50 über eine vorbestimmte Schwelle mit Hilfe der Druckkrafteinstellvorrichtung bzw. Drucklasteinstellvorrichtung 66 eingestellt wird, um geeignete Dichtungskräfte auf beiden Enden des Rohrs 50 zu erzeugen. Eine Leckage des zweiten Brennstoffes in die Atmosphäre kann verhindert werden, indem eine Drucklast auf dem äußeren Rohr 40 über einer zweiten vorbestimmten Schwelle mit Hilfe der zweiten Lasteinstellvorrichtung 60 eingestellt wird, um eine Abdichtung zwischen dem äußeren Rohr 40 und der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zu erzeugen. Eine Leckage von gasförmigem Brennstoff in die Atmosphäre wird verhindert, indem mindestens ein O-Ring, wie beispielsweise der O-Ring 80, in Kontakt mit dem äußeren Rohr 40 angeordnet wird. Trotzdem wird der Fachmann erkennen, dass andere konzentrische Versorgungsrohranordnungen eingesetzt werden könnten, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel können jedoch eine Leckage und Variationen bei den geometrischen Toleranzen der verschiedenen Komponenten des Motors 5 und des Brennstoffsystems 10 ausgeglichen werden, indem die ersten und zweiten Drucklast- bzw. Druckkrafteinstellvorrichtungen 60 und 66 verwendet werden, um jeweils die Drucklasten im äußeren Rohr 40 und im inneren Rohr 50 individuell einzustellen.
  • Ein Einspritzereignis für gasförmigen oder flüssigen Brennstoff wird eingeleitet, indem die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 von einer Nicht-Einspritzkonfiguration in eine Gasbrennstoffeinspritzkonfiguration bzw. eine Flüssigbrennstoffeinspritzkonfiguration umgeschaltet wird. Ein solches Einspritzereignis wird beendet durch Umschalten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 von der Gasbrennstoffeinspritzkonfiguration oder der Flüssigbrennstoffeinspritzkonfiguration zurück in die Nicht-Einspritzkonfiguration. Weil die Rohrverbindungen und die Komponenten für sowohl das Gasbrennstoffeinspritzereignis als auch ein Flüssigbrennstoffeinspritzereignis ähnlich sind, mit Ausnahme des Hebels 140, wird der Betriebsablauf der Brennstoffeinspritzvorrichtung, um entweder ein Gasbrennstoffeinspritzereignis oder ein Flüssigbrennstoffeinspritzereignis auszuführen, zur Abkürzung kombiniert. Die Einleitung eines Brennstoffeinspritzereignisses weist auf, den Druck in einer Nadelsteuerkammer 92, 95 zu verringern, indem das Steuerventilglied 154, 155 außer Kontakt mit dem konischen Sitz 156, 155 bewegt wird, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Flüssigkeitsdüsenkammer 99 und dem Ablaufauslass 77 über die Z-Zumessöffnung 175, 174, die Nadelsteuerkammer 92, 95 und die A-Zumessöffnung 173 zu öffnen. Das Steuerventilglied 154, 153 wird in einen Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 151, 150 bewegt, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen Flüssigkeitsdüsenkammer 99 und der Nadelsteuerkammer 92, 95 über die F-Zumessöffnung 171, 170 zu schließen. Im Fall eines Flüssigbrennstoffeinspritzereignisses wird dieser Vorgang erreicht durch Drehen des Hebels 140 aus einer ersten Winkelorientierung in eine zweite Winkelorientierung. Der Schritt des Beendens eines Einspritzereignisses weist auf, den Druck in der relevanten Nadelsteuerkammer 92, 95 zu vergrößern, und zwar durch Bewegen des Steuerventilgliedes 154, 155 außer Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 151, 150 in einen Kontakt mit dem konischen Sitz 156, 155, um strömungsmittelmäßig die Nadelsteuerkammer 92, 95 mit der Flüssigkeitsdüsenkammer 99 über die Z-Zumessöffnung 175, 174 und parallel über die F-Zumessöffnung 171, 170 zu verbinden. Im Fall eines Flüssigbrennstoffeinspritzereignisses werden diese Betriebsvorgänge erreicht durch Drehen des Hebels aus der zweiten Winkelorientierung zurück in die erste Winkelorientierung.
  • Während eines kombinierten Einspritzereignisses bewegen sich beide Steuerventilglieder 154 und 153, wie oben beschrieben. Der Fachmann wird erkennen, dass die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 arbeiten kann, indem erst ein Gasbrennstoffeinspritzereignis initialisiert wird, welches zu einem gewissen späteren Zeitpunkt dann ein kombiniertes Brennstoffeinspritzereignis wird. Eine kurze Zeit später kann das kombinierte Brennstoffeinspritzereignis wieder ein Gasbrennstoffeinspritzereignis werden, indem das Flüssigbrennstoffeinspritzereignis beendet wird. Wiederum kann zu einem gewissen späteren Zeitpunkt das Gasbrennstoffeinspritzereignis beendet werden. Beispielsweise kann die Einspritzung des gasförmigen Brennstoffes zu einer gewissen Zeit wesentlich vor dem oberen Totpunkt beginnen und über eine wesentliche Periode nach dem oberen Totpunkt während des Expansionshubes andauern. Jedoch kann das Flüssigbrennstoffeinspritzereignis relativ kurz sein und kann auf oder um den oberen Totpunkt auftreten, um die Verbrennung der größeren Gasbrennstoffladung während der Verdichtungszündung der Flüssigbrennstoffladung zu initialisieren.
  • Jedes der elektronisch gesteuerten Ventile 117 und 119 weist Nachlaufmerkmale auf, die dabei helfen, ein Springen des Ventils zu verhindern, um die Wahrscheinlichkeit von nicht wünschenswerten Sekundäreinspritzungen zu verringern und um ein schnelles Setzen der Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten zu begünstigen, um Ruhe- bzw. Abklingzeiten in dem Fall zu verkürzen, dass eng gekoppelte Einspritzungen erwünscht sind. Wenn somit ein Brennstoffeinspritzereignis beendet wird, wird die jeweilige Spule 102 oder 104 entregt bzw. ausgeschaltet. Wenn dies auftritt, drückt die jeweilige Vorspannfeder 114 oder 113 das Ventilglied 154, 153 nach oben zusammen mit den jeweiligen Verbindungen gegen die Wirkung der jeweiligen Nachlauffedern 111 und 109. Somit bewegt sich der Anker 101, 103 von einer letztendlichen Luftspaltposition zu einer anfänglichen Luftspaltposition. Wenn der Anker seine anfängliche Luftspaltposition erreicht, wird das Steuerventil 154, 153 abrupt stoppen, indem es in Kontakt mit dem konischen Ventilsitz 156, 155 kommt. Jedoch werden das Druckelement 110, 112 und das assoziierte Führungsstück 107, 106 sich weiter mit dem Anker 101, 103 über die anfängliche Luftspaltposition zu einer Nachlaufposition bewegen, während sich das jeweilige Druckelement 110, 112 gleichzeitig außer Kontakt mit dem Steuerventilglied 154, 153 bewegt. Diese Nachlaufbewegung wird schließlich durch die jeweilige Nachlauffeder 109, 111 angehalten, welche dann den Anker 101, 103 zurück in die anfängliche Luftspaltposition drückt, wo das jeweilige Druckelement 110, 112 wieder Kontakt mit dem Ventilglied 154, 153 aufnimmt, jedoch ohne ausreichende Stoßenergie, um das Ventilglied 154, 153 weg von seinem konischen Sitz 156, 155 zu drücken, um ein unerwünschtes Sekundäreinspritzereignis zu verursachen.
  • Die Steuerventilstruktur der vorliegenden Offenbarung sieht mehrere kleine jedoch wichtige Vorteile gegenüber früheren Strukturen vor. Zuerst tritt durch die Verwendung eines konischen Sitzes, um den Ablaufauslass 77 von den jeweiligen Nadelsteuerkammern 95, 92 zu trennen, eine Brennstoffleckage von nahezu Null während des Hauptteils der Zeit der Brennstoffeinspritzvorrichtung im Motorzyklus auf, wenn keine Einspritzungen auftreten. Dies steht im Gegensatz zu einem Steuerventil, welches einen flachen Sitz verwendet, wo eine gewisse Leckage zwischen den Einspritzereignissen fast unvermeidlich ist. Durch Vorsehen einer F-Zumessöffnung und durch Hinzufügen einer Drei-Wege-Funktion für das Steuerventil 117, 119, so dass die F-Zumessöffnung während eines Einspritzereignisses geschlossen ist, wird die Rate, mit der sich ein Druck in den jeweiligen Nadelsteuerkammern 95 und 92 aufbauen kann und eine erneute Füllung für ein darauf folgendes Einspritzereignis erreicht werden kann, gegenüber einer vergleichbaren Brennstoffeinspritzvorrichtung ohne F-Zumessöffnung vergrößert werden. Indem man die F-Zumessöffnung durch einen flachen Ventilsitz offen macht, wird die Notwendigkeit, die Mitte des konischen Sitzes 156, 155 mit der Mitte des flachen Sitzes 151, 155 eng auszurichten, verringert, da der flache Sitz sehr tolerant gegenüber Fehlausrichtungen ist. Indem man gestattet, dass die elektrische Betätigungsvorrichtung sich am Ende eines Einspritzereignisses während des Abschaltens von dem Steuerventil entkoppelt, kann die geometrische Toleranz beim Bau der Brennstoffeinspritzvorrichtung in gewisser Weise erleichtert werden, während auch unerwünschte Sekundäreinspritzereignisse aufgrund von Zurückspringen des Ventils verhindert werden.
  • Das Brennstoffsystem 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung weist auch verschiedene kleine Funktionen auf, welche Vorteile gegenüber bekannten Dual-Brennstoffsystemen bieten. Unter diesen sind eine unabhängige Einspritzsteuerung über getrennte Ventile und getrennte elektrische Betätigungsvorrichtungen für sowohl das Gassystem als auch das Flüssigkeitssystem. Somit kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 so gesteuert werden, dass sie nur gasförmigen Brennstoff einspritzt, nur flüssigen Brennstoff einspritzt, sowohl gasförmigen als auch flüssigen Brennstoff gleichzeitig einspritzt und natürlich einen Nicht-Einspritzbetriebszustand hat, bei dem keine Einspritzung auftritt. Zusätzlich spart die Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 Raum, ohne Leistungsfähigkeit zu opfern. Obwohl die Migration von gasförmigem Brennstoff in den flüssigen Brennstoff im Allgemeinen dadurch verhindert wird, dass die Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 auf einem höheren Druck gehalten wird als die Gasbrennstoff-Common-Rail 16, helfen andere kleine, jedoch wichtige Merkmale dabei, eine solche Leckage zu verhindern. Probleme mit Querleckage bzw. Leckage von Brennstoff zu Brennstoff werden auch verhindert, indem die Füssigbrennstoffversorgung im inneren Rohr 50 angeordnet wird, und die Gasbrennstoffversorgung für die Einspritzvorrichtungen 12 im äußeren Durchlass 49 zwischen dem inneren Rohr 50 und dem äußeren Rohr 40 angeordnet wird. Durch konzentrisches Anordnen dieser Durchlasswege kann jede Einspritzvorrichtung 12 mit beiden Brennstoffen über einen Durchlassweg durch das Motorgehäuse 6 (Kopf) anstatt über zwei Durchlasswege versorgt werden. Die Schmierung der sich bewegenden Komponenten innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 kann dadurch aufrechterhalten werden, dass sie flüssigem Dieselbrennstoff ausgesetzt sind. Beispielsweise wird das Führungsspiel 93, welches mit dem Gasnadelventilglied 73 assoziiert ist, mit flüssigem Dieselbrennstoff aufrechterhalten bzw. gefüllt, um die Schmierung aufrechtzuerhalten, auch wenn eine Ende des Gasnadelventilgliedes 73 immer gasförmigem Brennstoff in der Gasdüsenkammer 91 ausgesetzt ist.
  • Durch Verwendung der Strategie mit konzentrischer Lieferung stellt das Brennstoffsystem 10 der vorliegenden Offenbarung eine potentielle Möglichkeit zum Nachrüsten von existierenden Motoren mit minimierten Modifikationen am Motorzylinderkopf dar. Die Struktur der verschiedenen Versionen der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 verhindert auch die Leckage von gasförmigem Brennstoff in den Motorzylinder, indem sowohl die Gasbrennstoffdüsenauslässe 90 als auch die Flüssigbrennstoffdüsenauslässe 96 in einer einzigen Spitzenkomponente 71 angeordnet werden, anstatt über eine gewisse Strategie mit ineinander nestartig angeordneten Nadeln, wie sie in der Technik bekannt ist. Somit vermeidet die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 der vorliegenden Offenbarung Reihentoleranzen und andere Ungewissheiten, indem sowohl die Gasnadelstruktur als auch die Flüssigkeitsnadelstruktur unabhängig von ihrer Bewegung, ihrem Sitzverhalten und den Vorspannungsmerkmalen gemacht werden. Diese Strategie kann besser eine Massenproduktion von Brennstoffeinspritzvorrichtungen ermöglichen, welche konsistent mit den gleichen Steuersignalen arbeiten. Schließlich wird für den Motor 5 der vorliegenden Offenbarung sowohl ein normaler Dual-Brennstoffversorgungsmodus als auch ein Notbetriebsmodus in Betracht gezogen, bei dem nur flüssiger Brennstoff eingespritzt wird. Wenn beispielsweise eine Fehlfunktion im Gasbrennstoffsystem auftritt, oder wenn die Gasbrennstoffversorgung leer ist, kann die elektronische Steuervorrichtung 15 bewirken oder gestatten, dass der Motor von einem Dual-Brennstoffversorgungsmodus auf den Notbetriebsmodus umschaltet, bei dem nur ein einziger Brennstoff geliefert wird.
  • Wie am Besten in 6 gezeigt, ist der Dual-Brennstoffversorgungsmodus gekennzeichnet durch eine große Gaseinspritzmenge 138 und eine Einspritzung 135 einer kleinen Menge von flüssigem Brennstoff. Andererseits kann der Notbetriebszustand dadurch gekennzeichnet sein, dass keine Gaseinspritzung stattfindet, jedoch eine große Menge 136 von flüssigem Brennstoff eingespritzt wird. Zusätzlich ist der normale Dual-Brennstoffversorgungsmodus dadurch gekennzeichnet, dass die Gasbrennstoff- und Flüssigbrennstoff-Common-Rails 16 und 14 auf mittlerem Niederdruck bzw. mittlerem Hochdruck gehalten werden. Andererseits kann der Notbetriebszustand dadurch gekennzeichnet sein, dass gestattet wird, dass die Gasbrennstoff-Common-Rail auf einen Niederdruck abfallen kann oder auf einem Niederdruck gehalten wird, während der Druck in der Flüssigbrennstoff-Common-Rail 14 auf einen Hochdruck 133 gesteigert wird (beispielsweise größer als 100 MPa). Wenn man im Dual-Brennstoffversorgungsmodus arbeitet, wird eine relativ kleine Einspritzung von flüssigem destilliertem Dieselbrennstoff durch Verdichtung gezündet, um wiederum eine relativ große Ladung von gasförmigem Brennstoff zu zünden, die zumindest teilweise zuvor in den Motorzylinder eingespritzt worden ist. Andererseits wirkt der Motor 5 während eines Notbetriebszustandes in gewisser Weise wie ein herkömmlicher Dieselmotor, bei dem eine relativ große Meng von flüssigem Brennstoff beim oberen Totpunkt oder in der Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionshubes eingespritzt wird, um sofort auf die Einspritzung hin in bekannter Weise zu zünden.
  • Die vorliegende Beschreibung ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und sollte nicht dahingehend interpretiert werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Somit wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen an den gegenwärtig offenbarten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne vom vollen und richtigen Umfang und Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Durchsicht der beigefügten Zeichnungen und der angehängten Ansprüche offensichtlich werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7373931 [0003]

Claims (20)

  1. Brennstoffeinspritzvorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Einspritzvorrichtungskörper, der einen Brennstoffeinlass, einen Ablaufauslass und eine Düsenauslass definiert und in dem eine Düsenkammer, eine Nadelsteuerkammer und eine Ventilkammer angeordnet sind, und wobei der Einspritzvorrichtungskörper eine erste Stapelkomponente mit einem flachen Sitz und eine zweite Stapelkomponente mit einem konischen Sitz aufweist; wobei die Nadelsteuerkammer strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass durch einen Ablaufdurchlass verbunden ist, der den konischen Sitz aufweist; wobei die Nadelsteuerkammer strömungsmittelmäßig mit der Düsenkammer durch eine Z-Zumessöffnung verbunden ist; wobei die Nadelsteuerkammer strömungsmittelmäßig mit der Ventilkammer durch eine A-Zumessöffnung verbunden ist; wobei die Düsenkammer strömungsmittelmäßig mit der Ventilkammer durch einen Druckdurchlass verbunden ist, der eine F-Zumessöffnung aufweist und sich durch den flachen Sitz öffnet; ein Nadelsteuerventil, welches ein Steuerventilglied aufweist, welches eingeschlossen ist, um sich zwischen einem Kontakt mit dem konischen Sitz und einem Kontakt mit dem flachen Sitz zu bewegen, und eine Feder die positioniert ist, um das Steuerventilglied zum konischen Sitz hin vorzuspannen; eine elektrische Betätigungsvorrichtung, die betriebsmäßig mit dem Nadelsteuerventil gekoppelt ist und eine erregte Konfiguration hat, in der das Nadelsteuerventilglied weg vom konischen Sitz zum flachen Sitz hin gedrückt ist, und eine entregte Konfiguration hat; und ein Richtungssteuernadelventil, welches in dem Einspritzvorrichtungskörper angeordnet ist und eine hydraulische Öffnungsfläche hat, die in der Düsenkammer positioniert ist, und eine hydraulische Verschlussfläche, die in der Nadelsteuerkammer positioniert ist und zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, in der der Düsenauslass strömungsmittelmäßig mit der Düsenkammer verbunden ist.
  2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die F-Zumessöffnung kleiner ist als die Z-Zumessöffnung, welche kleiner als die A-Zumessöffnung ist.
  3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Betätigungsvorrichtung ein Elektromagnet mit einem Anker ist, der sich über eine Ankerlaufdistanz zwischen einem anfänglichen Luftspalt bzw. Anfangsluftspalt und einem letztendlichen Luftspalt bzw. Endluftspalt bezüglich eines Stators bewegt; und wobei eine Ventillaufdistanz des Steuerventilgliedes zwischen dem flachen Sitz und dem konischen Sitz gleich der Ankerlaufdistanz ist.
  4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Anker an einem Führungsstück angebracht ist; wobei eine Nachlauffeder positioniert ist, um ein Druckelement in Kontakt mit dem Steuerventilglied vorzuspannen; wobei der Anker eine dynamische Nachlaufkonfiguration hat, bei der der Anker sich über die anfängliche Luftspaltposition bzw. Anfangsluftspaltposition hinaus bewegt und das Druckelement sich außer Kontakt mit dem Steuerventilglied bewegt.
  5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Stapelkomponente die F-Zumessöffnung, die A-Zumessöffnung und die Z-Zumessöffnung definiert.
  6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, welche eine zweite elektrische Betätigungsvorrichtung, ein zweites Steuerventilglied, einen zweiten flachen Sitz, einen zweiten konischen Sitz, einen zweiten Brennstoffeinlass, einen zweiten Düsenauslass, ein zweites direkt gesteuertes Nadelventil, eine zweite F-Zumessöffnung, eine zweite A-Zumessöffnung, eine zweite Z-Zumessöffnung, eine zweite Düsenkammer, eine zweite Ventilkammer und eine zweite Nadelsteuerkammer aufweist, und wobei der Einspritzvorrichtungskörper genau einen Ablaufauslass definiert.
  7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die F-Zumessöffnung kleiner ist als die Z-Zumessöffnung, welche kleiner als die A-Zumessöffnung ist., wobei die elektrische Betätigungsvorrichtung ein Elektromagnet mit einem Anker ist, der sich über eine Ankerlaufdistanz zwischen einem anfänglichen Luftspalt bzw. Anfangsluftspalt und einem letztendlichen Luftspalt bzw. Endluftspalt bezüglich eines Stators bewegt; wobei eine Ventillaufdistanz des Steuerventilgliedes zwischen dem flachen Sitz und dem konischen Sitz gleich der Ankerlaufdistanz ist; wobei der Anker an einem Führungsstück angebracht ist; wobei eine Nachlauffeder positioniert ist, um ein Druckelement in Kontakt mit dem Steuerventilglied vorzuspannen; wobei der Anker eine dynamische Nachlaufkonfiguration hat, bei der der Anker sich über die Anfangsluftspaltposition hinaus bewegt und das Drukkelement sich außer Kontakt mit dem Steuerventilglied bewegt; und wobei die erste Stapelkomponente die F-Zumessöffnung, die A-Zumessöffnung und die Z-Zumessöffnung definiert.
  8. Dual-Brennstoffsystem, welches Folgendes aufweist: Eine Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem ersten Brennstoffeinlass, einem zweiten Brennstoffeinlass, einem Ablaufauslass, einem ersten Düsenauslasssatz und einem zweiten Düsenauslasssatz, und wobei darin ein erstes direkt gesteuertes Nadelventilglied mit einer hydraulischen Verschlussfläche angeordnet ist, die in einer ersten Nadelsteuerkammer positioniert ist, und ein zweites direkt gesteuertes Nadelventil mit einer hydraulischen Verschlussfläche, die in einer zweiten Nadelsteuerkammer positioniert ist, und welche ein erstes elektronisch gesteuertes Ventil und ein zweites elektronisch gesteuertes Ventil aufweist; eine Quelle für flüssigen Brennstoff, die strömungsmittelmäßig mit dem ersten Brennstoffeinlass verbunden ist; eine Quelle für gasförmigen Brennstoff, die mit dem zweiten Brennstoffeinlass verbunden ist; und wobei sowohl das erste als auch das zweite elektronisch gesteuerte Ventil ein Steuerventilglied aufweist, welches eingeschlossen ist, um sich zwischen einem Kontakt mit dem konischen Ventilsitz und einem Kontakt mit dem flachen Ventilsitz zu bewegen.
  9. Dual-Brennstoffsystem nach Anspruch 8, welches einen Hebel aufweist, welcher zwischen einer ersten Orientierung und einer zweiten Orientierung ansprechend auf die Bewegung eines ersten Ankers des ersten elektronisch gesteuerten Ventils zwischen einer Anfangsluftspaltposition und einer Endluftspaltposition schwenkt.
  10. Dual-Brennstoffsystem nach Anspruch 9, wobei die Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung eine erste Brennstoffeinspritzkonfiguration, eine zweite Brennstoffeinspritzkonfiguration, eine kombinierte Einspritzkonfiguration und eine Nicht-Einspritzkonfiguration
  11. Dual-Brennstoffsystem nach Anspruch 10, wobei das erste Steuerventilglied in Kontakt mit einem ersten flachen Ventilsitz ist, um eine erste F-Zumessöffnung zu schließen, wenn die Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung entweder in der ersten Brennstoffeinspritzkonfiguration oder in der kombinierten Brennstoffeinspritzkonfiguration ist; und wobei ein zweites Steuerventilglied in Kontakt mit einem zweiten flachen Ventilsitz ist, um eine zweite F-Zumessöffnung zu schließen, wenn die Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung entweder in der zweiten Brennstoffeinspritzkonfiguration oder in der kombinierten Brennstoffeinspritzkonfiguration ist.
  12. Dual-Brennstoffsystem nach Anspruch 11, wobei eine erste Nadelsteuerkammer strömungsmittelmäßig mit einer ersten Düsenkammer durch die erste F-Zumessöffnung, eine erste A-Zumessöffnung und eine erste Z-Zumessöffnung verbunden ist, wenn die Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung in der Nicht-Einspritzkonfiguration ist; wobei eine zweite Nadelsteuerkammer strömungsmittelmäßig mit der ersten Düsenkammer durch die zweite F-Zumessöffnung, eine zweite A-Zumessöffnung und eine zweite Z-Zumessöffnung verbunden ist, wenn die Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung in der Nicht-Einspritzkonfiguration ist.
  13. Dual-Brennstoffsystem nach Anspruch 12, wobei die ersten und zweiten Z-Zumessöffnungen strömungsmittelmäßig parallel mit den ersten bzw. zweiten F- und A-Zumessöffnungen sind; wobei die erste F-Zumessöffnung und die erste A-Zumessöffnung strömungsmittelmäßig in Reihe zwischen der ersten Düsenkammer und der ersten Nadelsteuerkammer sind; und wobei die zweite F-Zumessöffnung und die zweite A-Zumessöffnung strömungsmittelmäßig in Reihe zwischen der ersten Düsenkammer und der zweiten Nadelsteuerkammer sind.
  14. Dual-Brennstoffsystem nach Anspruch 13, wobei die Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Hebel mit einer ersten Winkelorientierung in der ersten Brennstoffeinspritzkonfiguration oder in der kombinierten Brennstoffeinspritzkonfiguration und mit einer zweiten Winkelorientierung aufweist, wenn die Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung entweder in der zweiten Brennstoffeinspritzkonfiguration oder in der Nicht-Einspritzkonfiguration ist.
  15. Dual-Brennstoffsystem nach Anspruch 14, wobei der erste Brennstoffeinlass von einem inneren konischen Sitz und einem äußeren konischen Sitz umgeben ist, die konzentrisch sind; wobei der zweite Brennstoffeinlass sich zwischen dem inneren konischen Sitz und dem äußeren konischen Sitz öffnet; wobei die Quelle für flüssigen Brennstoff eine erste Common-Rail ist; wobei die Quelle für gasförmigen Brennstoffe eine zweite Common-Rail ist; wobei der erste Anker des ersten elektronisch gesteuerten Ventils und ein zweiter Anker des zweiten elektronisch gesteuerten Ventils sich entlang einer gemeinsamen Mittellinie bewegen.
  16. Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, welches folgende Schritte aufweist: Einleiten eines ersten Brennstoffeinspritzereignisses durch Umschalten von einer Nicht-Einspritzkonfiguration auf eine erste Brennstoffeinspritzkonfiguration; Beenden des ersten Brennstoffeinspritzereignisses durch Umschalten von der ersten Brennstoffeinspritzkonfiguration auf die Nicht-Einspritzkonfiguration; wobei der Einleitungsschritt ein Verringern des Druckes in der ersten Nadelsteuerkammer durch Bewegen eines ersten Steuerventilgliedes von einem Kontakt mit einem ersten konischen Sitz aufweist, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen einer ersten Düsenkammer und einem Ablaufauslass über eine erste Z-Zumessöffnung, die erste Nadelsteuerkammer und eine erste A-Zumessöffnung zu öffnen, und zwar zu einem Kontakt mit einem ersten flachen Sitz hin, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der ersten Düsenkammer und der ersten Nadelsteuerkammer über eine erste F-Zumessöffnung zu schließen; und wobei der Beendigungsschritt aufweist, den Druck in der ersten Nadelsteuerkammer zu vergrößern, und zwar durch Bewegen des ersten Steuerventilgliedes von einem Kontakt mit dem ersten flachen Sitz in einen Kontakt mit dem ersten konischen Sitz, um strömungsmittelmäßig die erste Nadelsteuerkammer mit der ersten Düsenkammer über die erste Z-Zumessöffnung und parallel über die erste F-Zumessöffnung zu verbinden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Beendigungsschritt aufweist, einen ersten Anker über eine anfängliche Luftspaltposition zu einer Nachlaufposition zu bewegen, während gleichzeitig ein erstes Druckelement außer Kontakt mit dem ersten Steuerventilglied bewegt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das erste Brennstoffeinspritzereignis ein Flüssigbrennstoffeinspritzereignis ist; wobei das Initialisieren eines Gasbrennstoffeinspritzereignisses durch Umschalten von einer Nicht-Einspritzkonfiguration auf eine zweite Brennstoffeinspritzkonfiguration erfolgt; wobei das Beenden des zweiten Brennstoffeinspritzereignisses durch Umschalten von der zweiten Brennstoffeinspritzkonfiguration auf die Nicht-Einspritzkonfiguration erfolgt; wobei der Initialisierungsschritt aufweist, den Druck in der zweiten Nadelsteuerkammer zu verringern, und zwar durch Bewegen eines zweiten Steuerventilgliedes außer Kontakt mit einem zweiten konischen Sitz, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der ersten Düsenkammer und dem Ablaufauslass über eine zweite Z-Zumessöffnung, die zweite Nadelsteuerkammer und eine zweite A-Zumessöffnung zu öffnen, und zu einem Kontakt zu einem zweiten flachen Ventilsitz hin, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der ersten Düsenkammer und der zweiten Nadelsteuerkammer über eine zweite F-Zumessöffnung zu schließen; und wobei der Beendigungsschritt aufweist, den Druck in der zweiten Nadelsteuerkammer zu vergrößern, und zwar durch Bewegen des zweiten Steuerventilgliedes außer Kontakt mit dem zweiten flachen Sitz in einen Kontakt mit dem zweiten konischen Sitz, um strömungsmittelmäßig die zweite Nadelsteuerkammer mit der ersten Düsenkammer über die zweite Z-Zumessöffnung und parallel über die zweite F-Zumessöffnung zu verbinden.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Einleitungsschritt aufweist, einen Hebel von einer ersten Winkelorientierung und eine zweite Winkelorientierung zu drehen; wobei der Beendigungsschritt aufweist, den Hebel von der zweiten Winkelorientierung in die erste Winkelorientierung zu drehen.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das erste Brennstoffeinspritzereignis ein Flüssigbrennstoffeinspritzereignis ist; wobei das Einleiten eines Gasbrennstoffeinspritzereignisses durch Umschalten von einer Nicht-Einspritzkonfiguration in die zweite Brennstoffeinspritzkonfiguration erfolgt; wobei das Beenden des zweiten Brennstoffeinspritzereignisses durch Umschalten von der zweiten Brennstoffeinspritzkonfiguration in die Nicht-Einspritzkonfiguration erfolgt; wobei der Initialisierungsschritt aufweist, den Druck in einer zweiten Nadelsteuerkammer zu verringern, und zwar durch Bewegen eines zweiten Steuerventilgliedes weg von einem Kontakt mit einem zweiten konischen Sitz, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der ersten Düsenkammer und dem Ablaufauslass über eine zweite Z-Zumessöffnung, die zweite Nadelsteuerkammer und eine zweite A-Zumessöffnung zu öffnen, und zu einem Kontakt mit einem zweiten flachen Sitz hin, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der ersten Düsenkammer und der zweiten Nadelsteuerkammer über eine zweite F-Zumessöffnung zu schließen; und wobei der Beendigungsschritt aufweist, den Druck in der zweiten Nadelsteuerkammer zu vergrößern, und zwar durch Bewegen des zweiten Steuerventilgliedes außer Kontakt mit dem zweiten flachen Sitz in einen Kontakt mit dem zweiten konischen Sitz, um strömungsmittelmäßig die zweite Nadelsteuerkammer mit der ersten Düsenkammer über die zweite Z-Zumessöffnung und parallel über die zweite F-Zumessöffnung zu verbinden.
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