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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtungen und insbesondere auf eine Steuerstrategie, welche F-, A- und Z-Zumessöffnungen verwendet.
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Hintergrund
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Es hat einen zunehmenden Trend in der Motorindustrie gegeben, in Betracht zu ziehen, Motoren mit zwei Brennstoffen aus einer einzigen Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Brennstoff zu versorgen, welche mit jedem Motorzylinder assoziiert ist. Die zwei Brennstoffe können voneinander zumindest bezüglich der chemischen Identität, der Stoffphase und dem Druck abweichen. Es hat beispielsweise ein zunehmendes Interesse dahingehend gegeben, verdichtungsgezündete Motoren in erster Linie mit Erdgas anzutreiben, welches mit einem ersten Druck eingespritzt wird, welches durch eine verdichtungsgezündete kleine Pilot- bzw. Voreinspritzung von flüssigem Dieselbrennstoff gezündet wird. Damit dies jedoch durchführbar ist, muss die Brennstoffeinspritzvorrichtung im Allgemeinen die Fähigkeit haben, unabhängig sowohl die Zeitsteuerung als auch die Menge der Einspritzung der zwei unterschiedlichen Brennstoffe zu steuern. Dies kann wiederum zwei getrennte elektronisch gesteuerte Ventile erfordern, die innerhalb der einzelnen Brennstoffeinspritzvorrichtung aufgenommen ist. Das Finden eines Weges zum Organisieren der Rohrleitungen und das Anordnen von zwei unabhängigen elektrischen Betätigungsvorrichtungen und ihren assoziierten Steuerventilen innerhalb einer einzigen Brennstoffeinspritzvorrichtung haben sich als schwierig und problematisch erwiesen. Weiter werden diese Probleme dadurch kompliziert gemacht, dass eine Steuerstrategie entwickelt werden muss, welche die immer schärfer werdenden Leistungsanforderungen erfüllen kann, die von modernen Brennstoffsystemen verlangt werden.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme gerichtet.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen ersten Brennstoffeinlass, einen zweiten Brennstoffeinlass, einen ersten Düsenauslasssatz, einen zweiten Düsenauslasssatz und einen Ablaufauslass aufweist. Eine erste Steuerkammer und eine zweite Steuerkammer sind in dem Einspritzvorrichtungskörper angeordnet. Ein erstes Rückschlagventilglied hat eine hydraulische Verschlussfläche, die einem Strömungsmitteldruck in der ersten Steuerkammer ausgesetzt ist. Das erste Rückschlagventilglied ist bewegbar zwischen einer geschlossenen Position in Kontakt mit einem ersten Düsensitz, um strömungsmittelmäßig den ersten Brennstoffeinlass gegenüber dem ersten Düsenauslasssatz zu blockieren, und einer offenen Position außer Kontakt mit dem ersten Düsensitz, um strömungsmittelmäßig den ersten Brennstoffeinlass mit dem ersten Düsenauslasssatz zu verbinden. Ein zweites Rückschlagventilglied hat eine hydraulische Verschlussfläche, die einem Strömungsmitteldruck in der zweiten Steuerkammer ausgesetzt ist. Das zweite Rückschlagventilglied ist bewegbar zwischen einer geschlossenen Position in Kontakt mit einem zweiten Düsensitz, um strömungsmittelmäßig den zweiten Brennstoffeinlass gegenüber dem zweiten Düsenauslasssatz zu blockieren, und einer offenen Position außer Kontakt mit dem zweiten Düsensitz, um strömungsmittelmäßig den zweiten Brennstoffeinlass mit dem zweiten Düsenauslasssatz zu verbinden. Ein erstes Steuerventilglied ist in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert und ist bewegbar zwischen einer ersten Position in Kontakt mit einem ersten Ventilsitz, in der die erste Steuerkammer strömungsmittelmäßig gegenüber dem Ablaufauslass blockiert ist, und einer zweiten Position außer Kontakt mit dem ersten Ventilsitz, in der der erste Brennstoffeinlass und der zweite Brennstoffeinlass strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass durch einen Z-A-Pfad und einen F-Pfad verbunden ist, die strömungsmittelmäßig parallel zueinander sind. Der Z-A-Pfad weist eine Z-Zumessöffnung, die erste Steuerkammer und eine A-Zumessöffnung in Reihe auf, und der F-Pfad weist eine F-Zumessöffnung auf. Ein zweites Steuerventilglied ist in dem Einspritzvorrichtungskörper positioniert und ist bewegbar zwischen einer ersten Position in Kontakt mit einem zweiten Ventilsitz, in der die zweite Steuerkammer strömungsmittelmäßig gegenüber dem Ablaufauslass blockiert ist, und einer zweiten Position außer Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz, in der die zweite Steuerkammer strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass verbunden ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Brennstoffsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit einer Quelle für ersten Brennstoff auf, die strömungsmittelmäßig mit dem ersten Brennstoffeinlass verbunden ist, und mit einer Quelle für zweiten Brennstoff, die strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Brennstoffeinlass verbunden ist. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung weist einen ersten Z-A-Pfad, einen ersten F-Pfad und erste F-, A- und Z-Zumessöffnungen auf, die mit dem ersten Steuerventil assoziiert sind, und einen zweiten Z-A-Pfad, einen zweiten F-Pfad und zweite F-, A- und Z-Zumessöffnungen, die mit dem zweiten Steuerventil assoziiert sind. Eine elektronische Steuervorrichtung ist in steuernder Verbindung mit jeder der Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen. Der erste Brennstoff weicht vom zweiten Brennstoff bezüglich der chemischen Identität und/oder der Stoffphase und/oder des Druckes ab.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zum Betrieb des Brennstoffsystems auf, einen ersten Brennstoff aus dem ersten Düsenauslasssatz einzuspritzen, indem das erste Steuerventilglied von der ersten Position in die zweite Position bewegt wird. Ein zweiter Brennstoff wird aus dem zweiten Düsenauslasssatz durch Bewegen des zweiten Steuerventils von der ersten Position in die zweite Position eingespritzt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht eines Dual-Brennstoffmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Motors und des Dual-Brennstoff-Common-Rail-Systems des Motors der 1;
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3 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Teils des in 2 gezeigten Motorgehäuses, um die Struktur für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung und einen Motorzylinder zu zeigen;
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4 ist eine geschnittene Seitenansicht durch eine koaxiale Stegleitungsanordnung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
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5 ist eine geschnittene Frontansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
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6 ist eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht eines Bereiches um eine Zumessöffnungsscheibe gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung:
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7 ist eine Kurvendarstellung eines Brennstoffeinspritzvolumens (Q) gegenüber der Zeit (T) für verschieden bemessene F-Zumessöffnungen für eine Einspritzung von gasförmigem Brennstoff; und
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8 ist eine Kurvendarstellung des Brennstoffvolumens (Q) gegenüber der Zeit (T) für Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit und ohne eine F-Zumessöffnungssteuerung für eine Einspritzung von flüssigem Brennstoff.
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Detaillierte Beschreibung
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Anfänglich mit Bezug auf die 1–3 weist ein Dual-Brennstoff-Motor 10 ein Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 20 auf, welches an einem Motorgehäuse 11 befestigt ist, welches eine Vielzahl von Motorzylindern 12 definiert. Das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 20 weist genau eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 auf, die zur direkten Einspritzung in jeden der Vielzahl von Motorzylindern 12 positioniert ist. Eine Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung 21 für gasförmigen Brennstoff und eine Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff sind strömungsmittelmäßig mit jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 verbunden. Das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 20 weist auch Gasversorgungs- und Drucksteuervorrichtungen 16 genauso wie Flüssigkeitsversorgungs- und Drucksteuervorrichtungen 17 auf. Jede der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25 der Gasversorgungs- und Drucksteuervorrichtungen 16 und der Flüssigkeitsversorgungs- und Drucksteuervorrichtungen 17 werden durch eine elektronische Steuervorrichtung 15 in bekannter Weise gesteuert. Die Gasversorgungs- und Drucksteuervorrichtungen 16 können einen unter Druck stehenden kryogenen bzw. gekühlten Tank für verflüssigtes Erdgas aufweisen, wobei ein Auslass strömungsmittelmäßig mit einer kryogenen bzw. gekühlten Pumpe mit variabler Lieferung verbunden ist. Die Vorrichtungen 16 können auch einen Wärmetauscher, einen Akkumulator, einen Gasfilter und ein Brennstoffkonditionierungsmodul aufweisen, welches die Lieferung und den Druck von gasförmigem Brennstoff zu der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff steuert. Die Flüssigkeitsversorgungs- und Drucksteuervorrichtungen 17 können einen Dieselbrennstofftank, Brennstofffilter und eine elektronisch gesteuerte Hochdruckbrennstoffpumpe aufweisen, welche flüssigen Brennstoff zu der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff liefern und den Druck darin steuern.
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Wie am Besten in den 1 und 2 gezeigt, können die Blöcke 31 der koaxialen Stegleitungsanordnungen 30 zusammen mit Gasbrennstoffleitungssegmenten 18 und Flüssigbrennstoffleitungssegmenten 19 in Reihe angeordnet sein, um die Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff bzw. die Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff zu definieren. Die letzte koaxiale Stegleitungsanordnung 30 in der Reihenanordnung kann einen Satz von Stöpseln anstelle der in 2 gezeigten Armaturen bzw. Verbindungselemente haben. Wie am Besten in 4 gezeigt, kann die koaxiale Stegleitungsanordnung 30 eine innere Stegleitung 32 und eine äußere Stegleitung 33 in dichtendem Kontakt mit einem gemeinsamen konischen Sitz 27 von jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 aufweisen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann eine Druckdämpfungskammer 48 in jeder koaxialen Stegleitungsanordnung 30 definiert sein, um Druckwellen zu dämpfen, welche sich von der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff zu der jeweiligen Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 bewegen, insbesondere während eines Einspritzereignisses. Jede koaxiale Stegleitungsanordnung 30 kann eine Lasteinstellklemme 34 in Kontakt mit einem Block 31 an einer Lasteinstellposition aufweisen, welche von der Achse 29 der inneren Stegleitung 32 geschnitten wird.
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Jeder Block 31 von jeder koaxialen Stegleitungsanordnung 30 definiert einen Gas-Rail-Durchlass 45, der senkrecht zur Achse 29 der inneren Stegleitung 32 orientiert sein kann und strömungsmittelmäßig mit einem Gasbrennstoffdurchlass 46 verbunden ist. Der Gas-Rail-Durchlass 45 kann sich vollständig durch den Block 31 erstrecken, um die in den 1 und 2 gezeigte Reihenverbindungsstruktur zu ermöglichen. Jeder Block 31 kann auch einen Flüssigkeitsraildurchlass 42 aufweisen, der sich vollständig hindurch erstreckt und der senkrecht zur Achse 29 orientiert ist und strömungsmittelmäßig mit einem Flüssigbrennstoffdurchlass 43 und einer Flüssigbrennstoffleitung 44 verbunden ist. Ein Segment des Flüssigbrennstoffdurchlasses 43 kann ein Zumessöffnungssegment 41 haben, wie gezeigt, um eine Flussrate von der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff zu verringern, um dabei zu helfen, transientes Verhalten in der Stegleitung 32 für flüssigen Brennstoff zu managen. Praktische Einschränkungen bei der Herstellbarkeit können eine Massenproduktion von koaxialen Stegleitungsanordnungen 30 verbieten, bei denen entweder die innere Stegleitung 32 oder die äußere Stegleitung 33 integral mit dem Block 31 oder miteinander geformt sind. Somit kann eine ringförmige Dichtung 71 (beispielsweise ein O-Ring) dazu dienen, gegen eine Leckage von gasförmigem Brennstoff von einer Stelle zwischen dem Block 31 und der äußeren Stegleitung, 33 der koaxialen Stegleitungsanordnung 30 abzudichten. In der veranschaulichten Konstruktion ist die innere Stegleitung 32 bei jeder koaxialen Stegleitungsanordnung 30 außer Kontakt mit der äußeren Stegleitung 33. Eine Gasbrennstoffleitung 47 ist strömungsmittelmäßig mit dem Gasbrennstoffdurchlass 46 verbunden und erstreckt sich auch zwischen der Außenfläche 63 der inneren Stegleitung 32 und der Innenfläche 69 der äußeren Stegleitung 33. Der Gas-Rail-Durchlass 45 von jedem Block 31 kann einen Teil der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff definieren. Genauso kann der Flüssigkeitsraildurchlass 42 von jedem Block 31 ein Segment der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff definieren.
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Um metallischen Abrieb einzufangen, der oft in den Brennstoffflüssen während des erstmaligen Betriebs des Motors 10 freigesetzt wird, nachdem dieser gebaut wurde, kann die koaxiale Stegleitungsanordnung 30 einen Gasbrennstoffkantenfilter 36 und einen Flüssigbrennstoffkantenfilter 37 aufweisen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann der Flüssigbrennstoffkantenfilter 37 in der Flüssigbrennstoffleitung 44 positioniert sein, die von der inneren Stegleitung 32 definiert wird. Der Gasbrennstoffkantenfilter 36 ist derart gezeigt, dass er innerhalb des äußeren Stegleitungselementes 33 positioniert ist. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann der Gasbrennstoffkantenfilter 36 einen kombinierten doppelten Zweck haben, indem er einen Halter 38 aufweist, der verhindern kann, dass das innere Stegleitungselement 32 aus einem dazu passenden äußeren Stegleitungselement 33 während der Handhabung vor der Installation herausfällt.
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Zusätzlich mit Bezug auf die 5 und 6 weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Einspritzvorrichtungskörper 100 auf, welcher einen ersten Düsenauslasssatz 103, einen zweiten Düsenauslasssatz 104 und einen Ablaufauslass 105 definiert. Der Einspritzvorrichtungskörper 100 definiert auch einen ersten Brennstoffeinlass 101 und einen zweiten Brennstoffeinlass 102, die in der geschnittenen Ansicht der 4 zu sehen sind, welche sich durch den gemeinsamen konischen Sitz 27 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 öffnen. Innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers 100 sind eine erste Steuerkammer 106 und eine zweite Steuerkammer 107 angeordnet. Ein erstes Rückschlagventilglied 110 hat eine hydraulische Verschlussfläche 112, die dem Strömungsmitteldruck in der ersten Steuerkammer 106 ausgesetzt ist. Das erste Rückschlagventilglied 110 ist zwischen einer geschlossenen Position, wie gezeigt, in Kontakt mit einem ersten Düsensitz 108, indem es strömungsmittelmäßig den ersten Brennstoffeinlass 101 gegenüber dem ersten Düsenauslasssatz 103 blockiert, und einer offenen Position außer Kontakt mit dem ersten Düsensitz 108 bewegbar, in der strömungsmittelmäßig der erste Brennstoffeinlass 101 mit dem ersten Düsenauslasssatz 103 über einen Durchlass verbunden ist, der in der geschnittenen Ansicht der 5 nicht sichtbar ist. Die erste Steuerkammer 106 kann teilweise durch eine erste Hülse 111 definiert werden.
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Ein zweites Rückschlagventilglied 120 hat eine hydraulische Verschlussfläche 121, die einem Strömungsmitteldruck in der zweiten Steuerkammer 107 ausgesetzt ist. Das zweite Rückschlagventilglied 120 ist zwischen einer geschlossenen Position, wie gezeigt, in Kontakt mit einem zweiten Düsensitz 113, in der es strömungsmittelmäßig den zweiten Brennstoffeinlass 102 mit dem zweiten Düsenauslasssatz 104 blockiert, und einer offenen Position außer Kontakt mit dem zweiten Düsensitz 113 bewegbar, um strömungsmittelmäßig den zweiten Brennstoffeinlass 102 mit dem zweiten Düsenauslasssatz 104 über einen Durchlass zu verbinden, der in der geschnittenen Ansicht der 5 nicht sichtbar ist.
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Die zweite Steuerkammer 107 kann teilweise durch eine zweite Hülse 122 definiert sein. Somit wird eine Einspritzung eines ersten Brennstoffes durch den ersten Düsenauslasssatz 103 durch eine Bewegung des ersten Rückschlagventilgliedes 110 ermöglicht, während eine Einspritzung eines zweiten Brennstoffes durch den zweiten Düsenauslasssatz 104 durch eine Bewegung des zweiten Rückschlagventilgliedes 120 ermöglicht wird. Der Fachmann wird erkennen, dass die ersten und zweiten Düsenauslassätze 103, 104 erwartungsgemäß jeweils sechs Düsenauslasssätze haben, die um jeweilige Mittellinien in einer in der Technik wohl bekannten Weise angeordnet sind. Jedoch könnten die Düsenauslasssätze 103 und 104 jeweils nur einen Düsenauslasssatz oder irgendeine Anzahl von Düsenauslasssätzen in irgendeiner Anordnung aufweisen, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Ein erstes Steuerventilglied 130 ist in dem Einspritzvorrichtungskörper 100 positioniert und ist entlang einer gemeinsamen Mittellinie 125 zwischen einer ersten Position, in welcher die erste Steuerkammer 106 strömungsmittelmäßig gegenüber dem Ablaufauslass 105 blockiert ist, und einer zweiten Position bewegbar, in welcher die erste Steuerkammer 106 strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass 105 verbunden ist. Wenn die erste Steuerkammer 106 strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass 105 verbunden ist, fällt der Druck in der ersten Steuerkammer 106 ab, was den Druck auf der hydraulischen Verschlussfläche 112 freigibt, um zu gestatten, dass das erste Rückschlagventilglied 110 sich anhebt, um eine Einspritzung des ersten Brennstoffes (beispielsweise Erdgas) durch den ersten Düsenauslasssatz 103 zu ermöglichen. Ein zweites Steuerventilglied 135 ist in dem Einspritzvorrichtungskörper 100 positioniert und ist entlang der gemeinsamen Mittellinie 125 zwischen einer ersten Position, in der die zweite Steuerkammer 107 strömungsmittelmäßig gegenüber dem Ablaufauslass 105 abgeblockt ist, und einer zweiten Position bewegbar, in der die zweite Steuerkammer 107 strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass 105 verbunden ist. Wenn die zweite Steuerkammer 107 strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass 105 verbunden ist, wird der Strömungsmitteldruck, der auf die hydraulische Verschlussfläche 121 wirkt, freigegeben, um zu gestatten, dass das zweite Rückschlagventilglied 120 sich in eine offene Position anhebt, um eine Einspritzung des zweiten Brennstoffes (beispielsweise flüssiger Dieselbrennstoff) durch den zweiten Düsenauslasssatz 104 zu ermöglichen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die ersten und zweiten Steuerventilglieder 130, 135 von der gemeinsamen Mittellinie 125 geschnitten. Die jeweiligen Steuerventilglieder 130, 135 können zu einer ihrer jeweiligen ersten und zweiten Positionen mit ersten und zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtungen bewegt werden, welche erste bzw. zweite Spulen 147 bzw. 148 aufweisen. Die Steuerventilglieder 130, 135 können in ihre jeweiligen ersten Positionen durch eine gemeinsam verwendete Vorspannfeder 146 vorgespannt sein. Ein erster Anker 141 kann an einem Druckelement 145 in Kontakt mit dem ersten Steuerventilglied 130 angebracht sein. Der erste Anker 141, das Druckelement 145 und das erste Steuerventilglied 130 können durch die gemeinsam verwendete Vorspannfeder 146 in die gezeigte Position in Kontakt mit dem ersten Ventilsitz 150 vorgespannt sein, welches ein flacher Sitz sein kann. Somit kann man den ersten Anker 141 derart ansehen, dass er betriebsmäßig gekoppelt bzw. angeschlossen ist, um das erste Steuerventilglied 130 zu bewegen. Ein zweiter Anker 142 kann betriebsmäßig angeschlossen sein, um das zweite Steuerventilglied 135 durch ein Druckelement 143 zu bewegen. Ein gemeinsam verwendeter Stator 144 nimmt die ersten und zweiten Spulen 147, 148 auf und trennt den ersten Anker 141 vom zweiten Anker 142.
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Nun genauer mit Bezug auf die vergrößerte Ansicht der 6 ist das erste Steuerventilglied 130 in der ersten Position in Kontakt mit dem ersten Ventilsitz 150 bzw. in der zweiten Position außer Kontakt damit. Genauso ist das zweite Steuerventilglied 135 in seiner ersten Position in Kontakt mit einem zweiten Ventilsitz 155 bzw. in der zweiten Position außer Kontakt damit. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel können der erste Ventilsitz 150 und/oder der zweite Ventilsitz 155 ein flacher Sitz sein. Jedoch könnte auch der eine oder andere ein konischer Sitz sein. Wenn die obere Spule 147, die an dem gemeinsamen Stator 144 montiert ist, erregt wird, werden der Anker 141 und das Druckelement 145 nach unten bewegt, was gestattet, dass der hohe Druck im Steuerdurchlass 133 das erste Steuerventilglied 130 außer Kontakt vom ersten Ventilsitz 150 drückt, um strömungsmittelmäßig die Steuerkammer 106 mit dem Ablaufauslass 105 zu verbinden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann die erste Steuerkammer 106 immer strömungsmittelmäßig mit dem hohen Druck im zweiten Brennstoffeinlass 102 über eine F-Zumessöffnung 160 und eine Z-Zumessöffnung 161 verbunden sein. Die stromaufwärts gelegenen Enden der jeweiligen F- und Z-Zumessöffnungen 160 und 161 können strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Brennstoffeinlass 102 über Durchlässe verbunden sein, die in den geschnittenen Ansichten nicht sichtbar sind. Die erste Steuerkammer 106 ist strömungsmittelmäßig mit dem Steuerdurchlass 133 über eine sogenannte A-Zumessöffnung 163 verbunden. Wenn somit das erste Steuerventilglied 130 sich vom ersten Ventilsitz 150 abhebt, wird der zweite Brennstoffeinlass 102 strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass 105 durch einen Z-A-Pfad 116 und einen F-Pfad 117 verbunden, die strömungsmittelmäßig parallel zueinander sind. Der Z-A-Pfad 116 weist die Z-Zumessöffnung 161, die erste Steuerkammer 106 und die A-Zumessöffnung 163 in Reihe auf, und der F-Pfad weist eine F-Zumessöffnung 160 auf. Im offenen Zustand wird der hohe Druck im zweiten Brennstoffeinlass 102 über sowohl die Z-Zumessöffnung 161 als auch die F-Zumessöffnung 160 direkt strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass 105 verbunden. Jedoch ist die Verbindung zum Ablaufauslass 105 ausreichend, um den Druck in der Steuerkammer 106 zu verringern, um zu gestatten, dass das erste Rückschlagventilglied 110 sich anhebt und öffnet, um ein Einspritzereignis zu beginnen. Wenn das erste Steuerventilglied 130 nach oben bewegt wird, um den ersten Ventilsitz 150 zu schließen, wird die parallele Verbindung zum zweiten Brennstoffeinlass 102 unter hohem Druck, die durch die F-Zumessöffnung 160 und die Z-Zumessöffnung 161 ermöglicht wird, geschlossen, um zu gestatten, dass sich der Druck schnell in der Steuerkammer 106 aufbaut, um das Einspritzereignis abrupt zu beenden.
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Die zweite Steuerkammer 107 kann immer strömungsmittelmäßig mit dem hohen Druck im zweiten Brennstoffeinlass 102 über eine F-Zumessöffnung 170 und eine Z-Zumessöffnung 171 verbunden sein. Die stromaufwärts gelegenen Enden der jeweiligen F- und Z-Zumessöffnungen 170, 171 können strömungsmittelmäßig mit dem zweiten Brennstoffeinlass 102 über Durchlässe verbunden sein, die in der geschnittenen Ansicht nicht sichtbar sind. Die zweite Steuerkammer 107 ist strömungsmittelmäßig mit dem Steuerdurchlass 134 über eine sogenannte A-Zumessöffnung 173 verbunden. Wenn somit das zweite Steuerventilglied 135 sich vom zweiten Ventilsitz 155 weg bewegt, wird der zweite Brennstoffeinlass 102 strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass 105 durch einen Z-A-Pfad 126 und einen F-Pfad 127 verbunden, die strömungsmittelmäßig parallel zueinander sind. Der Z-A-Pfad 126 weist die Z-Zumessöffnung 171, die zweite Steuerkammer 107 und die A-Zumessöffnung 163 in Reihe auf, und der F-Pfad weist eine F-Zumessöffnung 170 auf. Im offenen Zustand werden der hohe Druck und der zweite Brennstoffeinlass 102 direkt strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass 105 über sowohl die Z-Zumessöffnung 171 als auch die F-Zumessöffnung 170 verbunden. Jedoch ist die Verbindung zum Ablaufauslass 105 ausreichend, um den Druck in der Steuerkammer 107 zu verringern, um zu gestatten, dass das zweite Rückschlagventilglied 120 sich anhebt und öffnet, um ein Flüssigkeitseinspritzereignis zu beginnen. Wenn das zweite Steuerventilglied 135 bewegt wird, um den zweiten Ventilsitz 155 zu schließen, gestatten die parallelen Strömungsmittelverbindungen zum zweiten Brennstoffeinlass 102 unter hohem Druck, die durch die F-Zumessöffnung 170 und die Z-Zumessöffnung 171 ermöglicht werden, dass sich der Druck in der Steuerkammer 107 schnell aufbaut, um das Einspritzereignis abrupt zu beenden.
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Der Fachmann wird erkennen, dass das veranschaulichte Ausführungsbeispiel flüssigen Dieselbrennstoff verwendet, um eine Bewegung des ersten Rückschlagventilglieds 110 und des zweiten Rückschlagventilglieds 120 zu steuern, um eine Steuerung der Gasbrennstoffeinspritzereignisse bzw. der Flüssigbrennstoffeinspritzereignisse für Diesel zu ermöglichen. Obwohl dies leicht aus 6 offensichtlich wird, können die erste Z-Zumessöffnung 161, die erste A-Zumessöffnung 163, die erste F-Zumessöffnung 160, die zweite Z-Zumessöffnung 171, die zweite A-Zumessöffnung 163, die zweite F-Zumessöffnung 170 alle jeweilige Strömungsquerschnitte in der gleichen Größenordnung haben. Anders gesagt, keine der Zumessöffnungen hat einen um mehr als zehnmal größeren Strömungsquerschnitt als der Strömungsquerschnitt von irgendeiner anderen der genannten Zumessöffnungen. Der Fachmann wird erkennen, dass der Einspritzvorrichtungskörper 100 aus einer Vielzahl von Komponenten aufgebaut sein kann, welche in einem Einspritzvorrichtungsstapel angeordnet sind. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Einspritzvorrichtungsstapel eine Zumessöffnungsscheibe bzw. Drosselscheibe 109 auf. Wie am Besten in 6 gezeigt, können die erste Z-Zumessöffnung 161, die erste A-Zumessöffnung 163, die erste F-Zumessöffnung 160, die zweite Z-Zumessöffnung 171, die zweite A-Zumessöffnung 173, die zweite F-Zumessöffnung 170 alle durch die Zumessöffnungsscheibe 109 definiert werden. Diese Strategie kann dazu dienen, alle dieser präzise gebohrten Zumessöffnungen in einer einzigen Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponente anzuordnen. Obwohl dies nicht notwendig ist, kann die gemeinsame Mittellinie 125 sowohl das erste Steuerventilglied 130 als auch das zweite Steuerventilglied 135 schneiden, welches austauschbare identische Komponenten sein können, welche aus einem geeigneten keramischen Material gemacht sind.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind das erste Rückschlagventilglied 110 und das zweite Rückschlagventilglied 120 Seite an Seite und voneinander beabstandet. Trotzdem wird der Fachmann erkennen, dass die Struktur anders sein könnte. Beispielsweise würden auch dual-konzentrische Rückschlagventilglieder, die konzentrisch wären und gleiche Mittellinien hätten, in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung ist weithin auf jeglichen Motor anwendbar, welcher zwei strömungsmittelmäßig getrennte Common-Rails bzw. gemeinsame Druckleitungen verwendet, um Brennstoff zu einer einzigen Brennstoffeinspritzvorrichtung zu liefern, welche mit jedem Motorzylinder assoziiert ist. Die Inhalte der jeweiligen Common-Rails können bezüglich des Druckes und/oder der chemischen Identität und/oder der Stoffphase unterschiedlich sein, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel können die jeweiligen Common-Rails in allen drei Aspekten voneinander abweichen, da sie unter Druck gesetztes Erdgas und flüssigen Dieselbrennstoff jeweils auf unterschiedlichen Drücken enthalten. Die vorliegende Offenbarung findet auch spezielle Anwendbarkeit bei Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit einer zunehmenden Notwendigkeit für eine Steuerung von Einspritzereignissen, die durch die hinzugefügten F-Zumessöffnungen in der Steuerstrategie ermöglicht werden.
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Wiederum mit Bezug auf alle 1–6 beginnt ein Verfahren zum Betrieb des Dual-Brennstoffmotors 10 dadurch, dass ein Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 20 an einem Motorgehäuse 11 montiert wird. Gasförmiger Brennstoff wird von der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff zu jeder der Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25 durch eine jeweilige koaxiale Stegleitungsanordnung 30 geliefert. Genauso wird flüssiger Brennstoff von einer Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff zu jeder der Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25 durch die gleiche jeweilige koaxiale Stegleitungsanordnung 30 geliefert. Im Betrieb wird gasförmiger Brennstoff von jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 in einen Motorzylinder 12 ansprechend auf ein Gasbrennstoffeinspritzsignal eingespritzt, welches von der elektronischen Steuervorrichtung 15 an die Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 übermittelt wird. Insbesondere wird ein Gasbrennstoffeinspritzereignis initialisiert durch Erregen der oberen elektrischen Betätigungsvorrichtung (obere Spule 147), um den Anker 141 und das erste Steuerventilglied 130 nach unten außer Kontakt mit dem ersten Ventilsitz 150 zu bewegen. Dies verbindet strömungsmittelmäßig die Steuerkammer 106 mit dem Ablaufauslass 105, um einen Druck zu verringern, der auf die hydraulische Verschlussfläche 112 wirkt. Das Gasbrennstoffrückschlagventil 110 hebt sich dann außer Kontakt mit dem ersten Düsensitz 108, um eine Einspritzung von gasförmigem Brennstoff aus dem ersten Düsenauslasssatz 103 zu beginnen. Das Einspritzereignis wird beendet durch Entregen der oberen elektrischen Betätigungsvorrichtung, um zu gestatten, dass der Anker 141 und das Steuerventilglied 130 sich unter der Wirkung der Feder 146 wieder nach oben in Kontakt bewegen, um den ersten Ventilsitz 150 zu schließen. Wenn dies auftritt, steigt der Druck abrupt in der Steuerkammer 106, welcher auf die hydraulische Verschlussfläche 112 wirkt, um das Rückschlagventilglied 110 zurück nach unten in Kontakt mit dem Sitz 108 zu drücken, um das Gasbrennstoffeinspritzereignis zu beenden.
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Auch wird flüssiger Brennstoff aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 direkt in den Motorzylinder 12 von der gleichen Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 ansprechend auf ein Flüssigbrennstoffeinspritzsignal aus der elektronischen Steuervorrichtung 15 eingespritzt. Insbesondere wird ein Flüssigbrennstoffeinspritzereignis initialisiert durch Erregen der unteren Spule 48, um den Anker 142 nach oben entlang der gemeinsamen Mittellinie 125 zu bewegen. Dies bewirkt, dass das Druckelement 143 das zweite Steuerventilglied 135 außer Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz 155 bewegt. Dies wiederum gibt den Druck in der Steuerkammer 107 frei, was gestattet, dass das Rückschlagventilglied 120 sich außer Kontakt mit dem zweiten Düsensitz 113 anhebt, um ein Flüssigbrennstoffeinspritzereignis aus dem Düsenauslasssatz 104 zu beginnen. Um das Einspritzereignis zu beenden, wird die untere elektrische Betätigungsvorrichtung (untere Spule 148) entregt. Wenn dies getan wird, drückt die gemeinsam verwendete Vorspannfeder 146 den Anker 142 und das zweite Steuerventilglied 135 zurück nach oben in Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz 155, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Steuerkammer 107 und dem Ablaufauslass 105 zu schließen. Wenn dies getan wird, steigt der Druck, der auf die hydraulische Verschlussfläche 121 wirkt schnell, was bewirkt, dass das Rückschlagventilglied 120 sich nach unten und zurück in Kontakt mit dem zweiten Düsensitz 113 bewegt, um das Flüssigbrennstoffeinspritzereignis zu beenden. Die Einspritzereignisse für sowohl flüssigen als auch gasförmigen Brennstoff werden beendet durch strömungsmittelmäßiges Verbinden der jeweiligen Steuerkammern 107, 106 mit der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff durch jeweilige F-Zumessöffnungen 160, 170 und Z-Zumessöffnungen 161, 171, die strömungsmittelmäßig parallel sind.
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Das Vorsehen der F-Zumessöffnung in einer oder beiden der Steuerleitungsstrategien für Einspritzereignisse für flüssigen und gasförmigen Brennstoff kann dazu dienen, eine stabilere und konsistentere Leistung bezüglich der Brennstoffeinspritzliefermengen vorzusehen, insbesondere mit Bezug auf Brennstoffeinspritzereignisse mit kleinerer Menge. Zusätzlich kann das Vorsehen der F-Zumessöffnungen die Zeitdifferenz zwischen dem Ende des Stroms bzw. der Stromlieferung an die elektrische Betätigungsvorrichtung und dem Ende der Einspritzung verkürzt werden, indem die Zeit beschleunigt wird, in der sich ein Druck in der jeweiligen Steuerkammer 106, 107 aufbaut, um ein Einspritzereignis zu beenden. Zusätzlich mit Bezug auf 7 ist eine Kurvendarstellung der Brennstoffeinspritzmenge (Q) gegenüber der Zeit (T) für sonst identische Brennstoffeinspritzvorrichtungen gezeigt, und zwar für eine Situation ohne F-Zumessöffnung oder für eine Vielzahl von unterschiedlich bemessenen F-Zumessöffnungen. Die Kurvendarstellungen zeigen, dass durch Vergrößern der Größe der F-Zumessöffnung die Lieferkurve linearer wird, jedoch mehr AN-Zeit notwendig sein kann, um die gleiche Menge Q an Brennstoff zu liefern. Somit kann ein gewisser Kompromiss und eine gewisse Einschätzung bei der Konstruktion erforderlich sein, um eine Entscheidung über die geeignet bemessene F-Zumessöffnung zu treffen, um die Anforderungen von sowohl den Einspritzflussraten als auch der Konsistenz und Stabilität der Einspritzmenge zu erfüllen. Die Kurvendarstellung der 7 ist für die F-Zumessöffnung 160 veranschaulicht, die mit der Einspritzung von gasförmigem Brennstoff assoziiert ist.
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Mit Bezug auf 8 ist ein Vergleich der Brennstoffeinspritzmenge Q gegenüber der AN-Zeit der Einspritzvorrichtung für ein Flüssigbrennstoffeinspritzereignis mit und ohne F-Zumessöffnung gezeigt. Die untere Kurve zeigt, dass die F-Zumessöffnung die Lieferkurve linearer macht, und zwar bis hinunter zu einer kleineren minimalen Einspritzmenge von flüssigem Dieselbrennstoff. Jedoch kann die Verstärkung (Gain) zur Folge haben, dass geringfügig längere AN-Zeiten erforderlich sind, um eine gleiche Menge an flüssigem Dieselbrennstoff einzuspritzen, als bei einer sonst identischen Brennstoffeinspritzvorrichtung mit keiner F-Zumessöffnung, wie von der oberen Kurve gezeigt. Jedoch macht die lineare Natur der Lieferkurve das Vorsehen einer F-Zumessöffnung 170 mit geeignetem Strömungsquerschnitt besonders wünschenswert für das Verringern der minimal steuerbaren Einspritzmenge von flüssigem Dieselbrennstoff, jedoch macht dies auch die Lieferkurve über einen größeren Bereich von Einspritzmengen linearer.
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Es sei bemerkt, dass die obige Beschreibung nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen ist und nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränken soll. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Aspekte der Offenbarung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche gewonnen werden können.
