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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Warten von Dual-Brennstoff-Kompressions- bzw. -Verdichtungszündungsmotoren und insbesondere auf einen Wartungsbereitschaftsalgorithmus, der Druckinformation der Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung mit einem Wartungswerkzeug anzeigt.
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Hintergrund
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Erdgas wird zunehmend eine attraktive Alternative zum Antreiben von Verbrennungsmotoren. In einem spezifischen Beispiel wird ein verdichtungsgezündeter Motor überwiegend mit Erdgas, das aus einer gemeinsamen Druckleitung bzw. Common-Rail für gasförmigen Brennstoff stammt, und mit flüssigem Diesel aus einer Common-Rail für flüssigen Brennstoff angetrieben bzw. versorgt, die direkt in jeden Motorzylinder eingespritzt werden. Beide Brennstoffe werden von derselben Brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzt und die relative große Ladung an gasförmigem Brennstoff wird durch Kompressionszündung einer kleinen Pilot- bzw. Voreinspritzmenge von flüssigem Dieselbrennstoff gezündet. Die ebenfalls zueigene US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2012/0285417 zeigt ein Beispiel eines solchen Dual-Brennstoffsystems.
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Beinahe alle Motoren müssen von Zeit zu Zeit gewartet werden, um Fehlfunktionswarnungen zu bearbeiten und zur Routineinstandhaltung. In einigen Fällen kann ein Wartungs- bzw. Servicewerkzeug eine Kommunikationsverbindung mit einer Motorelektroniksteuervorrichtung einrichten, um Fehlercodes und andere Information zu empfangen, die sich auf Motorhardware- und Strömungsmittelzustände bezieht. Um eine der Common-Rails bzw. gemeinsamen Druckleitungen zu warten, kann es jedoch eine Voraussetzung sein, eine angemessene Druckentlastung vorzusehen.
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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 ein Motordiagnosesystem einen Motor mit einer Vielzahl von Kolben auf, die sich in Zylindern hin und her bewegen, um so ein Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis von mehr als 14:1 zu definieren. Der Motor weist eine elektronische Steuervorrichtung in Steuerverbindung mit einem Dual-Brennstoff-Common-Rail-System auf. Das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System weist eine Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung für gasförmigen Brennstoff und eine Common-Rail für flüssigen Brennstoff auf, die strömungsmittelmäßig mit einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen verbunden sind, die zur direkten Einspritzung von gasförmigem Brennstoff oder flüssigem Brennstoff direkt in die Zylinder angeordnet sind. Ein Wartungswerkzeug ist mit der elektronischen Steuervorrichtung verbunden und ist programmiert, um einen Wartungsbereitschaftsalgorithmus auszuführen, um Druckinformation für die Common-Rail für gasförmigen Brennstoff und die Common-Rail für flüssigen Brennstoff anzuzeigen, wenn der Motor angehalten wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zum Betrieb des Motordiagnosesystems das Einrichten einer Kommunikation bzw. Verständigung zwischen dem Wartungswerkzeug und der Elektroniksteuervorrichtung auf. Ein Wartungsbereitschaftsalgorithmus wird mit dem Wartungswerkzeug ausgeführt. Wenn der Motor angehalten worden ist, wird Druckinformation für die Common-Rail für gasförmigen Brennstoff und die Common-Rail für flüssigen Brennstoff ansprechend auf die Ausführung des Wartungsbereitschaftsalgorithmus angezeigt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht eines Motordiagnosesystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Motors, der in 2 gezeigt ist;
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3 ist eine aufgeschnittene, perspektivische Ansicht durch einen Teil des Motors, der in 2 gezeigt ist;
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4 ist eine aufgeschnittene Seitenansicht einer konzentrischen Stegleitungsanordnung zum Liefern von gasförmigen und flüssigen Brennstoffen an individuelle Brennstoffeinspritzvorrichtungen;
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5 ist eine aufgeschnittene Vorderansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung für den Motor der 2–4;
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6 ist eine vergrößerte, aufgeschnittene Vorderansicht eines Teils der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 5; und
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7 ist ein beispielhaftes logisches Flussdiagramm für einen Wartungsbereitschaftsalgorithmus gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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Anfänglich Bezug nehmend auf die 1–4 weist ein Motordiagnosesystem 10 ein Wartungswerkzeug 11 auf, das mit einer elektronischen Steuervorrichtung 50 eines Motors 20 in Verbindung steht, der ein Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 29 aufweist. Der Dual-Brennstoff-Motor 20 weist ein Motorgehäuse 21 auf, das eine Vielzahl von Motorzylindern 22 definiert. Ein Kolben 23 bewegt sich in jedem der Zylinder 22 hin und her, um ein Verdichtungsverhältnis von mehr als 14:1 zu definieren, das im Allgemeinen mit einem Verdichtungsverhältnis assoziiert wird, das zur Verdichtungszündung von eingespritztem flüssigen Dieselbrennstoff geeignet ist. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Motor 20 zwanzig Motorzylinder 22 auf. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass ein Motor mit jeglicher Anzahl von Zylindern ebenso in den vorgesehenen Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen würde. Das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 29 weist genau eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 auf, die zur direkten Einspritzung in jeden der Vielzahl von Motorzylindern 22 vorgesehen ist. Das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 29 weist eine Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff bzw. Gasbrennstoff und eine Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff bzw. Flüssigbrennstoff auf, die strömungsmittelmäßig mit einem Gasbrennstoffeinlass 101 bzw. einem Flüssigbrennstoffeinlass 102 jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 verbunden sind. Das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 29 weist Gasversorgungsvorrichtungen 43 auf, die gasförmigen Brennstoff an die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff liefern.
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Die Gasversorgungsvorrichtungen 43 können einen unter Druck stehenden kryogenen bzw. gekühlten Tank 31 für verflüssigtes Erdgas mit einem Auslass aufweisen, der strömungsmittelmäßig mit einer kryogenen bzw. gekühlten Pumpe 36 mit variabler Förderung verbunden ist, und können auch einen Wärmetauscher 32 (Verdampfer), einen Akkumulator 33 und einen Gasfilter 34 aufweisen. Der Akkumulator 33 ist strömungsmittelmäßig zwischen dem Verdampfer 32 und der Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff positioniert. Ein Gasversorgungszumessventil 35 kann strömungsmittelmäßig zwischen dem Akkumulator 33 und der Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff angeordnet sein. Das Zumessventil 35, welches ein Domdruckreglerventil sein könnte, kann aufgenommen sein, um eine Massenflussrate von gasförmigem Brennstoff an die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff durch Verändern eines variablen Strömungsquerschnittes zu steuern. Diese Strategie steuert inhärent auch den Druck in der Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird der Druck von gasförmigem Brennstoff in der Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff ansprechend auf Druck in Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff unter Verwendung einer Druckbetätigungsvorrichtung 46 gesteuert, die einen variablen Strömungsquerschnitt durch das Zumessventil 35 verändert, und zwar über eine Strömungsmittelverbindung mit der Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff. Obwohl der Gas-Rail-Druck so gezeigt ist, dass er hydromechanisch geregelt ist, und zwar ansprechend auf Druck in der Common-Rail für flüssigen Brennstoff, wird der Fachmann erkennen, dass andere Strategien zum Steuern von Druck in der Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff verwendet werden könnten. Zum Beispiel könnte ein elektronisch gesteuertes Ventil anstatt des Zumessventils 35 eingesetzt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann es wünschenswert sein, das Zumessventil 35 zu kalibrieren, um den Gas-Rail-Druck in Richtung eines Druckes zu steuern, der niedriger ist als der Flüssigkeits-Rail-Druck, um den Übergang von gasförmigem Brennstoff in den flüssigen Brennstoff zu verhindern.
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Ein Absperrventil 45 kann angeordnet sein, um die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff von den Versorgungsvorrichtungen 43 für gasförmigen Brennstoff zu isolieren, und zwar vom Akkumulator 33 und der kryogenen bzw. gekühlten Pumpe 36. Flüssigkeitsversorgungs- und Drucksteuervorrichtungen 44 können einen Dieselbrennstofftank 37, Brennstofffilter 38 und eine elektronisch gesteuerte Hochdruckbrennstoffpumpe 39 aufweisen, die flüssigen Brennstoff an die Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff liefert und den Druck darin steuert. Die elektronische Steuervorrichtung 50 kann sich in Steuerkommunikation mit dem Absperrventil 45, den Flüssigkeitsversorgungs- und Drucksteuervorrichtungen 44, den Gasversorgungsvorrichtungen 43 und ebenso mit jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 befinden. Drucksensoren 47 und 48 können Flüssigkeits- bzw. Gasbrennstoffdrücke an die elektronische Steuervorrichtung 50 kommunizieren. Ein Drucksensor 49 kann Druckinformation vom Verdampfer 33 an die elektronische Steuervorrichtung 50 kommunizieren.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann der Motor 20 auch mit einem Entlüftungsventil 62 ausgestattet sein, das bewegbar ist zwischen einer ersten Konfiguration, in der die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff strömungsmittelmäßig gegenüber der Atmosphäre gesperrt ist, und einer zweiten Position, in der die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff strömungsmittelmäßig mit der Atmosphäre verbunden ist. Das Entlüftungsventil 62 ist so gezeigt, dass es mittels Kommunikation mit der elektronischen Steuervorrichtung 50 gesteuert wird, aber es könnte auch ein manuelles Ventil sein. Das Entlüftungsventil 62 wird normalerweise zu beinahe allen Zeiten geschlossen sein, wenn der Motor 20 läuft oder angehalten ist. In bestimmten Umständen jedoch, wie beispielsweise wenn der Motor 20 gewartet wird, kann das Entlüftungsventil 62 in seine zweite Konfiguration bewegt werden, um die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff strömungsmittelmäßig mit der Atmosphäre zu verbinden, um eine Druckentlastung für den Fall sicherzustellen, dass ein Teil der Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff an einer anderen Stelle zur Wartung, wie beispielsweise zum Ersatz einer oder mehrerer Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 geöffnet wird. Der Motor 20 ist auch so gezeigt, dass er mit einem manuellen Isolationsventil 60 und einem manuellen Entlüftungsventil 61 ausgestattet ist. Das Isolationsventil 60 würde normalerweise in einer offenen Position sein, aber kann manuell geschlossen werden, um den Akkumulator 33 von den verbleibenden Teilen des Systems zu isolieren, um eine bestimmte Test- oder Wartungsaufgabe auszuführen. Auf ähnliche Weise kann das manuelle Entlüftungsventil 61 genutzt werden, um den Akkumulator 33 an die Atmosphäre zu entlüften, um eine Druckentlastung sicherzustellen, wenn eine oder mehrere der anderen Komponenten, wie beispielsweise der Verdampfer 32, der Filter 34 oder der Akkumulator 33 gewartet werden. Das manuelle Entlüftungsventil 61 ist normalerweise in einer geschlossenen Konfiguration, wobei das Isolationsventil 60 normalerweise in einer offenen Position gehalten wird.
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Unter anderem kann das Wartungswerkzeug 11 programmiert werden, einen Wartungsbereitschaftsalgorithmus durchzuführen, der konfiguriert ist, um Druckinformation für die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff und die Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff anzuzeigen, wenn der Motor 20 gestoppt wird. Diese Information kann für die elektronische Steuervorrichtung 50 von den Drucksensoren 47 und 48 verfügbar gemacht werden, und kann dann über die elektronische Steuervorrichtung 50 an das Wartungswerkzeug 11 kommuniziert werden. Die angezeigte Druckinformation sollte ausreichend sein, um es einem Techniker zu gestatten, zu bestimmen, ob eine oder beide der Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff und/oder der Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff auf Atmosphärendruck sind, was anzeigt, dass es dann in Ordnung ist, Teile des Dual-Brennstoff-Common-Rail-Systems 29 zu warten. Wenn zum Beispiel eine oder mehrere der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 ersetzt würden, könnte ein solcher Vorgang die Common-Rails 40, 41 für gasförmigen und flüssigen Brennstoff zur Atmosphäre bei einer koaxialen Stegleitung 54 öffnen. Zusätzlich kann der Wartungsbereitschaftsalgorithmus, der von dem Wartungswerkzeug 11 ausgeführt wird, auch Druckinformation für den Akkumulator 33 anzeigen, wie sie durch den Drucksensor 49 an die elektronische Steuervorrichtung 50 kommuniziert wird. Die Ausführung des Wartungsbereitschaftsalgorithmus kann auch so konfiguriert sein, dass sie den Betrieb des Motors 20 ausschaltet, um Probleme zu vermeiden, die damit assoziiert sind, dass versehentlich versucht wird, den Motor 20 zu starten, während er gewartet wird. Zum Beispiel könnte der Wartungsbereitschaftsalgorithmus mit Brennstoffeinspritzvorrichtungsdeaktivierungsparametern ausgestattet sein, die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 daran hindern würden, in Betrieb genommen zu werden, wenn der Wartungsbereitschaftsalgorithmus ausgeführt würde und der Motor 20 gewartet werden würde. Die Druckinformation, die von dem Wartungswerkzeug 11 angezeigt wird, kann so differenziert sein wie dies erwünscht ist, oder kann einfach eine Nachricht sein die anzeigt, ob es in Ordnung ist den Motor 20 zu warten oder nicht. Einer der Zwecke des Wartungsbereitschaftsalgorithmus ist es, sicherzustellen, dass Techniker, die den Motor 20 warten, diesen nicht an einem Ort und/oder in einem Druckzustand öffnen, was zu einem Brennstoffstrom führen könnte, der von einer Wartungsstelle in oder an dem Motor 20 versprüht wird. Dieselbe Information, die von dem Wartungswerkzeug 11 angezeigt wird, kann auch an einem anderen Ort, wie beispielsweise einer Bedienerstation einer Maschine, die mit Motor 20 ausgestattet ist, verfügbar sein.
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Zusätzlich zum Bestimmen, ob die Druckbedingungen in den Common-Rails 40, 41 zur Wartung geeignet sind (z. B. auf Atmosphärendruck), kann andere relevante Information ebenso für einen Techniker verfügbar sein, der das Wartungswerkzeug 11 verwendet. Zum Beispiel können Strömungsmitteltemperaturen in dem kryogenen bzw. gekühlten Tank 31 für verflüssigtes Erdgas und möglicherweise die Temperatur von flüssigem Dieselbrennstoff in der Common-Rail 41 ebenfalls vor dem Warten bestimmter Aspekte bzw. Teilbereiche des Motors 20 genau überprüft werden. Zusätzlich kann die kryogene Pumpe 36 hydraulisch betrieben sein und das Hydraulikströmungsmittel, das mit der Pumpe assoziiert ist, kann auch Temperatur- und Druckprotokolle haben, die von einem Wartungsbereitschaftsalgorithmus überprüft werden könnten, bevor diese Aspekte bzw. Bereiche des Motors 20 gewartet werden. Daher kann, in einem breiteren Sinn, der Wartungsbereitschaftsalgorithmus verschiedene Subsystemparameter überwachen und sie mit vordefinierten Schwellenwerten vergleichen, um eine sogenannte Null-Energie-Zustandsbedingung zu bestätigen, die geeignet ist, um das Warten für eines oder mehrere der Subsysteme zu gestatten. Der Wartungsbereitschaftsalgorithmus könnte eine Zusammenfassung jedes Systemzustands liefern, der von dem Wartungswerkzeug 11 angezeigt wird, und könnte eine Anzeige im Führerstand einer Bedienersteuerstation sein.
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Obwohl dies nicht notwendig ist, können die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff und die Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Blöcken 51 bestehen, die in Reihe mit den Flüssigbrennstoffleitungen 52 und den Gasbrennstoffleitungen 53 verbunden sind. Die flüssigen und gasförmigen Brennstoffe können an die individuellen Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 mit einer koaxialen Stegleitungsanordnung 54 geliefert werden, die eine innere Stegleitung 55 aufweist, die innerhalb einer äußeren Stegleitung 56 angeordnet ist. Flüssiger Brennstoff wird an die Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 durch die innere Stegleitung 55 geliefert, und gasförmiger Brennstoff wird an die Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 in dem Raum zwischen der inneren Stegleitung 55 und der äußeren Stegleitung 54 geliefert. Eine Lasteinstellklemme 57 kann mit jedem Block 51 verwendet werden, um die koaxialen Stegleitungsanordnung 54 so zu drücken, dass sowohl die innere Stegleitung 55 als auch die äußere Stegleitung 56 auf einem gemeinsamen konischen Sitz 27 jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 aufsitzen.
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Zusätzlich Bezug nehmend auf 5 und 6 ist eine beispielhafte Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 zur Verwendung in dem Motor 20 veranschaulicht. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 weist einen Einspritzvorrichtungskörper 100 auf, der einen Gasbrennstoffeinlass 101 für gasförmigen Brennstoff und einen Flüssigbrennstoffeinlass 102 für flüssigen Brennstoff definiert, die sich beide durch den gemeinsamen konischen Sitz 27 öffnen (4). Der Gasbrennstoffeinlass 101 ist strömungsmittelmäßig mit einer Gasdüsenkammer 114 verbunden, die innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers 100 angeordnet ist, und zwar über einen Durchlassweg, der in der geschnittenen Ansicht der 5 nicht sichtbar ist. Auf ähnliche Weise ist der Flüssigbrennstoffeinlass 102 strömungsmittelmäßig mit einer Flüssigkeitsdüsenkammer 115 über einen Durchlassweg verbunden, der in der geschnittenen Ansicht der 5 nicht sichtbar ist.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Flüssigkeitsdüsenkammer 115 von der Gasdüsenkammer 114 durch einen Rückschlagelementführungsbereich 118 getrennt, der mit dem Gasrückschlagventilglied 110 assoziiert ist. Obwohl es andere Stellen gibt, wie beispielsweise die Stelle, an der die koaxiale Stegleitung 54 den gemeinsamen konischen Sitz 27 des Einspritzvorrichtungskörpers 100 kontaktiert, ist eine Übertreten von einem Brennstoff in den anderen Brennstoff in dem Führungsfreiraum möglich, der in dem Rückschlagelementführungsbereich 118 vorliegt. Eine Wanderung bzw. ein Übertreten von gasförmigem Brennstoff von der Gasdüsenkammer 114 in die Flüssigkeitsdüsenkammer 115 kann verhindert werden, indem der Flüssigbrennstoffdruck in der Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff höher gehalten wird als der Druck in der Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff. Zum Beispiel könnte, bei Nennbedingungen, die Flüssigbrennstof-Rail 41 bei ungefähr 40 MPa gehalten werden, während die Common-Rail für gasförmigen Brennstoff auf ungefähr 35 MPa gehalten werden könnte. Bei Leerlauf könnten die jeweiligen Flüssigkeits- und Gas-Rail-Drücke bei ungefähr 25 bzw. 20 MPa gehalten werden. Diese Druckdifferenz kann gasförmigen Brennstoff daran hindern, in den flüssigen Brennstoff überzutreten, aber kann es einer kleinen Menge an flüssigem Brennstoff gestatten, entlang des Führungsbereichs 118 von der Flüssigkeitsdüsenkammer 115 in die Gasdüsenkammer 114 überzutreten. Diese kleine Menge an Leckage kann vorteilhaft sein zum Schmieren von sowohl dem Rückschlagelementführungsbereich 118 als auch vom Sitz 108, der mit dem Gasrückschlagventilglied 110 assoziiert ist.
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Der Einspritzvorrichtungskörper 100 definiert einen Gasdüsenauslasssatz 103, einen Flüssigkeitsdüsenauslasssatz 104 und einen Ablaufauslass 105. Innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers 100 sind eine erste Steuerkammer 106 und eine zweite Steuerkammer 107 angeordnet. Ein Gasrückschlagventilglied 110 hat eine hydraulische Verschlussfläche 112, die Strömungsmitteldruck in der ersten Steuerkammer 106 ausgesetzt ist. Das Gasrückschlagventilglied 110 ist bewegbar zwischen einer geschlossenen Position, wie dies gezeigt ist, in Kontakt mit einem ersten Düsensitz 108, um strömungsmittelmäßig den Gasbrennstoffeinlass 101 gegenüber dem Gasdüsenauslasssatz 103 zu blockieren, und einer offenen Position außer Kontakt mit dem ersten Düsensitz 108, um strömungsmittelmäßig den Gasbrennstoffeinlass 101 mit dem Gasdüsenauslasssatz 103 zu verbinden. Die erste Steuerkammer 106 kann teilweise durch eine erste Hülse 111 definiert werden.
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Ein Flüssigkeitsrückschlagventilglied 120 hat eine hydraulische Verschlussfläche 121, die dem Strömungsmitteldruck in der zweiten Steuerkammer 107 ausgesetzt ist. Das Flüssigkeitsrückschlagventilglied 120 ist bewegbar zwischen einer geschlossenen Position, wie dies gezeigt ist, in Kontakt mit einem zweiten Düsensitz 113, um strömungsmittelmäßig den Flüssigbrennstoffeinlass 102 gegenüber dem Flüssigkeitsdüsenauslasssatz 104 zu blockieren, und einer offenen Position außer Kontakt mit dem zweiten Düsensitz 113, um strömungsmittelmäßig den Flüssigbrennstoffeinlass 102 mit dem Flüssigkeitsdüsenauslasssatz 104 zu verbinden. Die zweite Steuerkammer 107 kann teilweise durch eine zweite Hülse 122 definiert werden. Daher wird eine Einspritzung von gasförmigem Brennstoff durch den Gasdüsenauslasssatz 103 durch eine Bewegung des Gasrückschlagventilgliedes 110 ermöglicht, während eine Einspritzung von flüssigem Brennstoff durch den Flüssigkeitsdüsenauslasssatz 104 durch eine Bewegung des Flüssigkeitsrückschlagventilgliedes 120 ermöglicht wird.
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Ein erstes Steuerventilglied 130 ist in dem Einspritzvorrichtungskörper 100 positioniert und ist bewegbar entlang einer gemeinsamen Mittellinie 125 zwischen einer ersten Position in Kontakt mit einem ersten Ventilsitz 150, bei dem die erste Steuerkammer 106 strömungsmittelmäßig gegenüber dem Ablaufauslass 105 blockiert ist, und einer zweiten Position, in der 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, wodurch Druck auf die hydraulische Verschlussfläche 112 nachlässt, um es dem Gasrückschlagventilglied 110 zu gestatten, sich anzuheben, um eine Einspritzung des gasförmigen Brennstoffes durch den Gasdüsenauslasssatz 103 zu ermöglichen. Ein zweites Steuerventilglied 135 ist in dem Einspritzvorrichtungskörper 100 positioniert und ist bewegbar entlang einer gemeinsamen Mittellinie 125 zwischen einer ersten Position in Kontakt mit einem zweiten Ventilsitz 155, bei dem die zweite Steuerkammer 107 strömungsmittelmäßig von dem Ablaufauslass 105 blockiert ist, und einer zweiten Position, bei 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 Strömungsmitteldruck, der auf die hydraulische Verschlussfläche 121 wirkt, nachlassen, um es dem Flüssigkeitsrückschlagventilglied 120 zu gestatten, sich in eine offene Position anzuheben, um eine Einspritzung des flüssigen Dieselbrennstoffes durch den Flüssigkeitsdüsenauslasssatz 104 zu ermöglichen.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die ersten und. zweiten Steuerventilglieder 130, 135 durch die gemeinsame Mittellinie 125 geschnitten. Die jeweiligen Steuerventilglieder 130, 135 können in eine ihrer jeweiligen ersten und zweiten Positionen mit ersten und zweiten elektrischen Betätigungsvorrichtungen, die erste bzw. zweite Spulen 147, 148 aufweisen, bewegt werden. Die Steuerventilglieder 130, 135 können in ihre jeweiligen ersten Positionen durch eine gemeinsam verwendete Vorspannfeder 146 vorgespannt werden. Ein erster Anker 141 kann an einem Druckelement 145 in Kontakt mit dem ersten Steuerventilglied 130 angebracht sein. Ein zweiter Anker 142 kann betriebsmäßig gekoppelt sein, um das zweite Steuerventilglied 135 mittels eines Druckelementes 143 zu bewegen. Ein gemeinsam verwendeter Stator 144 beherbergt die ersten und zweiten Spulen 147, 148 und trennt den ersten Anker 141 vom zweiten Anker 142.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann die erste Steuerkammer 106 immer strömungsmittelmäßig mit dem hohen Druck in dem Flüssigbrennstoffeinlass 102 über eine F-Zumessöffnung 160 und eine Z-Zumessöffnung 161 verbunden sein. Die stromaufwärts liegenden Enden der jeweiligen F- und Z-Zumessöffnungen 160 und 161 können strömungsmittelmäßig mit dem Flüssigbrennstoffeinlass 102 über Durchlässe verbunden sein, die in den aufgeschnittenen Ansichten nicht sichtbar sind. Die erste Steuerkammer 106 ist strömungsmittelmäßig mit dem Steuerdurchlass 133 über eine sogenannte A-Zumessöffnung 163 verbunden. Daher wird, wenn sich das erste Steuerventilglied 130 vom ersten Ventilsitz 150 anhebt, 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.
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Die zweite Steuerkammer 107 kann immer strömungsmittelmäßig mit dem hohen Druck in dem Flüssigbrennstoffeinlass 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 Flüssigbrennstoffeinlass 102 über Durchlässe verbunden sein, die in der aufgeschnittenen Ansicht nicht sichtbar sind. Die zweite Steuerkammer 107 ist strömungsmittelmäßig mit dem Steuerdurchlass 134 über eine sogenannte A-Zumessöffnung 173 verbunden. Daher wird, wenn sich das zweite Steuerventilglied 135 von dem zweiten Ventilsitz 155 wegbewegt, 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.
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Der Fachmann wird erkennen, dass das veranschaulichte Ausführungsbeispiel flüssigen Dieselbrennstoff nutzt, um die Bewegung des Gasrückschlagventilgliedes 110 und des Flüssigkeitsrückschlagventilgliedes 120 zu steuern, um eine Steuerung über Gasbrennstoffeinspritzereignisse bzw. Flüssigdieselbrennstoffeinspritzereignisse zu ermöglichen. Andere Steuerstrategien würden ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung lässt sich weitläufig auf jeglichen Motor anwenden, der zwei strömungsmittelmäßig unterschiedliche Common-Rails nutzt, um gasförmige und flüssige Brennstoffe an eine einzelne Brennstoffeinspritzvorrichtung zu liefern, die mit jedem Motorzylinder assoziiert ist. Die vorliegende Offenbarung ist weitläufig auf ein Motordiagnosesystem anwendbar, das einen Wartungsbereitschaftsalgorithmus aufweist, der konfiguriert ist, um eine Druckentlastung der Common-Rails bzw. gemeinsamen Druckleitungen vor der Wartung zu bestätigen. Die vorliegende Offenbarung ist insbesondere anwendbar auf ein Motordiagnosesystem, das ein Wartungswerkzeug aufweist um zu bestätigen, dass die Common-Rails vollständig druckentlastet sind, bevor mit der Wartung fortgefahren wird. Schließlich ist die vorliegende Offenbarung insbesondere auf ein Wartungswerkzeug in Verbindung mit einem Motor 20 gerichtet und ist programmiert, um einen Wartungsbereitschaftsalgorithmus auszuführen, der konfiguriert ist, um Druckinformation für die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff und für die Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff anzuzeigen, wenn der Motor 20 angehalten wird.
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Vor dem Anhalten des Motors 20 zur Wartung wird gasförmiger Brennstoff von der Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff an jede der Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 durch eine jeweilige koaxiale Stegleitungsanordnung 54 geliefert. Auf ähnliche Weise wird flüssiger Brennstoff von einer Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff an jede der Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 durch dieselben jeweiligen koaxialen Stegleitungsanordnungen 54 geliefert. Im Betrieb wird gasförmiger Brennstoff von jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 in einen Motorzylinder 22 ansprechend auf ein Gasbrennstoffeinspritzsignal eingespritzt, das von der elektronischen Steuervorrichtung 50 an die Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 kommuniziert wird. Insbesondere wird ein Gasbrennstoffeinspritzereignis durch Erregen der oberen elektrischen Betätigungsvorrichtung (oberen Spule 147) eingeleitet, um den Anker 141 und das erste Steuerventilglied 130 nach unten außer Kontakt mit dem ersten Ventilsitz 150 zu bewegen. Dies verbindet die Steuerkammer 106 strömungsmittelmäßig mit dem Ablaufauslass 105, um den Druck zu verringern, der auf die hydraulische Verschlussfläche 112 wirkt. Das Gasbrennstoffrückschlagventilglied 110 hebt sich dann an, und zwar außer Kontakt mit dem ersten Düsensitz 108, um zu beginnen, gasförmigen Brennstoff aus dem Gasdüsenauslasssatz 103 zu sprühen. Das Einspritzereignis endet durch Entregen der oberen elektrischen Betätigungsvorrichtung, um es dem Anker 141 und dem Steuerventilglied 130 zu gestatten, sich nach oben unter Einwirkung der Feder 146 zurück in Kontakt zu bewegen, um den ersten Ventilsitz 150 zu schließen. Wenn dies auftritt, steigt der Druck in der Steuerkammer 106 abrupt an, der auf die hydraulische Verschlussfläche 112 wirkt, um das Gasrückschlagventilglied 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 von der Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 direkt in den Motorzylinder 22 von derselben Brennstoffeinspritzvorrichtung 30 ansprechend auf ein Flüssigbrennstoffeinspritzsignal von der elektronischen Steuervorrichtung 50 eingespritzt. Insbesondere wird ein Flüssigbrennstoffeinspritzereignis durch Erregen der unteren Spule 148 eingeleitet, um den Anker 142 nach oben entlang der gemeinsamen Mittellinie 125 zu bewegen. Dies veranlasst das Druckelement 143, das zweite Steuerventilglied 135 außer Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz 155 zu bewegen. Dies wiederum verringert den Druck in der Steuerkammer 107, was es dem Flüssigkeitsrückschlagventilglied 120 gestattet, sich außer Kontakt mit dem zweiten Düsensitz 113 anzuheben, um ein Flüssigbrennstoffeinspritzereignis aus dem Flüssigkeitsdüsenauslasssatz 104 einzuleiten. Um das Flüssigkeitseinspritzereignis zu beenden, wird die untere elektrische Betätigungsvorrichtung (untere Spule 148) entregt. Wenn dies geschehen ist, drückt eine gemeinsam verwendete Vorspannfeder 146 den Anker 142 und das zweite Steuerventilglied 135 zurück in Kontakt mit dem zweiten Ventilsitz 155, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Steuerkammer 107 und dem Ablaufauslass 105 zu schließen. Wenn dies geschehen ist, steigt der Druck, der auf die hydraulische Verschlussfläche 121 wirkt, schnell an, was das Flüssigkeitsrückschlagventilglied 120 veranlasst, sich nach unten und zurück in Kontakt mit dem zweiten Düsensitz 113 zu bewegen um das Flüssigbrennstoffeinspritzereignis zu beenden. Sowohl die Einspritzereignisse von Flüssigkeit als auch von Erdgas werden durch strömungsmittelmäßiges Verbinden der jeweiligen Steuerkammern 107, 106 mit der Flüssigbrennstoff-Common-Rail 22 durch jeweilige F-Zumessöffnungen 160, 170 und Z-Zumessöffnungen 161, 171, die strömungsmittelmäßig parallel zueinander sind, beendet.
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Aufgrund seines hohen Kompressionsverhältnisses (größer als 14:1) wird der eingespritzte Flüssigbrennstoff in jedem der jeweiligen Motorzylinder 22 kompressionszünden. Der eingespritzte Gasbrennstoff wird in einem jeweiligen einen der Motorzylinder ansprechend auf die Kompressionszündung des Flüssigbrennstoffes zünden.
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Gelegentlich wird der Motor 20 eine Fehlfunktion haben und ein Fehler wird aufgezeichnet, während auch ein Bediener des Motors 20, der eine Wartung benötigt, benachrichtigt wird. Zusätzlich können, nach einer bestimmten Betriebsdauer, auch Routinewartungspläne das Warten des Motors 20 erfordern. Da der Motor 20 sowohl eine Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff als auch eine Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff aufweist, die während des Motorbetriebs auf relativ hohen Drücken gehalten werden, sieht die vorliegende Offenbarung eine Strategie zum Bestätigen vor, dass diese Common-Rails vollständig druckentlastet sind, bevor irgendeine Wartungsaufgabe am Motor 20 und seinem assoziierten Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 29 eingeleitet wird. In einem typischen Szenario würde der Motor 20 vor der Wartung angehalten werden, was sogar im Gelände durchgeführt werden kann, und ein Wartungswerkzeug 11 stellt eine Verbindung mit der elektronischen Steuervorrichtung 50 her. In den meisten Fällen ist diese Kommunikationsverbindung drahtgebunden, aber eine drahtlose Kommunikationsverbindung könnte ebenso in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Ein Wartungsbereitschaftsalgorithmus wird mit dem Wartungswerkzeug 11 ausgeführt. Wenn der Motor angehalten ist, wird Druckinformation für die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff und die Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff ansprechend auf die Ausführung des Wartungsbereitschaftsalgorithmus angezeigt.
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Nun mit Bezug auf 7 wird ein Flussdiagramm veranschaulicht, das die Logik eines beispielhaften Wartungsbereitschaftsalgorithmus 70 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Bei der Ellipse 71 startet der Algorithmus und eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Wartungswerkzeug 11 und der elektronischen Steuervorrichtung 50 wird bei Block 72 eingerichtet. Bei Frage 73 bestätigt die Logik, ob die Kommunikationsverbindung aufgebaut ist. Wenn nicht, macht die Logik eine Schleife zurück zu Block 72. Wenn die Kommunikationsverbindung bestätigt wird, kann der Wartungsbereitschaftsalgorithmus dahingehend wirken, den Betrieb des Motors 20 bei Block 74 auszuschalten, indem er beispielsweise die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 30 daran hindert zu arbeiten oder mittels jeglicher anderen in der Technik bekannte Weise. Bei Block 75 wird Druckinformation für die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff und die Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff mit dem Wartungswerkzeug 11 angezeigt. Wie zuvor bemerkt, kann diese Druckinformation relativ differenziert sein oder kann einfach ein einzelnes Informationsbit sein, das anzeigt, ob es in Ordnung ist, allgemein den Motor 20 und insbesondere das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 29 zu warten. Bei Block 76 wird eine Ausführung des Wartungsbereitschaftsalgorithmus auch Druckinformation für den Gasakkumulator 33 anzeigen. Der Akkumulator 33 kann und würde wahrscheinlich auf einem anderen Druck sein als die Common-Rail 41 für gasförmigen Brennstoff, teilweise aufgrund des Schließens des Absperrventils 45 ansprechend auf das Abschalten des Motors 20 und auch aufgrund des Vorhandenseins des eingreifenden Zumessventils 35. Abhängig von Protokollen kann es möglich sein, das manuelle Isolationsventil 60 zu schließen, um jegliches unter Druck gesetzte Gas im Akkumulator 33 festzuhalten, so dass die Wartung an anderer Stelle im Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 29 fortgesetzt werden könnte. Bei Frage 77 bestimmt der Algorithmus, ob es in Ordnung ist, den Motor 20 zu warten. Wenn nicht, macht die Logik wieder eine Schleife zurück, um den Motor bei Block 74 auszuschalten. Wenn die angezeigte Druckinformation anzeigt, dass eine oder beide der Common-Rails 40, 41 unter Druck gesetzt bleibt, kann irgendein anderes Protokoll außerhalb des Umfangs dieser Offenbarung eingesetzt werden. Wenn zum Beispiel die Common-Rail für flüssigen Brennstoff einen gewissen Restdruck zurückhält, kann eine Trockenlauf- bzw. Dry-Firing-Strategie genutzt werden, um schnell die Einspritzvorrichtungssteuerventile an- und auszuschalten, um flüssigen Brennstoff durch die Einspritzvorrichtungen 30 in Richtung der Ablaufauslässe 105 zu bewegen, um die Common-Rail 41 für flüssigen Brennstoff vom Druck zu entlasten. Auf der anderen Seite kann, wenn die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff einen gewissen Druck zurückhält, ein Protokoll das Anweisen des Entlüftungsventils 62 aufweisen, die Common-Rail 40 für gasförmigen Brennstoff zur Atmosphäre zu öffnen. Wenn es in Ordnung ist, den Motor zu warten, kann der Wartungsbereitschaftsalgorithmus die elektronische Steuervorrichtung 50 anweisen, das Entlüftungsventil 62 für die Dauer der Wartung zu öffnen, so dass kein Aufbau von Druck, aus welchem Grund auch immer, in dem Gasabschnitt des Dual-Brennstoff-Common-Rail-Systems 29 während der Wartungsprozedur auftreten würde. Bei Block 79 wird ein bestimmtes Merkmal des Motors 20 gewartet. Nach dem Abschluss der Wartung kann das Entlüftungsventil 62 zur Atmosphäre hin geschlossen werden. Abhängig davon, welcher Vorgänge oder Wartung ausgeführt wird, kann auch das manuelle Entlüftungsventil 61 geöffnet werden, nachdem bei Frage 77 bestätigt wird, dass es in Ordnung ist, den Motor 20 zu warten. Wenn die gesamte Wartung abgeschlossen ist, werden sowohl das Entlüftungsventil 61 als auch das Entlüftungsventil 62 geschlossen und der Wartungsbereitschaftsalgorithmus endet bei der Ellipse 81.
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Es sollte klar sein, dass die obige Beschreibung nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen wird und nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränken soll. Daher wird dem Fachmann klar sein, dass andere Aspekte der Offenbarung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der angehängten Ansprüche erlangt werden können.
