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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Dual-Brennstoffsysteme und insbesondere auf eine Begrenzung einer Leckage durch einen Leckpfad in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung für ein Dual-Brennstoffsystem.
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Hintergrund
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Gasbrennstoffmotoren sind für ihre Fähigkeit bekannt, im Vergleich zu entsprechenden dichtungsgezündeten Motoren für flüssigen Brennstoff rein zu verbrennen. Es ist jedoch auch bekannt, dass bei Gasbrennstoffen eine erfolgreiche Zündung schwierig zu erreichen ist. Einige Gasbrennstoffmotoren verwenden eine Zündkerze, während andere Gasbrennstoffmotoren eine kleine Menge eines Pilot- bzw. Vorbrennstoffes verwenden, wie beispielsweise destillierten Dieselbrennstoff, der verdichtungsgezündet wird, um eine Verbrennung einer größeren Hauptladung von gasförmigem Brennstoff einzuleiten, wie beispielsweise von Erdgas. In den letzteren Motoren kann der gasförmige Brennstoff zur Motoreinlasssammelleitung geliefert werden oder direkt in die einzelnen Zylinder zugemessen werden, wo er mit Luft vermischt wird, bevor er ansprechend auf die Pilot- bzw. Vordieseleinspritzung gezündet wird.
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Bei vielen Dual-Brennstoff-Motorsystemen wird die Einspritzung von flüssigem Brennstoff und gasförmigem Brennstoff durch zwei getrennte Nadelrückschlagelemente innerhalb einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gesteuert, die mit Common-Rails bzw. gemeinsamen Druckleitungen für sowohl gasförmigen Brennstoff als auch flüssigen Brennstoff verbunden sind. Es sind Konstruktionen bekannt, wo konzentrische Nadelrückschlagelemente verwendet werden, wobei ein inneres Rückschlagelement und ein äußeres Rückschlagelement verwendet werden, um einen Gasbrennstoffauslass zu öffnen und zu schließen, und wobei das andere Rückschlagelement der inneren und äußeren Rückschlagelemente verwendet wird, um einen Flüssigbrennstoffauslass zu öffnen und zu schließen. In anderen Systemen werden benachbarte anstelle von koaxialen Nadelrückschlagelementen verwendet. Eine bekannte Konstruktion mit benachbarten Nadelrückschlagelementen setzt den hydraulischen Steuerdruck von einer Common-Rail für flüssigen Brennstoff ein, der auf ein oberes Ende von jedem der Nadelrückschlagelemente gegenüberliegend zur Arbeitsspitze gebracht wird, welcher das Öffnen und das Schließen des entsprechenden Düsenauslasses steuert. Der Rail-Druck für Flüssigkeit wird auch auf eine hydraulische Öffnungsfläche des Rückschlagelementes aufgebracht, welches die Einspritzung von flüssigem Brennstoff steuert. In dem Fall, dass das Rückschlagelement eine Einspritzung von gasförmigem Brennstoff steuert, wird ein Druck der Common-Rail für gasförmigen Brennstoff auf eine primäre hydraulische Öffnungsfläche des Rückschlagelementes aufgebracht. In noch weiteren bekannten Systemen lehrt das
US-Patent 7,627,416 scheinbar eine Konstruktion für eine Dual-Brennstoff-Common-Rail, bei der flüssiger Dieselbrennstoff und Erdgasbrennstoff beide aus einer einzigen Brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzt werden, die mit jedem Motorzylinder assoziiert ist. Diese genannte Schrift erkennt, dass es Fälle geben kann, wo der Motor alleine mit flüssigem Dieselbrennstoff arbeiten muss, und zwar auf Grund dessen, dass die Erdgasbrennstoffversorgung leer ist oder möglicherweise ein gewisser Fehler in dem Erdgasteil des Systems vorliegt. Gewisse Probleme und Herausforderungen, die mit einem Betrieb allein mit flüssigem Brennstoff assoziiert sind, werden jedoch weder erkannt noch besprochen.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt weist ein Dual-Brennstoffsystem für einen Verbrennungsmotor eine Flüssigbrennstoffversorgung, eine Gasbrennstoffversorgung und eine Brennstoffeinspritzvorrichtung auf. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen Flüssigbrennstoffdurchlass in Strömungsmittelverbindung mit der Flüssigbrennstoffversorgung definiert, weiter einen Gasbrennstoffdurchlass in Strömungsmittelverbindung mit der Gasbrennstoffversorgung und einen Gasbrennstoffdüsenauslass. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist weiter ein Gasbrennstoffrückschlagelement auf, welches in dem Einspritzvorrichtungskörper zwischen zurückgezogenen und vorgeschobenen Positionen geführt ist, in denen die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Gasbrennstoffdurchlass und dem Gasbrennstoffdüsenauslass jeweils offen bzw. geschlossen ist. Der Einspritzvorrichtungskörper und das Gasbrennstoffrückschlagelement bilden zusammen einen Leckpfad für eine gesteuerte Leckage von flüssigem Brennstoff aus dem Flüssigbrennstoffdurchlass in den Gasbrennstoffdurchlass ansprechend auf einen Druckabfall dazwischen. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist weiter eine eine Leckage begrenzende Dichtung mit einer Außenfläche auf, die einem Strömungsmitteldruck des Flüssigbrennstoffdurchlasses ausgesetzt ist, mit einer Innenfläche, die einem Strömungsmitteldruck des Leckpfades ausgesetzt ist, und die um das Gasbrennstoffrückschlagelement so positioniert ist, dass die die Leckage begrenzende Dichtung sich in dichtendem Kontakt mit dem Gasbrennstoffrückschlagelement ansprechend auf eine Zunahme des Druckabfalls verformt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für ein Dual-Brennstoffsystem in einem Verbrennungsmotor einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen Flüssigbrennstoffdurchlass definiert, der sich zwischen einem Flüssigbrennstoffeinlass und einem Flüssigbrennstoffauslass erstreckt, und einen Gasbrennstoffdurchlass, der sich zwischen einem Gasbrennstoffeinlass und einem Gasbrennstoffdüsenauslass erstreckt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist weiter ein Gasbrennstoffrückschlagelement auf, welches in dem Einspritzvorrichtungskörper zwischen zurückgezogenen und vorgeschobenen Positionen geführt ist, in denen eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Gasbrennstoffdurchlass und dem Gasbrennstoffdüsenauslass offen bzw. blockiert ist, um eine Einspritzung von gasförmigem Brennstoff aus dem Gasdüsenauslass in einen Zylinder im Verbrennungsmotor zu steuern. Der Einspritzvorrichtungskörper und das Gasbrennstoffrückschlagelement formen zusammen einen Leckpfad, von dem Flüssigbrennstoffdurchlass zu dem Gasbrennstoffdurchlass. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung weist weiter eine eine Leckage begrenzende Dichtung mit einer Außenfläche auf, die einem Strömungsmitteldruck des Flüssigbrennstoffdurchlasses ausgesetzt ist, und mit einer Innenfläche, die einem Strömungsmitteldruck des Leckpfades ausgesetzt ist. Die die Leckage begrenzende Dichtung ist in einem ersten Zustand, wenn die Innenfläche ein Spiel bzw. einen Freiraum zum Gasbrennstoffrückschlagelement hat, und gestattet eine gesteuerte Leckage des flüssigen Brennstoffes durch den Leckpfad. Die die Leckage begrenzende Dichtung ist in einem zweiten Zustand verformbar, in dem die Innenfläche in dichtendem Kontakt mit dem Gasbrennstoffauslassrückschlagelement ist, um die Leckage zu begrenzen, und zwar ansprechend auf eine Zunahme eines Druckabfalls vom Flüssigbrennstoffdurchlass zum Gasbrennstoffdurchlass.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zur Begrenzung einer Migration bzw. Leckage von flüssigem Brennstoff zur Gasbrennstoffseite eines Dual-Brennstoffsystems in einem Verbrennungsmotor auf, einen Druckabfall von einem Flüssigbrennstoffdurchlass zu einem Gasbrennstoffdurchlass in Strömungsmittelverbindung mit einander über einen Leckpfad zu steigern, welcher durch ein Gasbrennstoffrückschlagelement und einen Einspritzvorrichtungskörper in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung des Dual-Brennstoffsystems gebildet wird. Das Verfahren weist weiter auf, eine eine Leckage begrenzende Dichtung in dichtenden Kontakt mit dem Gasbrennstoffrückschlagelement ansprechend auf die Zunahme des Druckabfalls zu verformen und eine Leckage von flüssigem Brennstoff durch den Leckpfad über den Dichtungskontakt zu verringern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht eines Dual-Brennstoff-Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Dual-Brennstoffsystems ähnlich jenem, welches in 1 abgebildet ist;
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3 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Teils des in 2 gezeigten Motorsystems, um eine Struktur für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung und einen Motorzylinder zu zeigen;
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4 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht durch eine koaxiale Stegleitungsverbinderanordnung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
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5 ist eine geschnittene schematische Ansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 ist eine geschnittene schematische Ansicht eines Teils der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 5; und
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7 ist eine geschnittene schematische Ansicht eines Teils einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Detaillierte Beschreibung
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Anfänglich mit Bezug auf die 1–3 weist ein Dual-Brennstoff-Motorsystem 10 ein Dual-Brennstoffsystem 20 auf, welches an einem Motorgehäuse 11 eines Motors 8 montiert ist, welcher eine Vielzahl von Motorzylindern 12 definiert. Das Dual-Brennstoffsystem 20 kann genau eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 aufweisen, die zur direkten Einspritzung in jeweils einen 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, und sind Teile eines Gasbrennstoffuntersystems 23 bzw. eines Flüssigbrennstoffuntersystems 53 des Dual-Brennstoffsystems 20. Der flüssige Brennstoff kann flüssiges Dieseldestillat aufweisen, während der gasförmige Brennstoff Erdgas aufweisen kann, und zwar jeweils zur Verdichtungszündung im Motor 8. Das Dual-Brennstoffsystem 20 weist auch Gasbrennstoffliefer- und -drucksteuermechanismen 16 auf, genauso wie Flüssigbrennstoffliefer- und -drucksteuermechanismen 17, die strömungsmittelmäßig mit der Common-Rail 21 bzw. der Common-Rail 22 verbunden sind. Eine Gasbrennstoffleitung 38 verbindet strömungsmittelmäßig die Mechanismen 16 mit der Common-Rail 21 durch ein Absperrventil 46. Jede der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25, jeden der Mechanismen 16 und der Mechanismen 17 kann in bekannter Weise in steuernder Verbindung mit einer elektronischen Motorsteuereinheit (nicht gezeigt) sein und durch diese gesteuert werden. Die Mechanismen 16 können eine Versorgung oder einen Tank 40 für unter Druck stehendes kryogenes bzw. gekühltes verflüssigtes Erdgas aufweisen, wobei ein Auslass strömungsmittelmäßig mit einer kryogenen Pumpe 41 mit variabler Lieferung verbunden ist. Die Mechanismen 16 können auch einen Wärmetauscher 42, einen Akkumulator 44, ein Brennstoffkonditionierungsmodul 45, welches die Lieferung und den Druck von gasförmigem Brennstoff zu der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff steuert, und einen oder mehrere Gasbrennstofffilter, Drucksensoren und möglicherweise noch andere Diagnose-, Steuer- und Überwachungskomponenten aufweisen. Ein (nicht gezeigtes) Druckentlastungsventil kann in der Leitung 38 positioniert sein.
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Die Mechanismen 16 können gasförmigen Brennstoff zur Common-Rail 21 mit einem mittleren Brennstoffdruck im Vergleich zu einem Versorgungsdruck des flüssigen Brennstoffes liefern. Die Mechanismen 17 können eine Versorgung oder einen Tank 50 für Dieselbrennstoff aufweisen, weiter einen Brennstofffilter und eine elektronisch gesteuerte Hochdruckbrennstoffpumpe 52, die flüssigen Brennstoff zur Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff liefern und den Druck darin steuern. Die Mechanismen 17 können flüssigen Brennstoff zur Common-Rail 22 in einem Bereich von höheren Brennstoffdrücken im Vergleich zum mittleren Versorgungsdruck des gasförmigen Brennstoffes liefern. Der Druck des gasförmigen Brennstoffes und der Druck des flüssigen Brennstoffes können aus Gründen einstellbar sein, die dem Fachmann verständlich sein werden, jedoch werden bei Strategien zur praktischen Ausführung im Allgemeinen die Drücke des flüssigen Brennstoffes höher sein als die Drücke des gasförmigen Brennstoffes, zumindest innerhalb der Common-Rails 21 und 22.
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Zusätzlich mit Bezug auf 4 kann das Dual-Brennstoffsystem 20 ein koaxiales Stegleitungsverbindungselement 30 aufweisen, und zwar mit einer inneren Stegleitung 32, die einen inneren Brennstoffdurchlass 61 definiert, und einer äußeren Stegleitung 33, die einen äußeren Brennstoffdurchlass 60 definiert, und mit einer Spitze in dichtendem Kontakt mit einem gemeinsamen konischen Sitz 27 von einer der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25. Jedes der Vielzahl von ähnlichen oder identischen Stegleitungsverbindungselementen 30 kann mit jeweils einer der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25 gekoppelt sein. Die Blöcke 31 der koaxialen Stegleitungsverbindungselemente 30 können miteinander 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 formen. Das letzte koaxiale Stegleitungsverbindungselement 30 in der Reihe kann einen Satz von Stöpseln anstelle der in 2 gezeigten Armaturen bzw. Verbindungselemente haben. Ein koaxiales Stegleitungsverbindungselement 30 ist somit strömungsmittelmäßig zwischen jeder der Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25 und sowohl der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff als auch der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff positioniert. Jedes koaxiale Stegleitungsverbindungselement 30 kann weiter eine Lasteinstellklemme 34 mit einer Schwenkfläche 75 in Kontakt mit einem der Blöcke 31 an einem Lasteinstellort aufweisen, der von einer Achse 29 der inneren Stegleitung 32 geschnitten wird.
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Jeder Block 31 von jedem koaxialen Stegleitungsverbindungselement 30 kann ein Segment der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff definieren, welches senkrecht zur Achse 29 der inneren Stegleitung 32 orientiert ist. Der Durchlass 60 öffnet sich an einem Ende in die Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff und öffnet sich an seinem anderen Ende in einen Gasbrennstoffeinlass 51, der von einem Einspritzvorrichtungskörper 39 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 definiert wird. Der Durchlass 61 öffnet sich an einem Ende in die Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff und öffnet sich an seinem gegenüberliegenden Ende in einen Flüssigbrennstoffeinlass 47, der von dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 39 definiert wird. Das Stegleitungsverbindungselement 30 bildet eine Dichtung 57 mit Metall auf Metall innerhalb des Einspritzvorrichtungskörpers 39. Die Dichtung 57 trennt die Durchlässe 60 und 61 und auch die Einlässe 47 und 51, die jeweils mit den Gas- und Flüssigbrennstoffdurchlässen innerhalb der Einspritzvorrichtung 25 verbunden sind, wie hier weiter beschrieben wird. Es wird klar sein, dass die Durchlässe 60 und 61 strömungsmittelmäßig die Flüssig- und Gasbrennstoffdurchlässe in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 mit den Common-Rails 22 bzw. 21 verbinden, und es wird klar sein, dass die Common-Rails 22 und 21 strömungsmittelmäßig jene Flüssig- und Gasbrennstoffdurchlässe mit der Versorgung 50 bzw. der Versorgung 40 verbinden.
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Nun auch mit Bezug auf 5 kann der Einspritzvorrichtungskörper 39 weiter ein Düsenspitzenteil 43 aufweisen, welches sich in den Zylinder 12 erstreckt. Der Einspritzvorrichtungskörper 39 kann auch einen Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 und einen Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 definieren, der sich zwischen dem Flüssigbrennstoffeinlass 47 und dem Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 erstreckt. Der Einspritzvorrichtungskörper 39 kann weiter einen Gasbrennstoffdüsenauslass 54 und einen Gasbrennstofflieferdurchlass 55 definieren, der sich zwischen dem Einlass 51 und dem Gasbrennstoffdüsenauslass 54 erstreckt. Der Flüssigbrennstoffdruck kann in den meisten Fällen höher sein als der Gasbrennstoffdruck, wie oben erwähnt. Jeder der Düsenauslässe 48 und 54 kann eine Vielzahl von Sprühzumessöffnungen aufweisen, die im Spitzenteil 43 ausgeformt sind, und die Düsenauslässe 48 und 54 können vertikal voneinander versetzt sein, wie gezeigt. Eine Vielzahl von internen Komponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25, die elektronisch gesteuert sein kann, werden verwendet, um das Öffnen und Schließen der Auslässe 48 und 54 in einer Weise zu steuern, die hier im Folgenden beschrieben wird.
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Der Einspritzvorrichtungskörper 39 kann eine Vielzahl von Körperteilen aufweisen, wobei das Spitzenteil 43 eines ist. Das Spitzenteil 43 kann in einem äußeren Körperteil 58 positioniert sein, welches an einem oberen Körperteil oder Klemmkörperteil 59 angebracht ist. Das obere Körperteil 59 kann verschraubbar mit dem Körperteil 58 gekoppelt sein und gedreht werden, um die inneren Komponenten der Einspritzvorrichtung 25 zusammen zu klemmen. Dübel bzw. Stifte oder irgendeine andere geeignete Strategie können verwendet werden, um die inneren Komponenten der Einspritzvorrichtung 25 während der Montage auszurichten, um erwünschte Strömungsmittelverbindungen zu erhalten, die hier weiter besprochen werden. Der Einspritzvorrichtungskörper 39 kann auch ein inneres Körperteil 62 und eine Zumessöffnungsplatte 63 aufweisen, die zwischen dem Körperteil 59 und dem Spitzenteil 43 geklemmt ist. Der Einspritzvorrichtungskörper 39 definiert weiter eine erste Rückschlagelementsteuerkammer 64 und eine zweite Rückschlagelementsteuerkammer 65, die jeweils in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffeinlass 47 und einem Niederdruckraum 66 sind. Der Niederdruckraum 66 kann aus irgendeiner Kombination oder Konfiguration von Auslässen, Räumen, Freiräumen bzw. Spielen zwischen Komponenten oder Leckpfaden bestehen, solange ein Druckgradient von den Rückschlagelementsteuerkammern 64 und 65 zum Niederdruckraum 66 eingerichtet sein kann, um eine Brennstoffeinspritzsteuerung zu ermöglichen. Die Einspritzvorrichtung 25 kann auch ein Flüssigbrennstoffnadelrückschlagelement 67 aufweisen, welches in dem Einspritzvorrichtungskörper 39 zwischen zurückgezogenen und vorgeschobenen Positionen geführt ist, in denen eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Durchlass 49 und dem Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 offen bzw. blockiert ist. Das Rückschlagelement 67 hat eine hydraulische Verschlussfläche 69, die einem Strömungsmitteldruck der ersten Rückschlagelementsteuerkammer 64 ausgesetzt ist, und hat weiter eine hydraulische Öffnungsfläche 70, die dem Brennstoffdruck des Durchlasses 49 ausgesetzt ist. In der Darstellung der 2 ist der Durchlass 49 teilweise nicht sichtbar, es wird jedoch dem Fachmann klar sein, dass der Durchlass sich durch die Komponenten erstreckt, die zwischen dem Einlass 47 und dem Auslass 48 positioniert sind, um flüssigen Brennstoff zur Einspritzung zu liefern. Eine Kammer 84 bildet einen Abschnitt des Durchlasses 49. Eine Düsenkammer 94 verbindet die Kammer 84 und den Auslass 48. Die Einspritzvorrichtung 25 weist weiter ein Gasbrennstoffnadelrückschlagelement 71, welches Seite-an-Seite und typischerweise parallel zum Nadelrückschlagelement 67 positioniert ist und in dem Einspritzvorrichtungskörper 39 zwischen zurückgezogenen und vorgezogenen Positionen geführt ist, in denen eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Durchlass 55 und dem Auslass 54 geöffnet bzw. blockiert ist, um die Einspritzung von gasförmigem Brennstoff aus dem Auslass 54 in den entsprechenden Zylinder 12 im Motor 8 zu steuern. Das Nadelrückschlagelement 71 hat eine hydraulische Verschlussfläche 72, die einem Strömungsmitteldruck der Rückschlagelementsteuerkammer 65 ausgesetzt ist und eine hydraulische Öffnungsfläche in der Kammer 84, die dem Brennstoffdruck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 ausgesetzt ist. Das Nadelrückschlagelement 71 kann auch Gasdrucköffnungsflächen haben, die einem Gasdruck des Gasbrennstofflieferdurchlasses 55 in einer Düsenkammer 96 ausgesetzt sind, wird jedoch typischerweise basierend zumindest teilweise auf einem hydraulischen Druck aufgedrückt werden.
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Die Einspritzvorrichtung 25 weist weiter ein Flüssigbrennstoffeinspritzsteuerventil 74 und ein Gasbrennstoffeinspritzsteuerventil 75 auf, die strömungsmittelmäßig zwischen den ersten und zweiten Rückschlagelementsteuerkammern 64 bzw. 65 und einem Niederdruckraum 66 positioniert sind. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist jedes der Steuerventile 74 und 75 ein Teil einer elektrisch betätigten Steuerventilanordnung, die zumindest ein Ventilglied, einen Anker und einen Elektromagnet hat. Ein erster Ablaufdurchlass 78 verbindet strömungsmittelmäßig die Rückschlagelementsteuerkammer 64 mit dem Steuerventil 74, welches betätigt wird, um einen Druck in der Rückschlagelementsteuerkammer 64 so zu verringern, dass eine hydraulische Verschlusskraft, die auf die hydraulische Verschlussfläche 69 wirkt, verringert wird, wodurch es dem Brennstoffdruck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 über die hydraulische Öffnungsfläche 70 ermöglicht wird, das Rückschlagelement 67 anzuheben und den Auslass 48 zu öffnen. Ein weiterer Ablaufdurchlass 80 verbindet strömungsmittelmäßig die Rückschlagelementsteuerkammer 65 mit dem Steuerventil 75, um das Öffnen des Nadelrückschlagelementes 71 zu ermöglichen, um gasförmigen Brennstoff über den Auslass 54 einzuspritzen. Im Gegensatz zu gewissen bekannten Dual-Brennstoffstrategien wirkt der Hydraulikdruck im Gegensatz zum Gasdruck auf eine hydraulische Öffnungsfläche von sowohl dem Flüssigbrennstoffnadelrückschlagelement als auch dem Gasbrennstoffnadelrückschlagelement, obwohl die vorliegenden Offenbarung nicht darauf eingeschränkt ist. Um die Einspritzung zu beenden, können die Steuerventile 74 und 75 deaktiviert werden, entweder erregt oder entregt werden, wie es der Fall sein mag, um den Strömungsmitteldruck in den Kammern 64 oder 65 auf den Rail-Druck für flüssigen Brennstoff zurück zu bringen. Die Steuerventile 74 und 75 können irgendeine geeignete Konfiguration haben und könnten jeweils ein Zwei-Wege-Ventil aufweisen, wie gezeigt, ein Drei-Wege-Ventil oder noch eine weitere Strategie. In einer Strategie zur praktischen Ausführung weist die Einspritzvorrichtung 25 weiter eine erste Feder 82 auf, die das Nadelrückschlagelement 67 geschlossen vorspannt, was den Auslass 48 abdichtet, und eine zweite Feder 83, die das Nadelrückschlagelement 71 geschlossen vorspannt, um den Auslass 54 abzudichten. Ein Öffnen der Nadelrückschlagelemente 67 oder 71 kann entgegen einer Vorspannung der entsprechenden Feder auftreten. Ein Schließen der Nadelrückschlagelemente 67 und 71 kann gegen die Strömungsmitteldrücke auftreten, welche dem Verschlussdruck entgegen wirken, der in den Steuerkammern 64 und 65 vorgesehen wird. Im Fall des Rückschlagelementes 71 kann der Gasdruck auf die Spitze gegen den Verschlussdruck in der Steuerkammer 65 wirken. Das Rückschlagelement 67 und das Rückschlagelement 71 sind in ersten und zweiten Führungsbohrungen 85 und 86 aufgenommen, die durch das Spitzenteil 43 definiert werden.
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Es sei daran erinnert, dass die hydraulischen Öffnungsflächen 70 und 73 dem Brennstoffdruck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 ausgesetzt sind, der typischerweise gleich dem Brennstoffdruck in der Common-Rail 22 ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Rückschlagelemente 67 und 71 jeweils teilweise innerhalb der Kammer 84 positioniert, welche einen Abschnitt des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 bildet. Die ersten und zweiten Federn 82 und 83 können in der Kammer 84 positioniert sein und diese kann somit als Federkammer angesehen werden. Die hydraulischen Öffnungsflächen 70 und 73 können somit dem Brennstoffdruck innerhalb der gleichen Federkammer 84 ausgesetzt sein. In alternativen Ausführungsbeispielen könnten mehrere Federkammern oder eine gewissen andere Strategie zum Liefern bzw. Leiten des Rail-Druckes für Flüssigkeit zu den hydraulischen Öffnungsflächen verwendet werden.
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Nun auch mit Bezug auf 6 sei daran erinnert, dass der flüssige Brennstoff von der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff zum Flüssigbrennstoffdurchlass 49 mit hohem Druck geliefert werden kann, und dass gasförmiger Brennstoff von der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff zum Gasbrennstoffdurchlass 55 mit mittlerem Druck geliefert werden kann. In einem Modus nur mit flüssigem Brennstoff kann eine Differenz zwischen den mittleren und hohen Drücken ungefähr 50 MPa bis ungefähr 80 MPa sein, während in einem gemischten Modus die Differenz ungefähr 5 MPa sein kann. Der Einspritzvorrichtungskörper 39 und das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 bilden zusammen eine Leckpfad 77 für eine gesteuerte Leckage von flüssigem Brennstoff aus dem Flüssigbrennstoffdurchlass 49 zum Gasbrennstoffdurchlass 55. Eine solche gesteuerte Leckage kann ein Konstruktionsmerkmal sein, welches ermöglicht, dass vergleichsweise kleine Mengen an flüssigem Brennstoff durch den Leckpfad 77 wandern, um Oberflächen des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 zu schmieren, welche in Kontakt mit den Oberflächen des Einspritzvorrichtungskörpers 39 kommen. Die meiste Zeit wird diese kleine Menge an gewandertem bzw. gelecktem flüssigen Brennstoff durch den Auslass 54 während der Einspritzung von gasförmigem Brennstoff ausgestoßen. Zu gewissen Zeiten kann es wünschenswert sein, das Motorsystem 10 in einem Modus nur für flüssigen Brennstoff zu betreiben, wie beispielsweise wenn ein gewisser Fehler in dem Gasbrennstoffuntersystem 23 auftritt, während eines Start- oder Diagnosebetriebs oder wenn das Motorsystem 10 beispielsweise keinen gasförmigen Brennstoff mehr hat. Es kann dann wünschenswert sein, die Wanderung von flüssigem Brennstoff durch den Leckpfad 77 zu verringern oder idealer Weise zu eliminieren, um zu vermeiden, dass sich flüssiger Brennstoff in dem Gasbrennstoffuntersystem 23 ansammelt oder dieses schädigt. Zu diesem Zweck kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 eine eine Leckage begrenzende Dichtung 87 aufweisen, die eine Außenfläche 88 hat, die einem Strömungsmitteldruck des Flüssigbrennstoffdurchlasses 49 ausgesetzt ist, und die eine Innenfläche 89 hat, die einem Strömungsmitteldruck des Leckpfades 77 ausgesetzt ist. Die Dichtung 87 ist um das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 so positioniert, dass die Dichtung 87 sich in dichtendem Kontakt mit dem Gasbrennstoffrückschlagelement 71 ansprechend auf eine Zunahme des Druckabfalls verformt. Während eines Betriebs nur mit Flüssigkeit wird der Druck in dem Gasbrennstoffuntersystem 23 und insbesondere der Strömungsmitteldruck in der Common-Rail 21, verringert, und kann auf atmosphärischen Druck abfallen. Zur gleichen Zeit kann ein Druck des flüssigen Brennstoffes in dem Flüssigbrennstoffuntersystem 53 aufrechterhalten werden oder gesteigert werden, um eine Anforderung zur Einspritzung von flüssigem Brennstoff oder eine Anforderung für eine Einspritzung einer gesteigerten Menge von flüssigem Brennstoff aufzunehmen bzw. zu erfüllen. Wenn kein Mechanismus zum Managen bzw. Ausgleichen der Effekte der Zunahme des Druckabfalls vorhanden ist, wäre zu erwarten, dass eine Leckagerate durch den Leckpfad 77 wesentlich zunimmt. Somit könnten in einigen Fällen die Lehren der vorliegenden Offenbarung dafür angewendet werden, eine Zunahme der Leckage zu begrenzen, obwohl in Strategien zur praktischen Ausführung die Leckage typischer Weise im Wesentlichen eliminiert wird. Im Fall eines Startzustandes wird der Druck des flüssigen Brennstoffes natürlich tendenziell angehoben, während der Druck des gasförmigen Brennstoffes tendenziell für eine Zeit auf irgendeinem Druck bleiben wird, der in dem Gasbrennstoffuntersystem 23 vorhanden war, wenn der Motor 10 abgeschaltet war, typischer Weise auf atmosphärischem Druck. In der Darstellung der 6 ist die Dichtung 87 in einem ersten Zustand, wie in der detaillierten Vergrößerung gezeigt, wobei die Innenfläche 89 ein Spiel 95 zum Gasbrennstoffrückschlagelement 71 hat und die gesteuerte Leckage von flüssigem Brennstoff durch den Leckpfad 77 gestattet. Die Dichtung 87 ist in einen zweiten Zustand verformbar, in dem die Innenfläche 89 in dichtendem Kontakt mit dem Rückschlagelement 71 ist, um die Leckage zu begrenzen. Der dichtende Kontakt kann einen Kontakt von Metall zu Metall aufweisen, da sowohl das Rückschlagelement 71 als auch die Dichtung 87 aus Metall geformt sein können, wie beispielsweise aus einem geeigneten Stahl. Es sei bemerkt, dass der dichtende Kontakt nicht gleichförmig auftreten kann und nicht eine perfekte Flüssigkeitsdichtung bilden kann, jedoch in jedem Fall tendenziell das Spiel 95 verringern und/oder schließen wird, so dass ein Querschnitt des Leckpfades 77 null oder nahe null wird, zumindest an einem gewissen Punkt entlang der Schnittstelle zwischen der Dichtung 87 und dem Rückschlagelement 71.
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Es ist aus 6 ersichtlich, dass die Außenfläche 88 sich umlaufend um das Rückschlagelement 71 an einer radial äußeren Stelle erstreckt. Die Innenfläche 89 erstreckt sich genauso in Umfangrichtung um das Rückschlagelement 71, jedoch an einer radial inneren Stelle, so dass die Verformung der Dichtung 87 in einer Richtung radial nach innen auftritt. Die Dichtung 87 definiert eine Längsachse 81, und die Oberflächen 88 und 89 können parallel, konzentrisch und auf der Achse 81 zentriert sein. In dem Ausführungsbeispiel der 6 hat die Dichtung 87 die Form einer im Allgemeinen zylindrischen Hülse und ist integral mit dem Spitzenteil 43 ausgeformt. Entsprechend erstreckt sich ein ringförmiger Strömungsmittelraum 90 zwischen der Dichtung 87 und dem Rest des Spitzenteils 43, wobei der Raum 90 zu einer Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffdurchlass 49 über die Kammer 84 offen ist. In einer Strategie zur praktischen Ausführung kann das Spiel 95 ein passendes Spiel aufweisen bzw. spielfrei sein. Die Führungsbohrung 86 kann von der Düsenkammer 96 zur Kammer 84 einen gleichförmigen Innendurchmesser haben, wobei die Dichtung 87 der Teil des Spitzenteils 43 ist, der von dem Raum 90 umgeben wird. Die Führungsbohrung 86 könnte stattdessen in dem Teil des Spitzenteils 43, der die Dichtung 87 bildet, ein enger passendes Spiel haben und könnte sonst ein etwas loseres Führungsspiel haben. In vielen Fällen ist zu erwarten, dass das Material des Spitzenteils 43, welches die Dichtung 87 bildet, sich ungleichförmig verformen könnte, wobei Teile der Dichtung 87 relativ nahe an der Kammer 84 leichter verformbar sind als Teile näher an der Düsenkammer 96. Entsprechend ist zu erwarten, dass die Dichtung 87 nach unten um das Rückschlagelement 71 drückt oder klemmt, um die Strömungsmitteldichtung genau benachbart zur Kammer 84 am oberen Ende des Spitzenteils 43 zu formen. Die Oberflächen 88 und 89 könnten in alternativen Ausführungsbeispielen nicht parallel sein.
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Nun mit Bezug auf 7 ist dort eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 125 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, welche einen Einspritzvorrichtungskörper 139 mit einem Flüssigbrennstoffrückschlagelement 167 und einem Gasbrennstoffrückschlagelement 171 aufweist, wobei jedes davon in einem Spitzenteil 143 zwischen zurückgezogenen und vorgeschobenen Positionen geführt ist, in denen die Strömungsmittelverbindung zwischen einem Flüssigbrennstoffdurchlass 149 und einem Flüssigbrennstoffdüsenauslass 148 und zwischen einem Gasbrennstoffdurchlass 155 und einem Gasbrennstoffdüsenauslass 154 offen bzw. blockiert ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 125 ist analog zu der oben besprochenen Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 konfiguriert und funktioniert im Allgemeinen analog dazu, außer wo dies in anderer Weise angezeigt wird. Analog zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 weist die Brennstoffeinspritzvorrichtung 125 eine eine Leckage begrenzende Dichtung 187 auf, welche eine Längsachse 191 definiert, die sich zwischen einem ersten axialen Ende 192 und einem zweiten axialen Ende 193 der Dichtung 187 erstreckt. Die Dichtung 187 weist weiter eine Außenfläche 188 auf, die sich umlaufend um das Gasbrennstoffrückschlagelement 171 an einer radial äußeren Stelle erstreckt, und eine Innenfläche 189, die sich umlaufend um das Gasbrennstoffrückschlagelement 171 an einer radial inneren Stelle erstreckt. Das Gasbrennstoffrückschlagelement 171 und der Einspritzvorrichtungskörper 139, insbesondere das Spitzenteil 143, bilden zusammen einen Leckpfad 177 zur gesteuerten Leckage von flüssigem Brennstoff aus dem Flüssigbrennstoffdurchlass 149 in den Gasbrennstoffdurchlass 155. Die Dichtung 187 ist von einem ersten Zustand, in dem die Innenfläche 189 ein Spiel 195 mit dem Rückschlagelement 171 hat und die gesteuerte Leckage von flüssigem Brennstoff durch den Leckpfad 177 gestattet, zu einem zweiten Zustand verformbar, wo das Spiel 195 verringert ist und die Oberfläche 189 in dichtendem Kontakt mit dem Rückschlagelement 171 ist, und zwar ansprechend auf eine Zunahme eines Druckabfalls von dem Flüssigbrennstoffdurchlass 149 zum Gasbrennstoffdurchlass 155.
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Im Gegensatz zur Konstruktion der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25, deren die Leckage begrenzende Dichtung integral mit einem Spitzenteil ausgeformt ist, weist die Dichtung 187 bei der Brennstoffeinspritzvorrichtung 125 eine schwimmende Dichtung auf, die am Spitzenteil 143 anliegt, und zwar im Kontakt mit dem Spitzenteil 143 an einem axialen Ende des Spitzenteils 143, welches zu einer Kammer weist, welche einen Abschnitt des Brennstoffdurchlasses 149 bildet, und teilweise diese Kammer definiert. Die Dichtung 187 schwimmt in dem Sinne, dass ihre Position relativ zum Spitzenteil 143 nicht festgelegt ist. In einer Strategie zur praktischen Ausführung kann das Spiel 195 ein geringeres Spiel aufweisen, und das Rückschlagelement 171 kann ein größeres Spiel 199 zum Einspritzvorrichtungskörper 143, nämlich zum Spitzenteil 143, innerhalb einer darin ausgeformten Bohrung 186 aufweisen. Das Spiel 195 kann ein passendes Spiel bzw. ein Spiel von null aufweisen, und das Spiel 199 kann ein Führungsspiel bzw. Verschiebespiel aufweisen.
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Das Spitzenteil 143 kann weiter einen Verbindungsdurchlass 179 definieren, der einen Druck des Gasbrennstoffdurchlasses 155 mit einem Niederdruckbereich 197 in Verbindung bringt, der teilweise durch die Dichtung 187 und teilweise durch das Spitzenteil 143 gebildet wird. Alternativ könnte ein ähnlicher Verbindungsdurchlass in dem Rückschlagelement 171 geformt werden. Während 7 den Durchlass 179 derart veranschaulicht, dass er sich entlang des Spiels 199 und in Verbindung mit diesem erstreckt, wird somit dem Fachmann leicht offensichtlich sein, dass eine Nut oder Ähnliches in dem Rückschlagelement 171 eine ähnliche Funktion vorsehen könnte. Der Niederdruckbereich 197 wird ermöglichen, dass die Innenfläche 189 einem Strömungsmitteldruck des Leckpfades 177 ausgesetzt wird, der typischer Weise mit dem Strömungsmitteldruck des Gasbrennstoffdurchlasses 155 verbunden ist, jedoch nicht notwendigerweise gleich ist. Das zweite axiale Ende 193 kann weiter eine ringförmige Messerkante aufweisen, die sich umlaufend um die Achse 191 erstreckt und gegen das Spitzenteil 143 ansprechend auf eine hydraulische Kraft abdichtet, die auf die Dichtung 187 aufgebracht wird.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Mit Bezug auf die Zeichnungen im Allgemeinen, jedoch insbesondere auf die 6 und 7, sei daran erinnert, dass in gewissen Fällen ein Druckabfall von den Flüssigbrennstoffdurchlässen 49 und 149 zu den Gasbrennstoffdurchlässen 55 und 155 gesteigert werden kann, wie beispielsweise während eines Startbetriebs des Motorsystems 10, während eines Betriebs zu Diagnosezwecken oder während irgendeines anderen Zustands, wo ein Modus nur mit flüssigem Brennstoff erwünscht ist. Ansprechend auf den gesteigerten Druckabfall können die eine Leckage begrenzenden Dichtungen 87 und 187 in dichtendem Kontakt mit den Gasbrennstoffrückschlagelementen 71 und 171 verformt werden. Als eine Folge der Verformung kann eine Leckage von flüssigem Brennstoff durch die Leckpfade 77 und 177 verringert werden, möglicherweise auf null.
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Während eines Modus nur mit flüssigem Brennstoff werden die Gasbrennstoffrückschlagelemente 71 und 171 typischer Weise in ihren vorgeschobenen Positionen bleiben, wodurch die entsprechenden Gasbrennstoffauslässe 54 und 154 blockiert werden. Im Fall der Einspritzvorrichtung 25 wird die Dichtung 87 tendenziell in einem nach innen verformten Zustand bleiben, wobei sie um das Rückschlagelement 71 zusammengedrückt ist und eine Wanderung bzw. Leckage von flüssigem Brennstoff auf die Gasbrennstoffseite des Dual-Brennstoffsystems 20, nämlich in das Untersystem 23, begrenzt. Im Fall der Brennstoffeinspritzvorrichtung 125 wird die Dichtung 187 tendenziell während des Modus nur mit flüssigem Brennstoff in einem nach innen verformten Zustand bleiben, wobei sie ebenfalls um das Rückschlagelement 171 zusammengedrückt ist und in einer vorgespannten unteren Position durch den Strömungsmitteldruck des Durchlasses 149 gehalten wird, so dass die Messerkante 198 gegen das Spitzenteil 143 abdichtet. Die Verbindungsnut 179 wird den Druckbereich 197 mit einem Druck des Gasbrennstoffdurchlasses 155 verbinden.
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Wenn es wünschenswert ist, in einen Gasbrennstoffmodus oder einen gemischten Modus mit flüssigem und gasförmigem Brennstoff zurückzukehren, wird der Druckabfall von den Flüssigbrennstoffdurchlässen 49 und 149 zu den Gasbrennstoffdurchlässen 55 und 155 typischer Weise verringert, entweder wegen einer Verringerung des Druckes des flüssigen Brennstoffes oder einer Zunahme des Druckes des gasförmigen Brennstoffes oder wegen beidem. Das Verringern des Druckabfalls wird tendenziell das Ausmaß verringern, in dem die Dichtungen 87 und 187 nach innen verformt werden, und eine gesteuerte Leckage des flüssigen Brennstoffes durch die Leckpfade 77 und 177 wird wieder eintreten.
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Die vorliegende Offenbarung ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und soll nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränken. Dem Fachmann wird klar sein, dass verschiedene Modifikationen an den vorliegenden offenbarten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne vom vollen und zugemessenen Umfang und Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden aus einer Betrachtung der beigefügten Zeichnungen und der angefügten Ansprüche offensichtlich werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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