DE102014014452A1

DE102014014452A1 - Dual-Fuel-Injektor, Verfahren zur Ausführung damit sowie Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102014014452A1
Application number: DE102014014452.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Kalenborn
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: Woodward LOrange GmbH
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2034-09-27
Also published as: DE102014014452B4

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Dual-Fuel-Injektor (3), aufweisend: – eine Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit (5); – einen niederdruckseitigen Flüssigkraftstoff-Leckageauslass (31); – eine Brenngas-Düsenventileinheit (33) mit einem Gas-Düsenraum (43), welcher über eine Hochdruckseite des Injektors (3) mit Brenngas versorgbar ist; wobei – im Dual-Fuel-Injektor (3) ein Strömungsweg (65) gebildet ist, welcher von dem Gas-Düsenraum (43) an den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass (31) führt; – im Strömungsweg eine Ventilvorrichtung (69) mit einer gasdüsenraumseitigen Abströmseite (71) und einer flüssigkraftstoff-leckageauslassseitigen Abströmseite (73) angeordnet ist; wobei die Ventilvorrichtung (69) ausgelegt ist, bei einem Brenngas-Betriebszustand des Dual-Fuel-Injektors (3), welcher mit einem relativ hohen Druckgefälle zwischen der Anström- (71) und der Abströmseite (73) einhergeht, den Strömungsweg (65) zu sperren und bei einem demgegenüber relativ geringeren Druckgefälle zu öffnen. Daneben werden im Zusammenhang mit dem Dual-Fuel-Injektor (3) auch ein Verfahren und ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dual-Fuel-Injektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ausführung mit einem Dual-Fuel-Injektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9 sowie ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5. Der Dual-Fuel-Injektor, das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem und das Verfahren sind z. B. mit Zündstrahl-Motoren verwendbar, insbesondere solchen, welche neben einem Brenngas-Betrieb (insbesondere Zündstrahlbetrieb mit Brenngas und einem Diesel- oder Schweröl-Zündstrahl) einen reinen Flüssigkraftstoff-Betrieb, insbesondere einen Diesel- oder Schwerölbetrieb vorsehen. An die Stelle von Schweröl kann hierbei z. B. auch Bio-Öl oder Biokraftstoff treten.
Seit jeher ist es bei Dual-Fuel-Brennkraftmaschinen der eingangs erwähnten Art problematisch, für eine ausreichende Kühlung der Gas-Düsenventileinheit bzw. des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors zu sorgen, wenn dieser im reinen Flüssigkraftstoffbetrieb arbeitet. Zwar kühlt der Flüssigkraftstoff bei dessen Durchfluss durch die Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit den Kraftstoffinjektor, bei – insbesondere konzentrischen – Anordnungen mit außenliegender Gas-Düsenventileinheit und innenliegender Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit nicht jedoch in ausreichendem Maße auch die Gas-Düsenventileinheit. Oftmals stellt der Gas-Düsenraum selbst eine Wärmeisolierung dar, wodurch die Übertragung der von den außenliegenden Randbereichen der Düse aufgenommenen Wärme in Injektorlängsrichtung (axialer Wärmestrom in der Düse) behindert wird. Die Folgen einer zu hohen Temperaturbelastung des Gasdüsenteils sind dann ein erhöhter Düsennadelverschleiß, Undichtigkeit oder aber auch Belagsbildung auf der Gas-Düsennadel, insbesondere wenn diese mit Diesel-Mischleckage in Kontakt kommt.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Dual-Fuel-Injektor anzugeben, welcher eine verbesserte Kühlung bei einem insbesondere ausschließlichen Flüssigkraftstoffbetrieb ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Dual-Fuel-Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, welches für solch eine verbesserte Kühlung eingerichtet ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Letztlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, mittels welchem eine verbesserte Kühlung an einem Dual-Fuel-Injektor erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind daneben in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Zweisstoff- bzw. Dual-Fuel-Injektor, insbesondere zur Verwendung mit einem Flüssigkraftstoff, zum Beispiel Dieselkraftstoff, Biokraftstoff oder Schweröl und weiterhin mit einem gasförmigem Kraftstoff bzw. Brenngas, zum Beispiel Erdgas. Der Dual-Fuel-Injektor ist im Rahmen einer Brenngas-Betriebsart insbesondere für einen Zündstrahlbetrieb vorgesehen (Flüssigkraftstoff-Zündstrahl zur Zündung des gasförmigen Kraftstoffs), daneben im Rahmen einer Flüssigkraftstoff-Betriebsart insbesondere für einen reinen Flüssigkraftstoffbetrieb. Der Dual-Fuel-Injektor, wie auch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem oder das Verfahren, ist z. B. mit einem Großmotor verwendbar, insbesondere einem Schnellläufer, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug wie etwa einem Schiff oder einem Nutzfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung vorgesehen, z. B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat, z. B. auch für Industrieanwendungen.
Der erfindungsgemäße Dual-Fuel-Injektor weist eine Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit auf, welche zur Einspritzung von Flüssigkraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Bevorzugt ist die Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit (hydraulisch) indirekt steuerbar, d. h nach dem Prinzip Steuerraum-Pilotventil. Als Steuerfluid dient hierbei bevorzugt Flüssigkraftstoff, als Düsenventilglied insbesondere eine Düsennadel.
Insbesondere für die Verwendung mit einer Brenngas-Betriebsart des Dual-Fuel-Injektors umfasst derselbe weiterhin eine Brenngas-Düsenventileinheit mit einem Gas-(Düsen)Raum, welcher über eine Hochdruckseite des Injektors, insbesondere einen Brenngaseinlass, mit Brenngas anströmbar bzw. versorgbar ist. Bevorzugt ist auch die Brenngas-Düsenventileinheit (hydraulisch) indirekt steuerbar, wiederum insbesondere mittels Flüssigkraftstoff als Steuerfluid, als Düsenventilglied dient wiederum bevorzugt wenigstens eine Düsennadel.
Der Dual-Fuel-Injektor umfasst weiterhin einen niederdruckseitigen Flüssigkraftstoff-Leckageauslass. Der Flüssigkraftstoff-Leckageauslass ist insbesondere bereitgestellt, Steuerleckage des Injektors, insbesondere der Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit und/oder der Brenngas-Düsenventileinheit, aus dem Injektor abzuführen.
In die Erfindung kennzeichnender Weise ist im Dual-Fuel-Injektor weiterhin ein Kanal- bzw. Strömungsweg definiert bzw. gebildet, welcher von dem Gas-Düsenraum an den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass führt, d. h. geeignet ist, dieselben kommunizierend zu verbinden. Der Strömungsweg kann baulich unaufwändig mittels eines Bohrkanals gebildet sein, bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung kann ein Abschnitt des Strömungswegs, welcher mit dem Gas-Düsenraum kommuniziert, insbesondere ein Tauchrohr umfassen, welches in den Gas-Düsenraum taucht.
Weiterhin in die Erfindung kennzeichnender Weise ist im Strömungsweg eine Ventilvorrichtung angeordnet, welche eine gasdüsenraumseitige Anströmseite (über den Strömungsweg in Kommunikation mit dem Gas-Düsenraum) und eine flüssigkraftstoff-leckageauslassseitige Abströmseite (über den Strömungsweg in Kommunikation mit dem Flüssigkraftstoff-Leckageauslass) aufweist. Die Ventilvorrichtung ist hierbei bereitgestellt bzw. ausgelegt, bei einem Brenngas-Betrieb(szustand) des Dual-Fuel-Injektors, welcher mit einem relativ hohen Druckgefälle zwischen der Anström- und der Abströmseite einhergeht, den Strömungsweg zu sperren und bei einem demgegenüber relativ geringeren Druckgefälle zu öffnen.
Bei einem Brenngas-Betriebszustand mit relativ höherem Druckgefälle liegt anströmseitig insbesondere ein Hochdruckniveau an (via an den Gas-Düsenraum zugeführtes, hochdruckbeaufschlagtes Brenngas), z. B. mit einem Druck von 350 bar, während abströmseitig ein Flüssigkraftstoffleckage-Niederdruckniveau vorherrscht, z. B. im Bereich von 0,5 bis 3 bar. Ein Öffnen des Strömungswegs via die geeignet ausgelegte Ventilvorrichtung ist demgegenüber insbesondere vorgesehen in Betriebszuständen, in welchen anströmseitig als auch abströmseitig ein Niederdruckniveau anliegt, z. B. im Bereich von 5 bis 10 bar bzw. 0,5 bis 3 bar. Ein solcher Injektor-Betriebszustand ist im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Betriebszustand, bei welchem niederdruckbeaufschlagter Flüssigkraftstoff an den Gas-Düsenraum zum Zwecke einer Kühlung desselben zugeführt wird. Eine Auslöseschwelle für ein Öffnen (unterhalb der Auslöseschwelle) bzw. Sperren (oberhalb der Auslöseschwelle) der Ventilvorrichtung kann zum Beispiel im Bereich eines Differenzdrucks bzw. Druckgefälles von 15 bis 20 bar gewählt sein.
Die Ventilvorrichtung kann bevorzugt ein druckgesteuertes, insbesondere differenzdruckgesteuertes Ventil bzw. Absperrventil, weiterhin insbesondere ein selbsttätiges Ventil sein. Die Ventilvorrichtung ist bevorzugt unmittelbar im Strömungsweg angeordnet.
Mittels des erfindungsgemäß ausgestalteten Dual-Fuel-Injektors ist es vorteilhaft möglich, den Dual-Fuel-Injektor insbesondere während eines reinen Flüssigkraftstoff-Betriebs wirksam zu kühlen. Ausgehend von der Hochdruckseite des Dual-Fuel-Injektors kann mit dem Injektor ein – niederdruckbeaufschlagter – Flüssigkraftstoffstrom über den Gas-Düsenraum, den Strömungsweg sowie den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass zirkuliert werden, welcher den Dual-Fuel-Injektor entwärmt, wobei die Ventilvorrichtung ein Öffnen und Sperren des Strömungswegs auf einfache Weise betriebsartsabhängig steuert. Ersichtlich wird die Möglichkeit einer derartigen Kühlung hierbei äußerst unaufwändig erzielt. Aus dem Stand der Technik bekannte Kühlvorrichtungen wie zusätzliche Kühlkanäle am brennraumseitigen Ende des Injektors, für welche zumeist kaum Raum verfügbar ist, sind vorteilhaft entbehrlich.
Bevorzugt mit einem wie vorstehend erläuterten Dual-Fuel-Injektor gebildet, wird mit der Erfindung auch ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen, welches – wie der Injektor – insbesondere für eine Brenngas-Betriebsart, bevorzugt für einen Zündstrahlbetrieb, daneben für eine Flüssigkraftstoff-Betriebsart, insbesondere für einen reinen Flüssigkraftstoffbetrieb, eingerichtet ist. Das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem weist eine Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke mit einer Niederdruck- und einer Hochdruckfördervorrichtung auf, welche an einen Flüssigkraftstoffeinlass des Dual-Fuel-Injektors geführt ist. Bevorzugt ist die Niederdruckfördervorrichtung als Niederdruckpumpe bzw. Vorförderpumpe bereitgestellt, zum Beispiel Druckniveaus von 5 bis 10 bar generierend, die Hochdruckfördervorrichtung als Hochdruckpumpe, zum Beispiel ausgelegt für eine Druckbeaufschlagung bis 2500 bar. Mittels der Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke kann Flüssigkraftstoff – zum Beispiel aus einem Tank – via die Niederdruckpumpe an die Hochdruckpumpe und – hochdruckbeaufschlagt – weiter zum Dual-Fuel-Injektor gefördert werden, der Dual-Fuel-Injektor insoweit mit Flüssigkraftstoff versorgt werden.
Das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem weist weiterhin eine an einen Brenngaseinlass des Dual-Fuel-Injektors geführte Brenngas-Versorgungsstrecke mit einer Brenngasfördervorrichtung auf. Die Brenngas-Versorgungsstrecke ist insbesondere bereitgestellt, hochdruckbeaufschlagtes Brenngas an den Brenngaseinlass des Dual-Fuel-Injektors zu versorgen, wobei die Brenngasfördervorrichtung z. B. mittels eines Gasverteilers (Gasrail) oder Druckvorrats und/oder zum Beispiel eines vorgeschalteten Verdichters gebildet sein kann. Über die Brenngas-Versorgungsstrecke bereitgestelltes, hochdruckbeaufschlagtes Brenngas kann zum Beispiel mit einem Druckniveau im Bereich von 350 bar an den Dual-Fuel-Injektor versorgt werden.
Insbesondere um eine wie vorstehend erwähnte, verbesserte Kühlung des Dual-Fuel-Injektors erzielen zu können, ist das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem eingerichtet, einhergehend mit einem (ausschließlichen) Flüssigkraftstoffbetrieb des Dual-Fuel-Injektors einen Flüssigkraftstoffstrom über den Brenngaseinlass, den Gas-Düsenraum, den Strömungsweg (Ventilvorrichtung geöffnet), den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass und die Niederdruck-Fördervorrichtung zirkulieren zu lassen, so dass der Injektor – außerhalb eines Brenngasbetriebs – wirksam entwärmt wird. Hierzu ist insbesondere ein niederdruckbeaufschlagter Flüssigkraftstoffstrom vorgesehen, dessen anströmseitiges Druckniveau bevorzugt derart gewählt ist, dass einerseits die Ventilvorrichtung öffnet und andererseits die Durchströmung verlässlich hin zum Flüssigkraftstoff-Leckageauslass erfolgt, das heißt in einer vorgesehenen Ablaufrichtung.
Für die Versorgung des niederdruckbeaufschlagten Flüssigkraftstoffs an den Brenngaseinlass – zum Zwecke der Zirkulation – ist das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem bevorzugt eingerichtet, den Flüssigkraftstoff aus der Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckfördervorrichtung abzuzweigen. Mit anderen Worten wird der Flüssigkraftstoff hierbei mit einem Druckniveau beaufschlagt, welches durch die Niederdruck-Fördervorrichtung bereitgestellt wird. Hierbei kann das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem weiterhin eingerichtet sein, den zirkulierenden Flüssigkraftstoff an einer Anströmseite der Niederdruckfördervorrichtung in die Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke zurückzuspeisen, so dass über die Niederdruckfördervorrichtung ein geschlossener Zirkulationskreis erzielt ist.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem für die vorstehend erläuterte Flüssigkraftstoffzirkulation bevorzugt eine Zweigleitung auf, welche von der Flüssigkraftstoff-Versorgungstrecke (insbesondere zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckfördervorrichtung abzweigend) in die Brenngas-Versorgungsstrecke einzweigt (möglichst injektornah). Hierbei ist die Anordnung einer Rückschlagventilvorrichtung in der Zweigleitung vorgesehen, welche Rückschlagventilvorrichtung in Richtung von der Brenngas-Versorgungsstrecke zur Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke sperrt. Derart kann vorteilhaft einfach verhindert werden, dass Brenngas in das Flüssigkraftstoffsystem strömt, wenn das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem im Brenngas-Betrieb betrieben wird (mit einer Brennkraftmaschine).
Das erfindungsgemäße Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem sieht bei bevorzugten Ausgestaltungen weiterhin vor, dass eine Leckageleitung in Kommunikation mit dem Flüssigkraftstoff-Leckageauslass des Injektors an einer Anströmseite der Niederdruck-Fördervorrichtung in die Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke geführt ist bzw. darin einzweigt. Somit kann vermieden werden, dass eventuell gashaltiger „Kühlkraftstoff” im Rahmen der Zirkulation in einen Flüssigkraftstoffvorrat, z. B. einen Tank, der Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke zurückgefürt wird, da der gegebenenfalls gashaltige Kühlkraftstoff zusammen mit dem Steuerleckage-Kraftstoff des Injektors bei einer solchen Ausgestaltung ausschließlich zwischen Injektor und Niederdruck-Fördervorrichtung zirkuliert. Im Rahmen der Zirkulation kann der gegebenenfalls gasbehaftete Flüssigkraftstoff weiterhin vorteilhaft mit Frischkraftstoff vermengt werden, welcher über die Niederdruck-Fördervorrichtung für den Flüssigkraftstoff-Einspritzbetrieb aus dem Kraftstoffvorrat entnommen wird. So kann der Anteil anfänglich in den Flüssigkraftstoff gegebenenfalls eingetragenen Brenngases einerseits zunehmend reduziert, das Brenngas daneben vorteilhaft einfach in den Brennraum ”entsorgt” werden. In der Leckageleitung ist weiterhin bevorzugt eine Kühlvorrichtung und/oder eine einstellbare Drossel angeordnet, welch letztere ein Angleichen des mittleren Leckagegegendrucks bewirken kann.
Insbesondere bei einer wie vorstehend erläuterten Ausgestaltung des Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystems ist vorgesehen, dass die Brenngas-Versorgungsstrecke zwischen der Einzweigung der Zweigleitung und der Brenngasfördervorrichtung eine weitere Rückschlagventilvorrichtung aufweist, welche in Richtung von der Einzweigung zur Brenngasfördervorrichtung sperrt. Somit wird vorteilhaft einfach auch verhindert, dass Flüssigkraftstoff in das Brenngassystem bzw. einen Gasverteiler eintritt.
Weiterhin bevorzugt ist das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem auch zur selektiven Druckentlastung der Brenngas-Versorgungsstrecke eingerichtet, das heißt zur Druckentlastung zwischen dem weiteren Rückschlagventil und der Brenngasfördervorrichtung. Durch Druckentlastung kann sichergestellt werden, dass die weitere Rückschlagventilvorrichtung bei Versorgung von Flüssigkraftstoff an den Brenngaseinlass zuverlässig sperrt.
Mit der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Ausführung mit einem Dual-Fuel-Injektor vorgeschlagen, insbesondere mit einem wie vorstehend erläuterten Dual-Fuel-Injektor und weiterhin insbesondere auch einem wie vorstehend erläuterten Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem, wobei der Dual-Fuel-Injektor in einer Flüssigkraftstoff-Betriebsart (insbesondere ausschließlicher Flüssigkraftstoffbetrieb) und in einer Brenngas-Betriebsart betrieben werden kann (zum Beispiel Zündstrahlbetrieb), wobei der Dual-Fuel-Injektor eine Brenngas-Düsenventileinheit mit einem Gas-Düsenraum und eine Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit aufweist, wobei während der Flüssigkraftstoffbetriebsart des Dual-Fuel-Injektors Flüssigkraftstoff zur Kühlung des Dual-Fuel-Injektors durch den Gas-Düsenraum hindurch geleitet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht hierbei in weiterer Ausgestaltung vor, dass während einer Umschaltphase, innerhalb derer von der Brenngas-Betriebsart (ohne Kühlung) in die Flüssigkraftstoffbetriebsart (mit Kühlung) gewechselt wird, zunächst eine Versorgung von Brenngas an den Brenngas-Einlass eingestellt und die Brenngas-Versorgungsstrecke (zwischen dem weiteren Rückschlagventil und der Brenngasfördervorrichtung) entlastet wird. Sobald der Gasdruck hierdurch unter das Förderdruckniveau der Niederdruck-Fördervorrichtung gefallen ist, kann Flüssigkraftstoff nunmehr verfahrensgemäß in das Gassystem der Gas-Düsenventileinheit des Injektors zum Zwecke der Kühlung eingeleitet werden.
Ebenfalls in weiterer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens ist vorgesehen, dass während einer Umschaltphase, innerhalb derer von der Flüssigkraftstoff-Betriebsart in die Brenngas-Betriebsart gewechselt wird, in einem ersten Schritt Brenngas an den Brenngaseinlass versorgt wird, wobei ein Druckniveau geringfügig über einem Förderdruckniveau der Niederdruck-Fördervorrichtung liegend eingestellt wird. Hierdurch kann der in dem Gassystem der Gas-Düsenventileinheit enthaltene Flüssigkraftstoff weitgehend daraus ausgespült werden.
Nachfolgend kann während der Umschaltphase in einem zweiten Schritt der Gasdruck erhöht werden, insbesondere bis auf seinen Nennwert (zum Beispiel 350 bar), und weiterhin insbesondere, sobald eine vorbestimmte Zeit (Spülzeitvorgabe) für die Durchführung des ersten Schritts verstrichen ist oder z. B. eine Sensorik einen hinreichenden Flüssigkraftstoffaustrag aus dem Gassystem signalisiert. Hierbei wird die Ventilvorrichtung mit zunehmendem Druckgefälle von Öffnungs- in Sperrstellung überführt.
Insbesondere um auch einen eventuell noch vorhandenen Flüssigkraftstoffrest im Gassystem austragen zu können, kann nunmehr für eine vorbestimmte Anzahl von mit dem Dual-Fuel-Injektor auszuführenden Einspritzvorgängen (korrespondierend mit Motorarbeitsspielen) in einem dritten Schritt ein Mischbetrieb absolviert werden, in welchem neben einer Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge eine Gas-Einspritzmenge über den Dual-Fuel-Injektor ausgebracht wird, wobei über die Anzahl der Einspritzvorgänge die Flüssigkraftstoffmenge kontinuierlich reduziert wird, während die Gas-Einspritzmenge kontinuierlich gesteigert wird. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass für die vorbestimmte Anzahl von Einspritzvorgängen im dritten Schritt die Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge je Einspritzvorgang um 3% bis 5% gegenüber einer Einspritzmenge des vorherigen Einspritzvorgangs (Motorarbeitsspiels) reduziert wird, während die Gas-Einspritzmenge je Einspritzvorgang (Motorarbeitsspiel) um ein der Reduktion der Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge in etwa entsprechendes Energieäquivalent angehoben wird. Nach Absolvieren der Anzahl der Einspritzvorgänge kann auf den Brenngas-Betrieb umgeschaltet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 exemplarisch und schematisch ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Dual-Fuel-Injektor je gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
2 exemplarisch und schematisch ein Diagramm das Umschalten von Gasbetrieb auf Flüssigkraftstofbetrieb im Rahmen einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens näher veranschaulichend.
3 exemplarisch und schematisch ein Diagramm das Umschalten von Flüssigkraftstoffbetrieb auf Gasbetrieb im Rahmen einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens näher veranschaulichend.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt exemplarisch und stark vereinfacht ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem 1 mit einem Dual-Fuel-(Kraftstoff-)Injektor 3.
Der Dual-Fuel-Injektor 3 umfasst eine Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit 5, welche ein Düsenventil 7 aufweist, welches mittels einer Düsennadel 9 gebildet ist, welche axial verschieblich gegen einen Ventilsitz 11 wirkt, um in Abhängigkeit ihrer Hub- bzw. Steuerstellung einen Strömungsweg von einem Flüssigkraftstoff-Düsenraum 13 zu einer Flüssigkraftstoff- Düsenanordnung 15 zu versperren. Die Düsennadel 9 ist indirekt steuerbar, wozu der Dual-Fuel-Injektor 3 ein erstes Pilotventil 17 sowie einen ersten Steuerraum 19 aufweist. Eine nicht dargestellte Schließfeder kann die Düsennadel 9 in Schließstellung drangen.
Der Dual-Fuel-Injektor 3 umfasst weiterhin einen Flüssigkraftstoff-Hochdruck-Strömungspfad 21, welcher von einem Flüssigkraftstoff-Einlass 23 des Injektors 3 zu dem Flüssigkraftstoff-Düsenraum 13 führt, um diesen mit hochdruckbeaufschlagten Flüssigkraftstoff zu versorgen. Von dem Hochdruck-Strömungspfad 21 zweigt weiterhin ein Zulaufzweig 25 zu dem ersten Steuerraum 19 ab, wobei in dem Zulaufzweig 25 eine Zulaufdrossel 27 angeordnet ist. Aus dem Steuerraum 19 mündet weiterhin ein Ablaufzweig 29 mit Ablaufdrossel ab, welcher über das Pilotventil 17 selektiv versperrbar an einen niederdruckseitigen Flüssigkraftstoff-Leckageauslass 31 des Injektors 3 geführt ist.
Wie 1 veranschaulicht, umfasst der Dual-Fuel-Injektor 3 weiterhin eine Brenngas-Düsenventileinheit 33, welche – an einem mit der Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit 5 gemeinsamen Injektorgehäuse 35 aufgenommen – eine Mehrzahl von Gas-Düsenventilen 37 aufweist. Ein jeweiliges Gas-Düsenventil 37 ist – wie das Flüssigkraftstoff-Düsenventil 7 – mittels einer Düsennadel 39 gebildet, welche axial verschieblich gegen einen Ventilsitz 41 wirkt, um in Abhängigkeit ihrer Hub- bzw. Steuerstellung einen Strömungsweg von einem Brenngas-Düsenraum 43 zu einer Gas-Düsenanordnung 45 zu versperren. Unter Bildung eines insbesondere ringförmigen Brenngas-Düsenraums bzw. Ringraums 43, welcher für die Mehrzahl von Gas-Düsennadeln 39 gemeinschaftlich bereitgestellt ist, umgibt die Brenngas-Düsenventileinheit 33 hierbei die Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit 5 unter Bildung einer konzentrischen Anordnung. Hierdurch kann eine gute 360°-Abdeckung auszubringenden Brenngases in einem Brennraum erzielt werden.
Analog zur Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit 5 ist eine jeweilige Düsennadel 39 indirekt steuerbar, wozu der Dual-Fuel-Injektor 3 ein zweites Pilotventil 47 sowie einen zweiten Steuerraum 49 je Gas-Düsennadel 39 aufweist. Wie die Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit 5 wird auch die Brenngas-Düsenventileinheit 33 hydraulisch über Flüssigkraftstoff als Steuerfluid gesteuert, wozu die Brenngas-Düsenventileinheit 33 weiterhin eine Ringleitung 51 aufweist, welche über eine Zulaufleitung 53 mit Zulaufdrossel 55 mit dem Flüssigkraftstoff-Hochdruck-Strömungspfad 21 kommuniziert, woneben Stichleitungen 57 die Ringleitung 51 mit den jeweiligen Gas-Düsennadel-Steuerräumen 49 verbinden. Eine über das zweite Pilotventil 47 selektiv versperrbare Ablaufleitung 59 mit Ablaufdrossel führt ausgehend von der Ringleitung 51 ebenfalls an den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass 31 des Injektors 3.
Ersichtlich umfasst der Dual-Fuel-Injektor 3 weiterhin einen Brenngas-Hochdruck-Strömungspfad 61, welcher von einem Brenngas-Einlass 63 des Injektors 3 zu dem Brenngas-Düsenraum 43 führt, bereitgestellt, um diesen mit hochdruckbeaufschlagtem, gasförmigen Kraftstoff bzw. Brenngas zu versorgen.
Zur Offensteuerung jeweiliger Düsennadeln 9 bzw. 39 des Injektors 3 während eines Betriebs desselben kann das Schließkräftegleichgewicht an einer jeweiligen Düsennadel 9, 39 aufgelöst werden, indem das zugeordnete Pilotventil 17 bzw. 47 in Öffnungsstellung geschaltet wird, mithin ein jeweiliger Steuerraum 19 bzw. 49 entlastet wird. Wird ein jeweiliges Pilotventil 17, 47 in Sperrrichtung geschaltet, baut sich der Druck im jeweiligen Steuerraum 19, 49 wieder auf, und die Düsennadel 9, 39 kehrt in ihren Sitz 11 bzw. 41 zurück.
Wie 1 weiterhin veranschaulicht, ist – für eine erfindungsgemäß beabsichtigte Kühlung der Brenngas-Düsenventileinheit 33 während eines Flüssigkraftstoffbetriebs des Dual-Fuel-Injektors 3 – im Dual-Fuel-Injektor 3 ein Strömungsweg 65 definiert, welcher von dem Gas-Düsenraum 43 an den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass 31 führt. Der Strömungsweg 65, bereitgestellt als injektorinterne Ablaufleitung, bevorzugt in Form eines Bohrkanals, weist bevorzugt einen Tauchrohrabschnitt 67 auf, welcher sich in den Gas-Düsenraum 43 erstreckt, und welcher dazu vorgesehen ist, ein Medium, insbesondere Flüssigkraftstoff nahezu vollständig aus dem Gas-Düsenraum 43 abziehen bzw. denselben entleeren zu können.
Im Strömungsweg 65 angeordnet ist weiterhin eine Ventilvorrichtung 69 mit einer gasdüsenraumseitigen Anströmseite 71 und einer flüssigkraftstoff-leckageauslassseitigen Abströmseite 73. Die Ventilvorrichtung 69 ist bevorzugt ein druckgesteuertes bzw. differenzdruckgesteuertes Ventil, insbesondere ein selbsttätiges Ventil, und bereitgestellt bzw. ausgelegt, bei einem Brenngas-Betrieb, welcher mit einem relativ hohen Druckgefälle zwischen der Anström- 71 und der Abströmseite 73 einhergeht, den Strömungsweg 65 abzusperren und bei einem demgegenüber relativ geringeren Druckgefälle, insbesondere in Abhängigkeit einer eingestellten Auslöseschwelle, zu öffnen.
Nunmehr auf das mit dem Dual-Fuel-Injektor 3 gebildete Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem 1 – s. weiterhin 1 – eingehend, umfasst dieses eine Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke 75, gebildet mit einem Flüssigkraftstoff-Vorratsbehältnis (Tank) 77, einem Leitungsabschnitt 79, einer Niederdruck-Fördervorrichtung 81 in Form einer Niederdruck- bzw. Vorförderpumpe sowie einer Hochdruck-Fördervorrichtung 83 in Form einer Hochdruckpumpe. Geführt ist die Versorgungsstrecke 75 an den Flüssigkraftstoff-Einlass 23 des Dual-Fuel-Injektors 3, über welchen wiederum der Flüssigkraftstoff-Hochdruck-Pfad 21 anströmbar ist.
Wie 1 weiter veranschaulicht, umfasst das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem 1 weiterhin eine Brenngas-Versorgungsstrecke 85, welche an den Brenngaseinlass 63 des Dual-Fuel-Injektors 3 geführt ist. Die Versorgungsstrecke 85 umfasst eine Brenngas-Fördervorrichtung 87, gebildet mittels eins Brenngas-Vorrats 89 für hochdruckbeaufschlagtes Brenngas, z. B mit einem Druckniveau von 350 bar, sowie einen Leitungsabschnitt 91, welcher von dem Brenngas-Vorrat 89 an den Brenngas-Einlass 63 geführt ist.
Um bei einem insbesondere reinen Flüssigkraftstoffbetrieb (ohne Brenngas) des Dual-Fuel-Injektors 3 eine erfindungsgemäß vorgesehene Kühlung der Brenngas-Düsenventileinheit 33 erzielen zu können, ist das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem 1 erfindungsgemäß eingerichtet, einen Flüssigkraftstoffstrom über den Brenngaseinlass 63, den Gas-Düsenraum 43, den Strömungsweg 65, den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass 31 und die Niederdruck-Fördervorrichtung 81 zirkulieren zu lassen.
Hierzu weist das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem 1 zunächst eine Zweigleitung 93 auf, welche von der Flüssigkraftstoff-Versorgungstrecke 75 in die Brenngas-Versorgungsstrecke 85 einzweigt und seitens der Niederdruck-Fördervorrichtung 81 mit niederdruckbeaufschlagtem (Vorförderdruck) Flüssigkraftstoff versorgbar ist. In der Zweigleitung 93 ist eine Rückschlagventilvorrichtung 95 angeordnet, welche in Richtung von der Brenngas-Versorgungsstrecke 85 zur Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke 75 sperrt (gegen Rückströmen).
Zwischen der – möglichst brenngaseinlassnah angeordneten – Einzweigung 97 der Zweigleitung 93 und der Brenngasfördervorrichtung 87 weist die Brenngas-Versorgungsstrecke 85 eine weitere Rückschlagventilvorrichtung 99 auf, welche in Richtung von der Einzweigung 97 zur Brenngasfödervorrichtung 87 sperrt. Daneben ist zwischen dem weiteren Rückschlagventil 99 und der Brenngasfödervorrichtung 87 eine Druckentlastungs- und Absperrvorrichtung 101 in der Brenngas-Versorgungsstrecke 85 angeordnet, welche eingerichtet ist, eine Brenngasversorgung an den Brenngaseinlass 63 einerseits selektiv unterbinden zu können, daneben die Brenngas-Versorgungsstrecke 85 zwischen dem weiteren Rückschlagventil 99 und der Brenngas-Fördervorrichtung 87 drucklos schalten zu können, bei Verwendung mit einer Brennkraftmaschine das darin aufgenommene Gas zum Beispiel in den Ansaugtrakt des Motors vor dem Turbolader auf nahezu Umgebungsdruck entspannen zu können.
Für die Zirkulation des Flüssigkraftstoffs die Kühlung des Gasdüsenraums 43 bewirkend weist das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem 1 weiterhin eine Leckageleitung 103 auf, welche den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass 31 mit einer Anströmseite der Niederdruck-Fördervorrichtung 81 in der Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke 75 kommunizierend verbindet. Für eine weitere Verbesserung einer mit der Erfindung erzielbaren Entwärmung der Gas-Düsenventileinheit 33 ist in der Leckageleitung 103 eine Kühlvorrichtung 105 angeordnet, zum Beispiel in Form eines Wärmetauschers oder einer Kühlschleife. Ersichtlich ist auch vorgesehen, in der Leckageleitung 103 eine verstellbare Drossel 107 anzuordnen, welche einen Angleich des mittleren Leckagegegendrucks ermöglicht (ohne Druckangleich wäre der mittlere Leckagegegendruck im Gasbetrieb niedriger als im reinen Dieselbetrieb bei zusätzlicher Einleitung des ”Kühlkraftstoffs” in das Flüssigkraftstoff-Leckagesystem. Bei mehreren Injektoren 3 können die Leckagen vor der verstellbaren Drossel 107 zusammengeführt werden).
Mit dem erfindungsgemäßen Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem 1 bzw. dem Dual-Fuel-Injektor 3 kann nunmehr ein Verfahren ausgeführt werden, bei welchem während einer Flüssigkraftstoffbetriebsart des Dual-Fuel-Injektors 3, insbesondere bei einem reinen Flüssigkraftstoffbetrieb, Flüssigkraftstoff zur Kühlung des Dual-Fuel-Injektors 3 durch den Gas-Düsenraum 43 der Brenngas-Düsenventileinheit 33 hindurch geleitet wird, insbesondere niederdruckbeaufschlagter Flüssigkraftstoff. Der niederdruckbeaufschlagte Flüssigkraftstoff kann hierbei durch die Zweigleitung 93 hin zu dem Brenngaseinlass 63, über den Brenngas-Hochdruck-Strömungspfad 61 und den Gas-Düsenraum 43, den Strömungsweg 65, den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass 31, die Leckageleitung 103 und die Niederdruck-Fördervorrichtung 81 in einem geschlossenen Kreis zirkulieren.
Weitere Aspekte des Verfahrens werden nachfolgend näher erläutert.
2 zeigt ein Diagramm, welches eine Umschaltphase näher veranschaulicht, während derer von der Brenngas-Betriebsart in die Flüssigkraftstoffbetriebsart gewechselt wird. Ein Umschalten vom Gas- auf den Flüssigkraftstoffbetrieb erfolgt – im Rahmen eines Motorbetriebs – zum Beispiel, indem von einem Motorarbeitsspiel auf das nächste die Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit 5 zu 100% angesteuert und die Ansteuerung der Brenngas-Düsenventileinheit 33 unterlassen wird.
Wenn während des Brenngas-Betriebs das Vorliegen einer Umschaltanforderung erkannt wird, Bz. 109, wird im Folgenden zunächst eine Versorgung von Brenngas an den Brenngas-Einlass eingestellt, Bz. 111. Im Rahmen der Einstellung der Versorgung von Brenngas an den Brenngaseinlass 63 wird die Brenngas-Versorgungsstrecke 85 stromaufwärts des weiteren Rückschlagventils 99 hin zur Brenngas-Fördervorrichtung 87 hierbei drucklos geschaltet, d. h. via die Druckentlastungs- und Absperrvorrichtung 101. Ist der Gasdruck im Gasdüsenraum 43 unter den Vorförderdruck der Niederdruckpumpe 81 gefallen (z. B. aufgrund einer Gasleckage in der Nadelführung oder z. B. durch aktives Drucklosschalten, insbesondere mittels Betätigung der Brenngas-Düseneinheit 33 im Ansaugtakt für die folgende Flüssigkraftstoffverbrennung), wird Flüssigkraftstoff über die Zweigleitung 93 und den Brenngas-Einlass 63 in den Gasdüsenraum 43 des Dual-Fuel-Injektors 3 eingetragen, Bz. 113, und verdrängt das Brenngas über den Strömungsweg 65 mit dabei öffnender Ventilvorrichtung 69 hin zu dem Flüssigkraftstoff-Leckageauslass 31, das heißt, in das injektorinterne Flüssigkraftstoff-Leckagesystem. Hierbei wird der größte Teil des restlichen Gases in dem unter höherem Druck stehenden Flüssigkraftstoff gelöst. Die aufgenommene Wärme wird dem abgeführten Flüssigkraftstoff über insbesondere die Kühlvorrichtung 105 wieder entzogen, der Flüssigkraftstoff nachfolgend vor die Niederdruckpumpe 81 zurückgespeist.
3 zeigt nunmehr exemplarisch ein Umschalten von Flüssigkraftstoffbetrieb auf Gasbetrieb im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Während einer Umschaltphase, innerhalb derer von der Flüssigkraftstoff-Betriebsart in die Brenngas-Betriebsart gewechselt wird, wird – nach Erkennen des Vorliegens einer Umschaltanforderung, Bz. 115 – in einem ersten Schritt Brenngas an den Brenngaseinlass 63 versorgt. Hierzu schaltet die Druckentlastung- und Absperrvorrichtung 101 Brenngas, zugeführt seitens der Brenngas-Fördervorrichtung 87, an den Brenngaseinlass 63, wobei der Gasdruck – für eine kurze, vorab definierte Zeit – geringfügig über einem Förderdruckniveau der Niederdruck-Fördervorrichtung 81 liegend eingestellt wird, Bz. 117. Somit kann der im Gassystem des Dual-Fuel-Injektors 3 verbliebene Flüssigkraftstoff weitgehend ausgespült werden. Mittels des Tauchrohrs 67, welches in den (ringförmigen) Gasraum 43 hineinragt, ist eine nahezu vollständig Entleerung ermöglicht. Nach Ablauf einer vorgegebenen Spülzeit, Bz. 119, wird der Gasdruck nachfolgend erhöht, d. h. bis auf sein vorgesehenes Hochdruckniveau von zum Beispiel 350 bar, woraufhin die Gasdüseneinheit 33 angesteuert werden kann. Im Rahmen der Anhebung des Gasdrucks schließt die Ventilvorrichtung 69 druckgesteuert.
Im Rahmen der vorstehend erläuterten, gesteuerten Ausspülung des Flüssigkraftstoffs sollte, um einen Gaseintrag in den Flüssigkraftstoff zu vermeiden, der Spülvorgang mit Sicherheitsreserve bzw. frühzeitig beendet werden, wobei zwangsläufig ein Rest von Flüssigkraftstoff im Gassystem des Injektors 3 verbleibt. Dieser Flüssigkraftstoffrest kann im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens vorteilhaft ebenfalls ausgetragen werden, insbesondere ohne Nachteil für die Verbrennung oder im Hinblick auf Abgasemissionen. Vorgeschlagen wird hierfür, für eine vorbestimmte Anzahl von mit dem Dual-Fuel-Injektor 3 auszuführenden Einspritzvorgängen bzw. von Motorarbeitsspielen in einem dritten Schritt einen Mischbetrieb zu absolvieren, in welchem neben einer Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge eine Gas-Einspritzmenge über den Dual-Fuel-Injektor 3 ausgebracht wird, Bz. 121, wobei über die Anzahl der Einspritzvorgänge bzw. Motorarbeitsspiele die Flüssigkraftstoffmenge kontinuierlich reduziert wird, während die Gas-Einspritzmenge kontinuierlich gesteigert wird.
Für die vorbestimmte Anzahl von Einspritzvorgängen im dritten Schritt kann die Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge je Einspritzvorgang um 3% bis 5% gegenüber einer Einspritzmenge des vorherigen Einspritzvorgangs reduziert werden, während die Gas-Einspritzmenge je Einspritzvorgang um ein der Reduktion der Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge in etwa entsprechendes Energieäquivalent angehoben wird. Derart kann ein Motorlastzustand vorteilhaft beibehalten werden.
Die ergänzende Gasmenge enthält ein Aerosol aus Flüssigkraftstoff, dessen Dichte bzw. Konzentration mit zunehmender Zahl an Gaseinspritzungen abnimmt. Nach ca. 20–100 Einspritzvorgängen bzw. Motorarbeitsspielen ist der verbliebene Flüssigkraftstoff vollständig aus dem Gassystem des Dual-Fuel-Injektors 3 ausgetragen, so dass nachfolgend auf den Brenngasbetrieb, Bz. 123, mit einer Zündölmenge von ca. 0,5 bis 1 Prozent des Volllastenergieäquivalents umgeschaltet werden kann. Das Einbringen der (3–5%)-Gasmenge mit Flüssigkraftstoffaerosol erfolgt vorzugsweise nach der Entflammung der Flüssigkraftstoffkeulen, spätestens jedoch, wenn ca. 60% der Flüssigkraftstoffmenge eingespritzt ist. Somit wird sichergestellt, dass das eingebrachte Gas-Kraftstoff-Aerosolgemisch vollständig mitverbrannt wird.
Ersichtlich kann mit der Erfindung eine Kühlung bewirkt werden, bei welcher die ohnehin vorhandene „Infrastruktur” des Dual-Fuel-Injektors 3, insbesondere Brenngas- und Leckageleitungen vorteilhaft genutzt werden können. Eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Brennkraftmaschine kann einen Dual-Fuel-Injektor 3 oder auch ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem 1 je wie oben erläutert aufweisen. Verfahrens-Steuercode kann z. B. in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine hinterlegt sein.
Bezugszeichenliste

1: Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem
3: Dual-Fuel-Injektor
5: Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit
7: Düsenventil
9: Düsennadel
11: Ventilsitz
13: Düsenraum
15: Flüssigkraftstoff-Düsenanordnung
17: erstes Pilotventil
19: erster Steuerraum
21: Flüssigkraftstoff-Hochdruck-Strömungspfad
23: Flüssigkraftstoff-Einlass
25: Zulaufzweig
27: Zulaufdrossel
29: Ablaufzweig
31: Flüssigkraftstoff-Leckageauslass
33: Brenngas-Düsenventileinheit
35: Injektorgehäuse
37: Gas-Düsenventil
39: Gas-Düsennadel
41: Ventilsitz
43: Brenngas-Düsenraum
45: Gas-Düsenanordnung
47: zweites Pilotventil
49: zweiter Steuerraum
51: Ringleitung
53: Zulaufleitung
55: Zulaufdrossel
57: Stichleitung
59: Ablaufleitung
61: Brenngas-Hochdruck-Strömungspfad
63: Brenngas-Einlass
65: Strömungsweg
67: Tauchrohrabschnitt
69: Ventilvorrichtung
71: Anströmseite
73: Abströmseite
75: Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke
77: Tank
79: Leitungsabschnitt
81: Niederdruck-Fördervorrichtung
83: Hochdruck-Fördervorrichtung
85: Brenngas-Versorgungsstrecke
87: Brenngas-Fördervorrichtung
89: Brenngas-Vorrat
91: Leitungsabschnitt
93: Zweigleitung
95: Rückschlagventilvorrichtung
97: Einzweigung
99: weitere Rückschlagventilvorrichtung
101: Druckentlastungs-/Absperrvorrichtung
103: Leckageleitung
105: Kühlvorrichtung
107: Drossel
109, 115: Umschaltanforderung erkannt
111: Brenngasversorgung einstellen
113: Flüssigkraftstoff eintragen
117: Brenngas an Gas-Düsenraum anlegen
119: Ablauf Spülzeit
121: Flüssigkraftstoff- und Gaseinspritzmenge ausbringen
123: Brenngasbetrieb

Claims

Dual-Fuel-Injektor (3), aufweisend: – eine Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit (5); – einen niederdruckseitigen Flüssigkraftstoff-Leckageauslass (31); – eine Brenngas-Düsenventileinheit (33) mit einem Gas-Düsenraum (43), welcher über eine Hochdruckseite des Injektors (3) mit Brenngas versorgbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass – im Dual-Fuel-Injektor (3) ein Strömungsweg (65) gebildet ist, welcher von dem Gas-Düsenraum (43) an den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass (31) führt; – im Strömungsweg eine Ventilvorrichtung (69) mit einer gasdüsenraumseitigen Abströmseite (71) und einer flüssigkraftstoff-leckageauslassseitigen Abströmseite (73) angeordnet ist; – wobei die Ventilvorrichtung (69) ausgelegt ist, bei einem Brenngas-Betriebszustand des Dual-Fuel-Injektors (3), welcher mit einem relativ hohen Druckgefälle zwischen der Anström- (71) und der Abströmseite (73) einhergeht, den Strömungsweg (65) zu sperren und bei einem demgegenüber relativ geringeren Druckgefälle zu öffnen.
Dual-Fuel-Injektor (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ventilvorrichtung (69) ein druckgesteuertes und/oder differenzdruckgesteuertes Ventil ist; und/oder – die Ventilvorrichtung (69) ein selbsttätiges Ventil ist.
Dual-Fuel-Injektor (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Gas-Düsenraum (43) als Ringraum gebildet ist; und/oder – der Gas-Düsenraum (43) um einen Abschnitt der Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit (5) herum geführt ist.
Dual-Fuel-Injektor (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der Strömungsweg (65) mittels eines Tauchrohrs (67) gebildet ist, welches in den Gas-Düsenraum (43) hineinragt.
Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) mit einem Dual-Fuel-Injektor (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) weiterhin aufweist: – eine an einen Flüssigkraftstoffeinlass (23) des Dual-Fuel-Injektors (3) geführte Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke (75) mit einer Niederdruck- (81) und einer Hochdruckfördervorrichtung (83); – eine an einen Brenngaseinlass (63) des Dual-Fuel-Injektors (3) geführte Brenngas-Versorgungsstrecke (85) mit einer Brenngasfördervorrichtung (87); dadurch gekennzeichnet, dass – das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) eingerichtet ist, außerhalb eines Brenngasbetriebs des Dual-Fuel-Injektors (3), insbesondere bei einem ausschließlichen Flüssigkraftstoffbetrieb des Dual-Fuel-Injektors (3), einen Flüssigkraftstoffstrom über den Brenngaseinlass (63), den Gas-Düsenraum (43), den Strömungsweg (65), den Flüssigkraftstoff-Leckageauslass (31) und die Niederdruck-Fördervorrichtung (81) zirkulieren zu lassen.
Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) eingerichtet ist, den zirkulierenden Flüssigkraftstoff aus der Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke (75) zwischen der Hochdruck- (83) und der Niederdruckfördervorrichtung (81) abzuzweigen; und/oder – das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) eingerichtet ist, den zirkulierenden Flüssigkraftstoff an einer Anströmseite der Niederdruckfördervorrichtung (81) in die Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke (75) zurückzuspeisen.
Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass – das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) für die Flüssigkraftstoffzirkulation eine Zweigleitung (93) aufweist, welche von der Flüssigkraftstoff-Versorgungstrecke (75) in die Brenngas-Versorgungsstrecke (85) einzweigt und seitens der Niederdruck-Fördervorrichtung (81) mit Flüssigkraftstoff versorgbar ist, wobei in der Zweigleitung (93) eine Rückschlagventilvorrichtung (95) angeordnet ist, welche in Richtung von der Brenngas-Versorgungsstrecke (85) zur Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke (75) sperrt; und/oder – eine Leckageleitung (103) in Kommunikation mit dem Flüssigkraftstoff-Leckageauslass (31) an einer Anströmseite der Niederdruck-Fördervorrichtung (81) in die Flüssigkraftstoff-Versorgungsstrecke (75) geführt ist; und/oder – die Brenngas-Versorgungsstrecke (85) zwischen der Einzweigung (97) der Zweigleitung (93) und der Brenngasfördervorrichtung (87) eine weitere Rückschlagventilvorrichtung (99) aufweist, welche in Richtung von der Einzweigung (97) zur Brenngasfördervorrichtung (87) sperrt; und/oder – das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) zur selektiven Druckentlastung der Brenngas-Versorgungsstrecke (85) zwischen der weiteren Rückschlagventilvorrichtung (99) und der Brenngasfördervorrichtung (87) eingerichtet ist.
Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – in der Leckageleitung (103) eine Kühlvorrichtung (105) und/oder eine einstellbare Drossel (107) angeordnet ist.
Verfahren zur Ausführung mit einem Dual-Fuel-Injektor (3), welcher in einer Flüssigkraftstoff-Betriebsart und in einer Brenngas-Betriebsart betrieben werden kann, wobei der Dual-Fuel-Injektor (3) eine Brenngas-Düsenventileinheit (33) mit einem Gas-Düsenraum (43) sowie eine Flüssigkraftstoff-Düsenventileinheit (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – während der Flüssigkraftstoffbetriebsart des Dual-Fuel-Injektors (3) Flüssigkraftstoff zur Kühlung des Dual-Fuel-Injektors (3) durch den Gas-Düsenraum (43) der Brenngas-Düsenventileinheit (33) hindurch geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verfahren mit einem Dual-Fuel-Injektor (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder mit einem Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – während einer Umschaltphase, innerhalb derer von der Brenngas-Betriebsart in die Flüssigkraftstoffbetriebsart gewechselt wird, zunächst eine Versorgung von Brenngas an den Brenngas-Einlass (63) eingestellt und die Brenngas-Versorgungsstrecke (85) zwischen der weiteren Rückschlagventilvorrichtung (99) und der Brenngasfördervorrichtung (87) entlastet wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 mit Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – während einer Umschaltphase, innerhalb derer von der Flüssigkraftstoff-Betriebsart in die Brenngas-Betriebsart gewechselt wird, in einem ersten Schritt Brenngas an den Brenngaseinlass (63) versorgt wird, wobei ein Brenngas-Druckniveau geringfügig über einem Förderdruckniveau der Niederdruck-Fördervorrichtung (81) liegend eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass – während der Umschaltphase in einem zweiten Schritt der Brenngasdruck erhöht wird, insbesondere sobald eine vorbestimmte Zeit für die Durchführung des ersten Schritts verstrichen ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – für eine vorbestimmte Anzahl von mit dem Dual-Fuel-Injektor (3) auszuführenden Einspritzvorgängen in einem dritten Schritt ein Mischbetrieb absolviert wird, in welchem neben einer Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge eine Gas-Einspritzmenge über den Dual-Fuel-Injektor (3) ausgebracht wird, wobei über die Anzahl der Einspritzvorgänge die Flüssigkraftstoffmenge kontinuierlich reduziert wird, während die Gas-Einspritzmenge kontinuierlich gesteigert wird; und/oder – nach Absolvieren der Anzahl der Einspritzvorgänge auf den Brenngas-Betrieb umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass – für die vorbestimmte Anzahl von Einspritzvorgängen im dritten Schritt die Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge je Einspritzvorgang um 3% bis 5% gegenüber einer Einspritzmenge des vorherigen Einspritzvorgangs reduziert wird, während die Gas-Einspritzmenge je Einspritzvorgang um ein der Reduktion der Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge in etwa entsprechendes Energieäquivalent angehoben wird.
Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 15 eingerichtet ist.