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Die Erfindung betrifft einen Zweistoffinjektor für zwei Medien, aufweisend einen Injektorkörper mit einer eingelassenen Führung für eine äußere Injektornadel, die eine innere Injektornadelführung für eine innere Injektornadel aufweist, wobei zwischen der Führung und der äußeren Injektornadel ein Dichtspalt angeordnet ist, an dessen gegenüberliegenden Enden jeweils eines der beiden Medien anliegt.
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Stand der Technik
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Ein derartiger Zweistoffinjektor ist aus der
US 2007/0199539 A1 bekannt. Dieser Zweistoffinjektor ist für zwei Medien, nämlich ein flüssiges Medium und ein gasförmiges Medium ausgelegt und weist einen Injektorkörper mit einer eingelassenen Führung für eine äußere Injektornadel auf, die eine innere Injektornadelführung für eine innere Injektornadel beinhaltet. Dabei ist zwischen der Führung und der äußeren Injektornadel ein Dichtspalt angeordnet, an dessen gegenüberliegenden Enden einerseits das gasförmige und andererseits das flüssige Medium anliegen.
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Ein weiterer Zweistoffinjektor ist aus der
DE 10 2013 014 329 A1 bekannt. Dieser Zweistoffinjektor ist ebenfalls zur Einspritzung eines flüssigen Mediums, nämlich Dieselkraftstoff, und eines zweiten Mediums, nämlich einem gasförmigen Kraftstoff, ausgelegt. Dabei wird korrespondierend mit dem Diesel-Einspritzvorgang über eine Gasdüsenanordnung des Zweistoffinjektors Luft in einen Brennraum eingespritzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweistoffinjektor bereitzustellen, der hinsichtlich seiner Funktion gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Dichtspalt zwischen dessen gegenüberliegenden Enden mit einer Leckageauffangeinrichtung verbunden ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei einer gattungsgemäßen Ausgestaltung des Zweistoffinjektors die beiden Injektornadeln, nämlich die äußere Injektornadel und die innere Injektornadel gegenseitig beeinflussen. Zusätzlich entstehen Probleme dahingehend, die beiden Medien während der Bewegung der Injektornadeln und den Pausen dazwischen zuverlässig zu trennen. Um die Leckagemengen gering zu halten, ist einerseits eine geringe Druckdifferenz vorteilhaft. Andererseits ist für die Darstellung einer hohen Schaltdynamik ein deutlich höherer Druck des einen Mediums gegenüber dem zweiten Medium vorteilhaft. Beides widerspricht sich. Dadurch, dass nun eine Leckageauffangeinrichtung zwischen den gegenüberliegenden Enden des Dichtspalts angeordnet ist, kann die Leckagemenge in die Leckageauffangeinrichtung abgeführt werden, und es findet keine Beeinflussung der beiden Medien statt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Leckageauffangeinrichtung als Leckagebehälter ausgebildet. Dies ist eine bevorzugte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Leckageauffangeinrichtung beziehungsweise der Leckagebehälter mit einer Rücklaufleitung verbunden. Die Rücklaufleitung führt die in der Leckageauffangeinrichtung angesammelte Leckagemenge des zumindest einen Mediums ab, wobei die Rücklaufleitung vorzugsweise in einen Vorratsbehälter für eines der beiden Medien einmündet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Dichtspalt im Bereich zwischen einem ersten Ende und der Anbindung der Leckageauffangeinrichtung eine Drosselwirkung und/oder eine Drossel auf. Hierbei wird normalerweise der Dichtspalt zwischen der Führung und der äußeren Injektornadel beispielsweise durch eine entsprechende Wahl der Passung der zueinander bewegten Teile so ausgewählt, dass die gewünschte Drosselwirkung eingestellt ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Dichtspalt an einer oder mehreren Stellen eine Drossel enthält, die beispielsweise durch eine gezielte Ausgestaltung des Dichtspaltes in diesem Bereich ausgebildet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Rücklaufleitung eine Rücklaufleitungsdrosselwirkung und/oder eine Rücklaufleitungsdrossel auf. Durch diese Ausgestaltung beziehungsweise das Verhältnis der beiden Drosseln im Bereich des Dichtspaltes und der Rücklaufleitung kann der Druck im Bereich des Dichtspaltes so eingestellt werden, dass die gewünschte Sperrfunktion zwischen den beiden Medien eingestellt ist. Sind beispielsweise die beiden Drosseln im Hinblick auf ihren Durchfluss insgesamt klein, ist auch die über diesen Pfad abgesteuerte Menge des Mediums gering. Dadurch kann der Druck zum Ansteuern des Zweistoffinjektors deutlich höher gewählt werden und somit die Gesamtfunktion des Zweistoffinjektors verbessert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Drosselraten der Drosselwirkung und/oder der Drossel gegenüber der Rücklaufleitungsdrosselwirkung und/oder der Rücklaufleitungsdrossel unterschiedlich. Diese unterschiedlichen Drosselraten gewährleisten die zuvor beschriebene Funktion.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Medium ein flüssiges Medium, insbesondere Dieselkraftstoff, und das zweite Medium ein gasförmiges Medium, insbesondere Brenngas. Wenn auch der Gegenstand bei einem Zweistoffinjektor für zwei beliebige Medien angewendet werden kann, ist die bevorzugte Anwendung bei Medien in Form von Dieselkraftstoff und Brenngas gegeben. Insbesondere bei diesen beiden Medien besteht das Problem, dass bei einem herkömmlichen System durch den Dichtspalt Dieselkraftstoff in das Brenngas eingetragen wird. Dieser Effekt tritt insbesondere dann auf, wenn durch den Zweistoffinjektor ausschließlich Dieselkraftstoff beispielsweise in einem Brennraum eingespritzt wird. Dadurch wird in einem anschließenden Zweistoffbetrieb oder einem reinen Gasbetrieb der Betrieb des Zweistoffinjektors nachteilig beeinflusst. Dies wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vermieden und somit die Funktion des Zweistoffinjektors deutlich verbessert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung steht an dem ersten Ende des Dichtspalts das flüssige Medium und an dem zweiten Ende des Dichtspalts das gasförmige Medium an. Dabei betragen wiederum in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Abschnitte des Dichtspalts zwischen der Anbindung der Leckageauffangeinrichtung gegenüber dem oberen Ende des Dichtspalts ein Drittel und gegenüber dem unteren Ende zwei Drittel der Gesamtlänge des Dichtspalts. Durch dieses Verhältnis kann der Druck im Bereich des Dichtspalts so eingestellt werden, dass er knapp über dem Druck des gasförmigen Mediums liegt. Dadurch ist die gewünschte Sperrfunktion zur Vermeidung eines Eintrags von flüssigem Medium in das gasförmige Medium sichergestellt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Zweistoffinjektor Teil eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Mit dem so ausgebildeten Zweistoffinjektor wird in einen zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine Dieselkraftstoff und Brenngas bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine jeweils alleinig oder additiv eingespritzt. Dabei ist es auch zur Erfüllung vorgegebener Abgasemissionskriterien vorteilhaft, wenn keine Eintragung von Dieselkraftstoff in das Brenngas erfolgt und somit eine genau vorbestimmte Einspritzung von Dieselkraftstoff und Brenngas in den jeweiligen Brennraum erfolgt. Die Brennkraftmaschine kann zum Antrieb beliebiger Fahrzeuge, Schiffe oder sonstiger Maschinen ausgelegt sein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Zweistoffinjektors,
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2 ein schematisch dargestelltes Funktionsprinzip eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zweistoffinjektors und
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3 ein schematisch dargestelltes Funktionsprinzip eines herkömmlich ausgestalteten Zweistoffinjektors.
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Der in 1 dargestellte Zweistoffinjektor 1 ist Teil eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei mit dem Zweistoffinjektor 1 in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zum Betrieb derselben zwei unterschiedliche Medien, nämlich Dieselkraftstoff als flüssiges Medium und Brenngas als gasförmiges Medium wechselweise oder additiv vorzugsweise in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
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Der Zweistoffinjektor 1 weist einen Injektorkörper 2 auf, in den eine Führung 3 für eine äußere Injektornadel 4 eingelassen ist. Die äußere Injektornadel 4 weist eine innere Injektornadelführung 5 für eine innere Injektornadel 6 auf. Die äußere Injektornadel 4 weist eine Injektornadelspitze 7 auf, die in einem Ventilsitz 8 eines mit dem Injektorkörper 2 verbundenen Ventilsitzkörper 9 einwirkt. In den Ventilsitzkörper 9 ist im Bereich des Ventilsitzes 8 zumindest eine Ventilsitzkörperspritzöffnung 10 eingelassen, die beim Aufsitzen der Injektornadelspitze 7 in den Ventilsitz 8 verschlossen ist und bei einer Verstellung der äußeren Injektornadel 4 gegen die Kraft einer Injektornadelfeder 11 auf der gegenüberliegenden Seite der äußeren Injektornadel 4 mit einem Gasraum 12 verbunden ist. Der Gasraum 12 ist über einen in den Injektorkörper 2 eingelassenen Gaskanal 13 mit einer an dem Injektorkörper 2 befestigten Gasleitung 14 verbunden, über die in den Gasraum 12 Gas eingeführt wird, das bei geöffneter äußerer Injektornadel 4 durch die Ventilsitzkörperspritzöffnung 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt beziehungsweise eingeblasen wird.
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Die in der inneren Injektornadelführung 5 geführte innere Injektornadel 6 weist ebenfalls eine Injektornadelspitze 15 auf, die in einen Ventilsitz 16, der in die äußere Injektornadel 4 eingearbeitet ist, einwirkt. In der dargestellten geschlossenen Stellung der inneren Injektornadel 6 beziehungsweise deren Injektornadelspitze 15 ist zumindest eine in die äußere Injektornadel 4 eingelassene Spritzöffnung 17 verschlossen. Ist die innere Injektornadel 6 und damit deren Injektornadelspitze 15 gegen eine Nadelfeder 18 axial nach oben verschoben, ist die zumindest eine Spritzöffnung 17 über eine zwischen der äußeren Injektornadel 4 und der inneren Injektornadel 6 gebildeten Strömungsverbindung 19 und weiter über einen Fluidkanal 20 mit einer an dem Injektorkörper 2 befestigten Fluidleitung 21 verbunden. Durch die Fluidleitung 21 wird dem Zweistoffinjektor 1 Dieselkraftstoff zugeleitet, der bei geöffneter innerer Injektornadel 6 durch die zumindest eine Spritzöffnung 17 ebenfalls in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Die Verstellung der äußeren Injektornadel 4 und der inneren Injektornadel 6 wird von zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Ventilelementen 22a, 22b gesteuert. Die Ventilelemente 22a, 22b werden beispielsweise von elektromagnetischen, hydraulischen oder mechanischen Betätigungsorganen 23a, 23b angesteuert. Das Ventilelement 22a wirkt mit einer ersten Steuerleitung 24a zusammen, die die Fluidleitung 21 mit einem die Injektornadelfeder 11 aufnehmenden Injektornadelfederraum 25 und dem Ventilelement 22a verbindet. Ist das erste Ventilelement 22a in der dargestellten geschlossenen Position, ist eine Verbindung zwischen der ersten Steuerleitung 24a und einer ebenfalls an dem Injektorkörper 2 befestigten Rücklaufleitung 26 unterbrochen. Dadurch baut sich in dem Injektornadelfederraum 25 ein Fluiddruck auf, der zusammen mit der Injektornadelfeder 11 die äußere Injektornadel 4 in der geschlossenen Position hält. Wird dagegen die Strömungsverbindung zwischen der ersten Steuerleitung 24a und der Rücklaufleitung 26 von dem Ventilelement 22a freigegeben, erfolgt ein Druckabbau in dem Injektornadelfederraum 25 und die äußere Injektornadel 4 wird durch den an einer in dem Gasraum 12 angeordneten Druckschulter anliegenden Gasdruck axial verschoben, so dass durch die zumindest eine Ventilsitzkörperspritzöffnung 10 Brenngas in den Brennraum eingeblasen wird. Die gleiche Funktionsweise gilt sinngemäß für die innere Injektornadel 6, die von dem Ventilelement 22b und eine zweite Steuerleitung 24b angesteuert wird. In die beiden Steuerleitungen 24a, 24b sind Steuerleitungsdrosseln 27a, 27b eingesetzt, die den Zufluss von Dieselkraftstoff in die Steuerleitungen 24a, 24b begrenzen beziehungsweise eine gegenseitige Beeinflussung der Steuerfunktion durch die beiden Ventilelemente 22a, 22b verhindern.
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Zwischen der äußeren Injektornadel 4 und der Führung 3 ist ein Dichtspalt 28 gebildet, der sich mit seinen gegenüberliegenden Enden 29a, 29b von der Verbindung des Fluidkanals 20 mit der Strömungsverbindung 19 (oberes Ende 29a) und dem Gasraum 12 auf der gegenüberliegenden Seite (unteres Ende 29b) erstreckt. An diesem Dichtspalt 28 liegt von dem Gasraum 12 her der Gasdruck an und von der Verbindung des Fluidkanals 20 zu der Strömungsverbindung 19 der Fluiddruck an. Da der Fluiddruck normalerweise höher ist als der Gasdruck, würde ein allmählicher Eintrag von Fluid in den Gasraum 12 erfolgen. Um dies zu verhindern, ist der Dichtspalt 28 zwischen dessen gegenüberliegenden Enden 29a, 29b mit einer als Leckagebehälter 30 ausgebildeten Leckageauffangeinrichtung verbunden, der beziehungsweise die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Ringraum im Bereich der Führung 3 ausgebildet ist, und wobei der Abstand des Leckagebehälters 30 zu dem oberen Ende 29a des Dichtspalts 28 ungefähr ein Drittel von dessen Gesamtlänge und zu dem unteren Ende 29b des Dichtspalts 28 ungefähr zwei Drittel von dessen Gesamtlänge beträgt. Der Leckagebehälter 30 ist über eine Leckageleitung 31 mit der Rücklaufleitung 26 verbunden. In die Leckageleitung 31 ist eine Leckageleitungsdrossel 32 eingelassen. Gleichzeitig weist der Dichtspalt 28 insbesondere zwischen dem oberen Ende 29a und dem Leckagebehälter eine Drosselwirkung 33 auf. Durch eine Abstimmung der Drosselwirkung 33 und der Leckageleitungsdrossel 32 kann der Druck an der Dichtfläche, die durch den Dichtspalt 28 im Bereich zwischen dem Leckagebehälter 30 und dem Gasraum 12 herrscht, so eingestellt werden, dass dieser knapp über dem Gasdruck in dem Gasraum 12 liegt. Dadurch ist eine Sperrfunktion eingestellt, die die Funktion des Zweistoffinjektors 1 insbesondere hinsichtlich einer zuverlässigen Trennung des Dieselkraftstoffs gegenüber dem Brenngas ohne eine Beeinträchtigung der Ansteuerung des Zweistoffinjektors 1 zur Einspritzung von Dieselkraftstoff und/oder Brenngas in einen Brennraum der Brennkraftmaschine gegenüber einer herkömmlichen Ausgestaltung deutlich verbessert.
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2 zeigt ein schematisches Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Zweistoffinjektors 1 wie es zuvor beschrieben ist und dementsprechend wird auf die vorherige Beschreibung Bezug genommen.
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Im Unterschied dazu zeigt 3 ein schematisches Schaltbild eines herkömmlichen Zweistoffinjektors 1. Hierbei ist im Bereich des Dichtspalts 28 zwischen dessen oberen Ende 29a und dem unteren Ende 29b ein Leckagebereich gebildet, durch den Dieselkraftstoff von dem oberen Ende 29a des Leckagebereichs zu dem unteren Ende 29b geführt wird und somit in den Gasraum 12 eingemischt wird. Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vermieden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0199539 A1 [0002]
- DE 102013014329 A1 [0003]
