DE102016004352A1

DE102016004352A1 - Dynamische dichtung für ein nadelrückschlagelement einer brennstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102016004352A1
Application number: DE102016004352.0A
Authority: DE
Inventors: Hoisan Kim
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2016-10-20
Also published as: US9995261B2; US20160305382A1; CN106050496A; CN106050496B

Abstract

Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) weist einen Einspritzvorrichtungskörper (39) auf, der einen Flüssigbrennstoffdurchlass, einen Gasbrennstoffdurchlass und eine erste Führungsbohrung (85) definiert; weiter ein Gasbrennstoffrückschlagelement (71), welches in der ersten Führungsbohrung (85) zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position geführt ist, um selektiv eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Gasbrennstoffdurchlass und einem Gasbrennstoffdüsenauslass (54) zu blockieren bzw. zu öffnen; und eine Hülsendichtung (100), die in der ersten Führungsbohrung (85) sitzt, wobei die Hülsendichtung (100) eine Innenfläche hat, die eine Hülsendichtungsbohrung (110) dort hindurch definiert, und wobei zumindest ein Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes (71) in der Hülsendichtungsbohrung (110) angeordnet ist; wobei eine Außenfläche der Hülsendichtung (100) einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist, wobei der erste Teil in einer radialen Richtung näher an einer Längsachse der Hülsendichtungsbohrung (110) angeordnet ist als der zweite Teil.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Brennstoffeinspritzvorrichtungen und insbesondere auf eine Hülsendichtung für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung.
Hintergrund
Verbrennungsmotoren (IC-Motoren; IC = Internal Combustion) mit Hin- und Herbewegung sind bekannt, um chemische Energie, die in einer Brennstoffversorgung gespeichert ist, in mechanische Wellenleistung umzuwandeln. Eine Brennstoff-Oxidationsmittel-Mischung wird in einem variablen Volumen eines Verbrennungsmotors aufgenommen, welches durch einen Kolben definiert wird, der sich in einer Zylinderbohrung hin und her bewegt. Die Brennstoff-Oxidationsmittel-Mischung verbrennt in dem variablen Volumen, um chemische Energie aus der Mischung in Wärme umzuwandeln. Die Expansion der Verbrennungsprodukte in dem variablen Volumen führt wiederum Arbeit am Kolben aus, welche auf eine Ausgangswelle des Verbrennungsmotors übertragen werden kann.
Bei herkömmlichen direkt einspritzenden verdichtungsgezündeten Motoren wird der größte Teil des Brennstoffes, wenn nicht der gesamte Brennstoff, in das variable Volumen um eine kurze Verzögerungszeit vor dem erwünschten Zündungszeitpunkt eingespritzt. In anderen verdichtungsgezündeten Motoren, wie beispielsweise HCCI-Motoren bzw. Motoren mit homogener kompressionsgezündetere Ladung (HCCI = Homogeneous Charge Compression Ignition) wird ein Brennstoff im Wesentlichen mit einem Oxidationsmittel vorvermischt und durch eine Verdichtung innerhalb des variablen Volumens gezündet. Das Vorvermischen des Brennstoffes und des Oxidationsmittels kann durch Einspritzen des Brennstoffes in das Oxidationsmittel stromaufwärts des variablen Volumens erreicht werden, durch Einspritzen des Brennstoffes in das variable Volumen relativ früh in einem Verdichtungshub oder durch Kombinationen davon.
Motoren, die mit Brennstoffen mit relativ niedrigen Cetan-Werten arbeiten, wie beispielsweise mit Erdgas, können einen Vorteil aus zusätzliche Zündquellen ziehen, wie beispielsweise einer Zündkerze oder einer Voreinspritzung eines Brennstoffes mit einem relativ hohen Cetan-Wert, wie beispielsweise destilliertem Dieselbrennstoff. Ein Motor kann beispielsweise im Wesentlichen einen Brennstoff mit wenig Cetan mit einem Oxidationsmittel in einem variablen Volumen vormischen und dann die Mischung des Brennstoffes mit wenig Cetan und des Oxidationsmittels zünden, indem direkt eine Menge eines Brennstoffes mit viel Cetan in das variable Volumen um eine kurze Zeitverzögerung vor dem erwünschten Zündzeitpunkt eingespritzt wird. Bei einer solchen Dual-Brennstoffkonfiguration kann eine Verdichtungszündung des Brennstoffes mit viel Cetan eine Zündung der Mischung des Brennstoffes mit wenig Cetan und des Oxidationsmittels begünstigen.
In einigen Dual-Brennstoff-Motorsystemen ist ein gasförmiger Brennstoff ein Brennstoff mit wenig Cetan, und ein flüssiger Brennstoff ist ein Brennstoff mit viel Cetan, und eine Einspritzung des flüssigen Brennstoffes und des gasförmigen Brennstoffes wird durch zwei getrennte Nadelrückschlagelemente in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gesteuert, die sowohl mit einer Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung für gasförmigen Brennstoff als auch mit einer Common-Rail für flüssigen Brennstoff verbunden ist. Wenn konzentrische Nadelrückschlagelemente verwendet werden, könnte ein äußeres Rückschlagelement verwendet werden, um selektiv einen Gasbrennstoffauslass zu öffnen und zu schließen, und ein inneres Rückschlagelement kann verwendet werden, um selektiv einen Flüssigbrennstoffauslass zu öffnen und zu schließen. In anderen Systemen werden benachbarte Nadelrückschlagelemente anstelle von koaxialen Nadelrückschlagelementen verwendet. Eine Konstruktion mit benachbarten Nadelrückschlagelementen, welche hydraulischen Steuerdruck von einer Common-Rail für flüssigen Brennstoff einsetzt, der auf jedes der Nadelrückschlagelemente angewendet wird, kann verwendet werden, um das Öffnen und Schließen eines entsprechenden Düsenauslasses zu steuern.
Das US-Patent Nr. 7,627,416 (das '416-Patent) beschreibt angeblich eine Common-Rail-Konstruktion für Dual-Brennstoff bzw. zwei Brennstoffe, bei der flüssiger Dieselbrennstoff und Erdgasbrennstoff beide aus einer einzigen Brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzt werden, die mit jedem Motorzylinder assoziiert ist. Das '416-Patent erkennt, dass es Fälle geben kann, in denen der Motor alleine mit flüssigem Dieselbrennstoff arbeiten muss, und zwar auf Grund dessen, dass die Erdgasbrennstoffversorgung leer ist oder möglicherweise auf Grund eines Fehlers des Erdgasbrennstofflieferteils des Systems. Jedoch werden Probleme und Herausforderungen, welche mit ungleichem Flüssigbrennstoffdruck und Gasbrennstoffdruck, wie beispielsweise ein Leckage zwischen dem Flüssigbrennstoffsystem und dem Gasbrennstoffsystem über die Nadelrückschlagelemente, in dem '416-Patent weder erkannt noch angesprochen. Entsprechend sind verbesserte Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtungen erwünscht, um die zuvor erwähnten Probleme und/oder andere in der Technik bekannte Probleme anzusprechen.
Es sei bemerkt, dass diese Beschreibung des Hintergrundes vorgesehen wurde, um dem Leser zu helfen, und nicht als eine Anzeige dafür angesehen werden sollte, dass irgendeines der aufgezeigten Probleme selbst in der Technik bekannt war.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen Flüssigbrennstoffdurchlass definiert, der sich zwischen einem Flüssigbrennstoffeinlass und einem Flüssigbrennstoffauslass erstreckt, weiter einen Gasbrennstoffdurchlass, der sich zwischen einem Gasbrennstoffeinlass und einem Gasbrennstoffdüsenauslass erstreckt, und eine erste Führungsbohrung. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung hat ein Gasbrennstoffrückschlagelement, welches in der ersten Führungsbohrung zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position geführt wird, um selektiv die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Gasbrennstoffdurchlass und dem Gasbrennstoffdüsenauslass zu öffnen bzw. zu blockieren. Eine Hülsendichtung sitzt in der ersten Führungsbohrung und die Hülsendichtung hat eine Innenfläche, die eine Hülsendichtungsbohrung dort hindurch hat, und zumindest ein Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes ist in der Hülsendichtungsbohrung angeordnet. Eine Außenfläche der Hülsendichtung weist einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, wobei der erste Teil entlang einer radialen Richtung näher an einer Längsachse der Hülsendichtungsbohrung angeordnet ist als der zweite Teil, wobei die radiale Richtung senkrecht zur Längsachse ist. Der erste Teil der Außenfläche der Hülsendichtung ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffdurchlass. Ein distaler Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes erstreckt sich entlang der Längsachse an einer ersten Seite der Hülsendichtung und ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Gasbrennstoffeinlass. Ein proximaler bzw. naheliegender Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes erstreckt sich entlang der Längsachse auf einer zweiten Seite der Hülsendichtung gegenüberliegend zur ersten Seite der Hülsendichtung und ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffdurchlass.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung weist ein Dual-Brennstoffsystem für einen Verbrennungsmotor eine Flüssigbrennstoffversorgung, eine Gasbrennstoffversorgung und eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen auf, um flüssigen Brennstoff von der Flüssigbrennstoffversorgung und gasförmigen Brennstoff von der Gasbrennstoffversorgung in die Zylinder des Verbrennungsmotors zu liefern. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung der Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen weist einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen Flüssigbrennstoffdurchlass definiert, welcher sich zwischen einem Flüssigbrennstoffeinlass und einem Flüssigbrennstoffauslass erstreckt, einen Gasbrennstoffdurchlass, der sich zwischen einem Gasbrennstoffeinlass und einem Gasbrennstoffdüsenauslass erstreckt, und eine erste Führungsbohrung. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung weist ein Gasbrennstoffrückschlagelement auf, welches in der ersten Führungsbohrung zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position geführt ist, um selektiv eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Gasbrennstoffdurchlass und dem Gasbrennstoffdüsenauslass zu öffnen bzw. zu blockieren. Eine Hülsendichtung sitzt in der ersten Führungsbohrung, und die Hülsendichtung hat eine Innenfläche, die eine Hülsendichtungsbohrung dort hindurch definiert, und zumindest ein Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes ist in der Hülsendichtungsbohrung angeordnet. Eine Außenfläche der Hülsendichtung weist einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, wobei der erste Teil entlang einer radialen Richtung näher an einer Längsachse der Hülsendichtungsbohrung angeordnet ist als der zweite Teil, wobei die radiale Richtung senkrecht zur Längsachse ist. Der erste Teil der Außenfläche der Hülsendichtung ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffdurchlass. Ein distaler bzw. ferngelegener Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes erstreckt sich entlang der Längsachse auf einer ersten Seite der Hülsendichtung und ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Gasbrennstoffeinlass. Ein proximaler bzw. naheliegender Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes erstreckt sich entlang der Längsachse auf einer zweiten Seite der Hülsendichtung gegenüberliegend zur ersten Seite der Hülsendichtung und ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffdurchlass.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung weist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für ein Dual-Brennstoffsystem eines Verbrennungsmotors einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen Flüssigbrennstoffdurchlass definiert, der sich zwischen einem Flüssigbrennstoffeinlass und einem Flüssigbrennstoffauslass erstreckt, weiter einen Gasbrennstoffdurchlass, der sich zwischen einem Gasbrennstoffeinlass und einem Gasbrennstoffdüsenauslass erstreckt, und eine erste Führungsbohrung. Die erste Führungsbohrung weist einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen Sitzteil auf, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist. Ein Gasbrennstoffrückschlagelement ist in dem Einspritzvorrichtungskörper zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position geführt, um die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Gasbrennstoffdurchlass und dem Gasbrennstoffdüsenauslass zu öffnen bzw. zu blockieren, um eine Einspritzung von gasförmigem Brennstoff aus dem Gasbrennstoffdüsenauslass in einen Zylinder des Verbrennungsmotors zu steuern. Dichtungsmittel zur Begrenzung einer Leckage von flüssigem Brennstoff zwischen zumindest dem ersten Abschnitt der ersten Führungsbohrung und einer Außenfläche des Gasbrennstoffrückschlagelementes sind vorgesehen, wobei der erste Abschnitt einen Durchmesser hat, der größer ist als ein Durchmesser des zweiten Abschnittes.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht eines Dual-Brennstoffmotorsystems gemäß den Aspekten der Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Dual-Brennstoffsystems gemäß Aspekten der Offenbarung.
3 ist eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht eines Teils des in 2 gezeigten Dual-Brennstoffsystems, welche eine Brennstoffeinspritzvorrichtung und einen Motorzylinder gemäß Aspekten der Offenbarung veranschaulicht.
4 ist eine Schnittansicht einer koaxialen Stegleitungsverbinderanordnung, die entlang einer Ebene aufgenommen ist, die eine Achse des koaxialen Stegleitungsverbinders aufweist, und zwar gemäß Aspekten der Offenbarung.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, die entlang einer Ebene aufgenommen ist, die eine Längsachse eines ersten Rückschlagelementes und eine Längsachse eines zweiten Rückschlagelementes aufweist, und zwar gemäß Aspekten der Offenbarung.
6 ist eine Querschnittsdarstellung eines Teils der Brennstoffeinspritzvorrichtung in 5.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Hülsendichtung gemäß Aspekten der Offenbarung.
8 ist eine Draufsicht der Hülsendichtung in 7.
9 ist eine Querschnittsansicht der Hülsendichtung in 8 entlang der Schnittlinie 9-9.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Hülsendichtung gemäß Aspekten der Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Aspekte der Offenbarung werden nun im Detail mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich durchgängig auf gleiche Elemente beziehen, außer wenn dies in anderer Weise dargestellt wird.
Die 1–3 zeigen einen Motor 8 und ein Dual-Brennstoffmotorsystem 10. Der Motor 8 kann ein Motorgehäuse 11 aufweisen, welches eine Vielzahl von Motorzylindern 12 definieren kann. Das Dual-Brennstoffmotorsystem 10 kann ein Dual-Brennstoffsystem 20 aufweisen, welches an dem Motorgehäuse 11 des Motors 8 befestigt ist. Das Dual-Brennstoffsystem 20 kann zumindest eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 aufweisen, die zur direkten Einspritzung in zumindest einen Zylinder 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 können strömungsmittelmäßig mit jeder der mindestens einen Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 verbunden sein und sie sind Teile eines Gasbrennstoffuntersystems 23 bzw. eines Flüssigbrennstoffuntersystems 53 des Dual-Brennstoffsystems 20. Der flüssige Brennstoff kann destillierten Dieselbrennstoff, Biodiesel, Dimethylether, Benzin, Ethylalkohol, Erdgas in der flüssigen Phase, Propan in der flüssigen Phase, Kombinationen davon oder irgendeine andere in der Technik bekannte brennbare Flüssigkeit aufweisen. Der gasförmige Brennstoff kann Erdgas, Propan, Ethylen, Butan, Wasserstoff, Kombinationen davon oder irgendein anderes in der Technik bekanntes brennbares Gas aufweisen. Das Dual-Brennstoffsystem 20 kann auch einen Mechanismus 16 zum Liefern und zur Drucksteuerung von gasförmigem Brennstoff (im Folgenden als „Gasbrennstoffsteuermechanismus” bezeichnet) genauso wie einen Mechanismus 17 zum Liefern und zur Drucksteuerung von flüssigem Brennstoff (im Folgenden als „Flüssigbrennstoffsteuermechanismus” bezeichnet) aufweisen, die strömungsmittelmäßig mit der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff bzw. mit der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff verbunden sind.
Gemäß einem Aspekt kann eine Gasbrennstoffleitung 38 strömungsmittelmäßig den Gasbrennstoffsteuermechanismus 16 mit der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff durch ein Absperrventil 46 verbinden. Sowohl die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25 als auch der Gasbrennstoffsteuermechanismus 16 als auch der Flüssigbrennstoffsteuermechanismus 17 können in bekannter Weise in steuernder Verbindung mit einer (nicht gezeigten) elektronischen Motorsteuereinheit sein und von dieser gesteuert werden. Der Gasbrennstoffsteuermechanismus 16 kann eine unter Druck gesetzte kryogene bzw. gekühlte Flüssigerdgasversorgung oder einen Flüssigerdgastank 40 mit einem Auslass aufweisen, der strömungsmittelmäßig mit einer Kryopumpe 41 mit variabler Lieferung verbunden ist. Der Gasbrennstoffsteuermechanismus 16 kann auch einen Wärmetauscher 42, einen Akkumulator 44, ein Brennstoffkonditionierungsmodul 45, welches die Lieferung und den Druck von gasförmigem Brennstoff zur 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 Gasbrennstoffleitung 38 oder in Reihe mit dieser positioniert sein. Der Gasbrennstoffsteuermechanismus 16 kann gasförmigen Brennstoff zur Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff mit einem Lieferdruck liefern, der niedriger ist als ein Lieferdruck des flüssigen Brennstoffs.
Gemäß einem Aspekt kann der Flüssigbrennstoffsteuermechanismus 17 eine Dieselbrennstoffversorgung oder einen Dieselbrennstofftank 50 aufweisen, weiter einen Brennstofffilter und eine elektronisch gesteuerte Hochdruckbrennstoffpumpe 52, welche flüssigen Brennstoff zu der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff liefern und den Druck darin steuern. Der Flüssigbrennstoffsteuermechanismus 17 kann flüssigen Brennstoff zu der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff mit einem Bereich von höheren Brennstoffdrücken liefern, und zwar bezüglich des Versorgungsdruckes des gasförmigen Brennstoffs. Der Druck des gasförmigen Brennstoffs und der Druck des flüssigen Brennstoffs können jeweils aus Gründen einstellbar sein, die dem Fachmann klar sein werden, jedoch können die Drücke für flüssigen Brennstoff generell höher sein als die Drücke für gasförmigen Brennstoff, zumindest innerhalb der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff und der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff.
4 zeigt eine Querschnittsansicht eines koaxialen Stegleitungsverbinders 30, die entlang einer Ebene aufgenommen ist, die eine Achse 29 des koaxialen Stegleitungsverbinders 30 einschließt. Gemäß einem Aspekt kann das Dual-Brennstoffsystem 20 den koaxialen Stegleitungsverbinder 30 aufweisen, der eine innere Stegleitung 32, welche einen inneren Brennstoffdurchlass 61 definiert, und eine äußere Stegleitung 30 haben kann, welche einen äußeren Brennstoffdurchlass 60 definiert. Der koaxiale Stegleitungsverbinder 30 kann eine Spitze 35 in dichtendem Kontakt mit einem gemeinsamen konischen Sitz 27 von einer der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25 aufweisen. Jeder einer Vielzahl von ähnlichen oder identischen koaxialen Stegleitungsverbindern 30 kann jeweils mit einer der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25 gekoppelt sein. Das Dual-Brennstoffsystem 20 kann eine Vielzahl von Blöcken 31 aufweisen, die in Reihe zusammen mit Gasbrennstoffleitungssegmenten 18 und Flüssigbrennstoffleitungssegmenten 19 angeordnet sein können, um die Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff bzw. die Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff zu formen. Jeder der Blöcke 31 kann mit einem jeweiligen koaxialen Stegleitungsverbinder 30 assoziiert sein. Zumindest ein koaxialer Stegleitungsverbinder 30' in der Reihenfolge kann einen Satz von Stöpseln anstelle der in 2 gezeigten Fittings bzw. Armaturen aufweisen. Die koaxialen Stegleitungsverbinder 30 können somit strömungsmittelmäßig zwischen jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung der Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 25 und sowohl der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff als auch der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff positioniert sein. Jeder koaxiale Stegleitungsverbinder 30 kann weiter eine Lasteinstellklemme 34 mit einer Schwenkfläche 68 in Kontakt mit einem der Blöcke 38 an einem Lasteinstellort aufweisen, der von einer Achse 29 der inneren Stegleitung 32 geschnitten wird.
Gemäß einem Aspekt kann jeder der Blöcke 31 ein Segment der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff definieren und kann senkrecht zur Achse 29 der inneren Stegleitung 32 orientiert sein. Jeder der Blöcke 31 kann einen Durchlass 60a definieren, der sich an einem Ende in die Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff öffnet und sich an einem anderen Ende in den äußeren Brennstoffdurchlass 60 der äußeren Stegleitung 33 öffnet. Jeder der Blöcke 31 kann einen Durchlass 61a definieren, der sich an einem Ende in die Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff öffnet und am anderen Ende in den inneren Brennstoffdurchlass 31 der inneren Stegleitung 32 öffnet.
Gemäß einem Aspekt kann sich der äußere Brennstoffdurchlass 60 an einem Ende in die Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff öffnen und kann sich am andere Ende in einen Gasbrennstoffeinlass 51 öffnen, der von einem Einspritzvorrichtungskörper 39 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 definiert wird. Der innere Brennstoffdurchlass 61 kann sich an einem Ende in die Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff öffnen und kann sich am anderen Ende in einen Flüssigbrennstoffeinlass 74 öffnen, der durch den Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 39 definiert wird. Der koaxiale Stegleitungsverbinder 30 kann eine Metall-Metall-Dichtung 57 mit dem Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper 39 bilden. Die Metall-Metall-Dichtung 57 kann den äußeren Brennstoffdurchlass 60 und den inneren Brennstoffdurchlass 61 trennen und kann auch den Flüssigbrennstoffeinlass 47 und den Gasbrennstoffeinlass 51 trennen, die jeweils mit den Gas- und Flüssigbrennstoffdurchlässen in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 verbunden sind, wie weiter im Folgenden beschrieben wird. Die äußeren Brennstoffdurchlässe 60 und der innere Brennstoffdurchlass 61 können strömungsmittelmäßig mit den Flüssig- und Gasbrennstoffdurchlässen in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 mit der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff bzw. der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff verbunden sein. Gemäß einem Aspekt können die Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff und die Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff strömungsmittelmäßig mit den Flüssig- und Gasbrennstoffdurchlässen verbunden sein, die mit der Flüssigbrennstoffversorgung oder dem Flüssigbrennstofftank 50 bzw. der Gasbrennstoffversorgung oder dem Gasbrennstofftank 40 assoziiert sind.
Mit Bezug auf 5 kann der Einspritzvorrichtungskörper 39 ein Düsenspitzenteil 43 aufweisen, welches sich in den Zylinder 12 des Motors 8 erstreckt. Der Einspritzvorrichtungskörper 39 kann einen Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 definieren, und ein Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 kann sich zwischen dem Flüssigbrennstoffeinlass 47 und dem Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 erstrecken. Der Einspritzvorrichtungskörper 39 kann weiter einen Gasbrennstoffdüsenauslass 54 definieren, und ein Gasbrennstofflieferdurchlass 55 kann sich zwischen dem Gasbrennstoffeinlass 51 und dem Gasbrennstoffdüsenauslass 54 erstrecken. Gemäß einem Aspekt kann der Druck des flüssigen Brennstoffs höher sein als der Druck des gasförmigen Brennstoffs, wie oben bemerkt. Sowohl der Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 als auch der Gasbrennstoffdüsenauslass 54 können eine Vielzahl von Sprühzumessöffnungen aufweisen, die in dem Düsenspitzenteil 43 ausgeformt sind. Der Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 und der Gasbrennstoffdüsenauslass 54 können bezüglich einer Längsachse des Einspritzvorrichtungskörpers vertikal voneinander versetzt sein, wie in den 5 und 6 gezeigt. Eine Vielzahl von inneren Komponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25, die elektronisch gesteuert sein kann, kann verwendet werden, um selektiv das Öffnen und das Schließen des Flüssigbrennstoffdüsenauslasses 48 und des Gasbrennstoffdüsenauslasses 54 in einer Weise zu steuern, die genauer unten beschrieben wird.
Gemäß einem Aspekt kann der Einspritzvorrichtungskörper 39 eine Vielzahl von Körperteilen aufweisen, welche das Düsenspitzenteil 43 aufweisen. Das Düsenspitzenteil 43 kann in einem äußeren Körperteil 58 positioniert sein, und das äußere Körperteil 58 kann an einem Klemmkörperteil oder oberen Körperteil 59 angebracht sein. Das obere Körperteil 59 kann verschraubbar mit dem äußeren Körperteil 58 gekoppelt sein und kann gedreht werden, um innere Komponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 zusammen zu klemmen. Gemäß einem Aspekt können Stifte oder irgendein anderes geeignetes Verfahren und/oder eine geeignete Vorrichtung verwendet werden, um die inneren Komponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 während der Montage auszurichten, um die hier besprochenen erwünschten Strömungsmittelverbindungen zu erhalten. Der Einspritzvorrichtungskörper 39 kann auch ein inneres Körperteil 62 und eine Zumessöffnungsplatte bzw. Drosselplatte 63 aufweisen, die zwischen dem oberen Körperteil 59 und dem Düsenspitzenteil 43 festgeklemmt ist. Der Einspritzvorrichtungskörper 39 kann eine Kammer 84 aufweisen, die zwischen dem Düsenspitzenteil 43, dem inneren Körperteil 62 und der Zumessöffnungsplatte 63 definiert ist. Die Kammer 84 kann ein Segment des Brennstofflieferdurchlasses 49 bilden, um flüssigen Brennstoff zum Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 zu fördern.
Gemäß einem Aspekt kann der Einspritzvorrichtungskörper 39 eine erste Rückschlagelementsteuerkammer 64 und eine zweite Rückschlagelementsteuerkammer 65 definieren, die jeweils in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffeinlass 47 und einem Ablauf oder einem Niederdruckraum 66 sind. Der Niederdruckraum 66 kann irgendeine Kombination oder Konfiguration von Auslässen, Freiräumen, Spielen zwischen Komponenten oder Leckpfaden aufweisen, solange ein Druckgradient von der ersten Rückschlagelementsteuerkammer 64 und der zweiten Rückschlagelementsteuerkammer 65 zum Niederdruckraum 66 eingerichtet werden kann, um eine Brennstoffeinspritzsteuerung zu ermöglichen.
Gemäß einem Aspekt kann das Düsenspitzenteil 43 eine erste Führungsbohrung 85 definieren. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 kann ein Gasbrennstoffrückschlagelement 71 aufweisen, welches zumindest teilweise in der ersten Führungsbohrung 85 aufgenommen ist. Das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 kann ein Nadelrückschlagelement sein. Das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 kann in dem Einspritzvorrichtungskörper 39 zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position geführt sein, um die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Gasbrennstofflieferdurchlass 55 und dem Gasbrennstoffdüsenauslass 54 selektiv zu öffnen bzw. zu blockieren. Eine Betätigung des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 zwischen der zurückgezogenen Position und der vorgeschobenen Position kann verwendet werden, um die Einspritzung von gasförmigem Brennstoff aus dem Gasbrennstoffdüsenauslass 54 in einen entsprechenden Zylinder 12 des Motors 8 zu steuern.
Gemäß einem Aspekt kann das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 eine hydraulische Verschlussfläche 72 haben, die einem Strömungsmitteldruck der ersten Rückschlagelementsteuerkammer 64 ausgesetzt ist, und eine hydraulische Öffnungsfläche 73, die dem Brennstoffdruck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 innerhalb der Kammer 84 ausgesetzt ist. Das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 kann Gasdrucköffnungsflächen haben, die einem Gasdruck des Gasbrennstofflieferdurchlasses 55 in einer Düsenkammer 96 ausgesetzt sind, kann jedoch typischerweise zumindest teilweise basierend auf hydraulischem Druck aufgedrückt werden.
Gemäß einem Aspekt kann das Düsenspitzenteil 43 eine zweite Führungsbohrung 86 definieren. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 kann ein Flüssigbrennstoffrückschlagelement 67 aufweisen, welches zumindest teilweise in der zweiten Führungsbohrung 86 aufgenommen ist. Das Flüssigbrennstoffrückschlagelement 67 kann ein Nadelrückschlagelement sein. Das Flüssigbrennstoffrückschlagelement 67 kann Seite an Seite mit dem Gasbrennstoffnadelrückschlagelement 71 positioniert sein und kann parallel zu dem Gasbrennstoffnadelrückschlagelement 71 sein. Das Flüssigbrennstoffrückschlagelement 67 kann in dem Einspritzvorrichtungskörper 39 zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position geführt sein, um die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 und dem Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 selektiv zu öffnen bzw. zu blockieren. Eine Betätigung des Flüssigbrennstoffrückschlagelementes 67 zwischen der zurückgezogenen Position und der vorgeschobenen Position kann verwendet werden, um die Einspritzung von flüssigem Brennstoff aus dem Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 in den entsprechenden Zylinder 12 des Motors 8 zu steuern.
Gemäß einem Aspekt kann das Flüssigbrennstoffrückschlagelement 67 eine hydraulische Verschlussfläche 69 haben, die einem Strömungsmitteldruck einer zweiten Rückschlagelementsteuerkammer 65 ausgesetzt ist, und kann eine hydraulische Öffnungsfläche 70 haben, die einem Brennstoffdruck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 innerhalb der Kammer 84 ausgesetzt ist. Wiederum mit Bezug auf 2 ist der Flüssigbrennstofflieferdurchlass 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 Düsenkammer 94 kann die Kammer 84 und den Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 verbinden.
Gemäß einem Aspekt kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 ein Flüssigbrennstoffeinspritzsteuerventil 74 und ein Gasbrennstoffeinspritzsteuerventil 75 aufweisen, die strömungsmittelmäßig zwischen der ersten Rückschlagelementsteuerkammer 64 bzw. der zweiten Rückschlagelementsteuerkammer 65 und einem Niederdruckraum 66 positioniert sind. Gemäß einem Aspekt, wie in 5 veranschaulicht, können sowohl das Flüssigbrennstoffeinspritzsteuerventil 74 als auch das Gasbrennstoffeinspritzsteuerventil 75 ein Teil einer elektrisch betätigten Steuerventilanordnung sein, die zumindest ein Ventilglied, einen Anker und einen Elektromagneten hat. Ein erster Ablaufdurchlass 78 kann strömungsmittelmäßig eine Verbindung der zweiten Rückschlagelementsteuerkammer 65 mit dem Steuerventil 74 herstellen, welches betätigt werden kann, um einen Druck in der zweiten Rückschlagelementsteuerkammer 65 zu verringern, so dass eine hydraulische Verschlusskraft, die auf die hydraulische Verschlussfläche 69 wirkt, verringert wird, was ermöglicht, dass der Brennstoffdruck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 über die hydraulische Öffnungsfläche 70 das Flüssigbrennstoffrückschlagelement 67 anhebt und den Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 öffnet.
Gemäß einem Aspekt kann ein weiterer Ablaufdurchlass 80 strömungsmittelmäßig die erste Rückschlagelementsteuerkammer 64 mit dem Gasbrennstoffeinspritzsteuerventil 75 verbinden, um das Öffnen des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 zu ermöglichen, um gasförmigen Brennstoff über den Gasbrennstoffdüsenauslass 54 einzuspritzen. Im Gegensatz zu gewissen bekannten Dual-Brennstoffstrategien kann ein hydraulischer Druck, statt einem Gasdruck, auf eine hydraulische Öffnungsfläche von sowohl von dem Flüssigbrennstoffnadelrückschlagelement als auch dem Gasbrennstoffnadelrückschlagelement wirken, obwohl die vorliegende Offenbarung nicht darauf eingeschränkt ist. Um die Einspritzung zu beenden, können das Flüssigbrennstoffeinspritzsteuerventil 74 und das Gasbrennstoffeinspritzsteuerventil 75 deaktiviert werden, entweder erregt oder entregt bzw. abgeschaltet, je nachdem, um den Strömungsmitteldruck in der ersten Rückschlagelementsteuerkammer 64 und in der zweiten Rückschlagelementsteuerkammer 65 auf den Rail-Druck für flüssigen Brennstoff wieder herzustellen. Das Flüssigbrennstoffeinspritzsteuerventil 74 und das Gasbrennstoffeinspritzsteuerventil 75 können irgendeine geeignete Konfiguration haben und können jeweils ein Zwei-Wege-Ventil aufweisen, wie gezeigt, ein Drei-Wege-Ventil oder noch eine andere Konfiguration.
Gemäß einem Aspekt kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 25 weiter eine erste Feder 82 aufweisen, die das Flüssigbrennstoffrückschlagelement 67 in die geschlossene Position vorspannt, was den Flüssigbrennstoffdüsenauslass 48 abdichtet, und eine zweite Feder 83, die das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 in die geschlossene Position vorspannt, um den Gasbrennstoffdüsenauslass 54 abzudichten. Das Öffnen des Flüssigbrennstoffrückschlagelementes 67 oder des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 kann gegen eine Vorspannung der entsprechenden Feder auftreten. Das Schließen des Flüssigbrennstoffrückschlagelementes 67 oder des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 kann gegen die Strömungsmitteldrücke auftreten, welche dem Verschlussdruck entgegen wirken, der bei der Steuerung der ersten Rückschlagelementsteuerkammer 64 und der zweiten Rückschlagelementsteuerkammer 65 vorgesehen wird. Im Fall des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 kann der Gasdruck auf die Spitze wirken, und zwar entgegenwirkend zum Verschlussdruck in der ersten Rückschlagelementsteuerkammer 64.
Wie oben besprochen, können die hydraulische Öffnungsfläche 70 des Flüssigbrennstoffrückschlagelementes 67 und die hydraulische Öffnungsfläche 73 des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 dem Brennstoffdruck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 ausgesetzt sein, und der Brennstoffdruck ist typischer Weise gleich einem Brennstoffdruck in der Common-Rail 22. Gemäß einem Aspekt können das Flüssigbrennstoffrückschlagelement 67 und das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 jeweils teilweise in der Kammer 84 positioniert sein, welche ein Segment des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 bildet. Die Kammer 84 kann die erste Feder 82 und die zweite Feder 83 aufnehmen, die darin positioniert sind, und kann somit als eine Federkammer angesehen werden. Die hydraulischen Öffnungsflächen 70 und 73 können somit dem Brennstoffdruck in der gleichen Kammer 84 ausgesetzt sein. Als eine Alternative können mehrere Federkammern oder irgendeine andere Konfiguration verwendet werden, um einen Rail-Druck für Flüssigkeit zu den hydraulischen Öffnungsflächen zu liefern.
Nun mit Bezug auf 6, kann flüssiger Brennstoff von der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff zum Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 mit hohem Druck geliefert werden, und gasförmiger Brennstoff kann von der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff zu dem Gasbrennstofflieferdurchlass 55 mit einem mittleren Druck geliefert werden, der niedriger ist als der hohe Druck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49. Gemäß einem Aspekt kann eine Druckdifferenz zwischen dem mittleren Druck des Gasbrennstofflieferdurchlasses und dem hohen Druck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 während eines Betriebszustandes mit nur flüssigem Brennstoff ungefähr 40 MPa bis 80 MPa sein. Höhere Druckdifferenzen während eines Betriebszustands mit Lieferung von nur flüssigem Brennstoff werden auch in Betracht gezogen, und diese höheren Druckdifferenzen können größer als 80 MPa sein oder können größer als 100 MPa sein. Gemäß einem Aspekt kann die Druckdifferenz zwischen dem Gasbrennstofflieferdurchlass 55 und dem Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 während eines gemischten Betriebszustandes oder Dual-Brennstoff-Betriebszustandes ungefähr 5 bis 80 MPa sein. Höhere Druckdifferenzen während eines gemischten Betriebszustandes oder Dual-Brennstoffbetriebszustandes werden in Betracht gezogen und diese höheren Druckdifferenzen können größer als 80 MPa sein oder können größer als 100 MPa sein.
Gemäß einem Aspekt kann ein Leckpfad 77 eine Leckage von flüssigem Brennstoff aus dem Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 in den Gasbrennstofflieferdurchlass 55 gestatten, und zwar auf Grund von Herstellungstoleranzen des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 und einer Innenfläche des Düsenspitzenteils 43. Gemäß einem Aspekt kann der Leckpfad 77 durch ein Spiel 95 geformt werden, welches zwischen der Außenfläche des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 und der Innenfläche des Düsenspitzenteils 43 angeordnet ist. Im Allgemeinen kann eine kleine Menge von herausgelecktem flüssigen Brennstoff durch den Gasbrennstoffdüsenauslass 54 während einer Einspritzung von gasförmigem Brennstoff ausgestoßen werden.
Ein gesteuertes Ausmaß einer Leckage kann erwünscht sein, um zu ermöglichen, dass relativ kleine Mengen von flüssigem Brennstoff durch den Leckpfad 77 wandern, um Oberflächen des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 zu schmieren, welche die Oberflächen des Düsenspitzenteils 43 berühren. In gewissen Fällen kann es wünschenswert sein, das Dual-Brennstoffmotorsystem 10 in einem Betriebszustand nur mit flüssigem Brennstoff zu betreiben, wie beispielsweise, wenn es Fehler in dem Gasbrennstoffuntersystem 23 gibt, während des Starts oder eines Diagnosebetriebs, oder wenn das Dual-Brennstoffsystem 10 keinen gasförmigen Brennstoff mehr hat. Es kann dann wünschenswert sein, die Wanderung von flüssigem Brennstoff, die durch den Leckpfad 77 auftreten kann, zu reduzieren 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 Hülsendichtung 100 aufweisen, die in der ersten Führungsbohrung 85 sitzt und um das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 positioniert ist, wie in den 5 und 6 gezeigt. Durch Vorsehen der Hülsendichtung 100 getrennt von der Führungsbohrung 85, kann die Herstellung vereinfacht werden und Produktionskosten können verringert werden. Die erste Führungsbohrung 85 kann einen ersten Abschnitt 85a, einen zweiten Abschnitt 85b und einen Sitzteil 85c aufweisen, der zwischen dem ersten Abschnitt 85a und dem zweiten Abschnitt 85b angeordnet ist. Der erste Abschnitt 85a weist einen Durchmesser auf, der größer sein kann als ein Durchmesser des zweiten Abschnitts 85b.
In einem Aspekt, wie in den 7–9 gezeigt, kann die Hülsendichtung 100 eine Innenfläche 102 haben, die eine Hülsendichtungsbohrung 110 definiert, und eine Außenfläche 104, die einen ersten Teil 120 und einen zweiten Teil 130 aufweist. Der erste Teil 120 kann näher an einer Längsachse 140 der Hülsendichtung 100 entlang einer radialen Richtung R angeordnet sein als der zweite Teil 130, wobei die radiale Richtung senkrecht zur Längsachse 140 ist. Der zweite Teil 130 der Hülsendichtung 100 kann an dem ersten Abschnitt 85a der ersten Führungsbohrung 85 anliegen. Die Hülsendichtung 100 kann ein proximales bzw. nahegelegenes Ende 150 mit einer ersten Endfläche 152 und ein distales bzw. ferngelegenes Ende 160 mit einer zweiten Endfläche 162 aufweisen. Gemäß einem Aspekt können die erste Endfläche 152 und/oder die zweite Endfläche 162 eine ebene Oberfläche senkrecht zur Längsachse 140 sein. Die Hülsendichtung 100 kann aus einem Material sein, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer 50100 Stahllegierung, einer 52100 Stahllegierung und Hochdichte-Polyethylen besteht oder kann ein solches Material aufweisen. Andere geeignete Materialien für die Hülsendichtung 100 werden in Betracht gezogen, um sich an die Bedürfnisse spezieller Anwendungen anzupassen.
Gemäß einem Aspekt kann die Hülsendichtung 100 ein Verhältnis der Länge L zum Durchmesser D von 1:1 bis 1:3 haben, wobei die Länge eine gesamte Länge der Hülsendichtung vom proximalen Ende 150 zum distalen Ende 160 ist, und wobei der Durchmesser zweimal ein Radius des zweiten Teils 130 ist. Gemäß einem Aspekt kann die Hülsendichtung 100 ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 1:1,5 bis 1:2,0 haben.
Gemäß einem Aspekt kann die Außenfläche der Hülsendichtung 100 eine Vielzahl von Schlitzen oder Nuten 125 und eine Vielzahl von Stegen 135 definieren. Jede Nut der Vielzahl von Nuten 125 kann zwischen benachbarten Stegen der Vielzahl von Stegen 135 definiert sein. Die Vielzahl von Nuten 125 kann einen ersten Teil 120 der Hülsendichtung 100 aufweisen, und die Vielzahl von Stegen 135 kann den zweiten Teil 130 der Hülsendichtung 100 aufweisen. Wie in 8 gezeigt, kann die Vielzahl von Nuten 125 ein konkaves, halbkreisförmiges Profil haben, jedoch werden andere Formen und/oder Profile in Betracht gezogen, so dass sie im Umfang der vorliegenden Offenbarung sind. Beispielsweise kann die Vielzahl von Nuten 125 eine konvexe, keilförmige oder ebene Oberfläche oder eine Kombination davon aufweisen, wobei sie eine Oberfläche für eine Nut der Vielzahl von Nuten 125 bilden.
Gemäß einem Aspekt, wie er in 9 gezeigt ist, kann die Vielzahl von Nuten 125 sich zumindest teilweise in der Längsrichtung von einem proximalen Ende 150 der Hülsendichtung 100 zu einem distalen Ende 160 der Hülsendichtung 100 erstrecken, wobei die Längsrichtung parallel zur Längsachse 140 der Hülsendichtung 100 ist. Die Vielzahl von Nuten 125 kann gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Außenfläche der Hülsendichtung 100 verteilt sein. Gemäß einem Aspekt kann die Vielzahl von Nuten 125 von 3 bis 64 Nuten haben. Gemäß einem Aspekt kann die Vielzahl von Nuten 125 von 8 bis 32 Nuten haben. Gemäß einem Aspekt kann die Vielzahl von Nuten 125 eine Gesamtzahl von 15 Nuten haben.
Gemäß einem Aspekt, wie in 9 gezeigt, kann die Vielzahl von Nuten 125 sich über eine gesamte Länge der Hülsendichtung 100 entlang der Längsrichtung vom proximalen Ende 150 zum distalen Ende 160 erstrecken. Gemäß einem Aspekt, wie in 10 gezeigt, kann eine Vielzahl von Nuten 125' sich über weniger als eine gesamte Länge L' einer Hülsendichtung 100' entlang einer Längsrichtung von einem proximalen Ende 150' zu einem distalen Ende 160' erstrecken. Wenn beispielsweise die Vielzahl von Nuten 125' sich über weniger als die gesamte Länge L' der Hülsendichtung 100' erstreckt, kann sich die Vielzahl von Nuten 125' über 25% bis 90% der gesamte Länge L' der Hülsendichtung 100' erstrecken. Gemäß weiteren Aspekten kann die Vielzahl von Nuten 125, 125', wie in den 7 und 10 gezeigt, sich in einer spiralförmigen, schraubenförmigen oder nicht linearen Weise von dem proximalen Ende 150, 150' zum distalen Ende 160, 160' der Hülsendichtung 100, 100' erstrecken.
Gemäß einem Aspekt kann eine radiale Tiefe 170 zwischen einem Steg der Vielzahl von Stegen 135 und einer benachbarten Nut der Vielzahl von Nuten 125 entlang der Längsrichtung konstant oder im Wesentlichen gleich sein. Die radiale Tiefe 170 der Vielzahl von Nuten 125 kann zwischen 200 und 500 Mikrometern sein. Gemäß einem Aspekt kann die radiale Tiefe 170 als eine maximale Tiefe der Vielzahl von Nuten 125 an jeder Position entlang der Längsrichtung der Hülsendichtung 100 definiert sein. Gemäß einem Aspekt kann die radiale Tiefe 170 entlang der Längsrichtung variieren und kann vom proximalen Ende 150 zum distalen Ende 160 abnehmen.
Mit Bezug auf die 5 und 6 kann die Hülsendichtung 100 in den ersten Abschnitt 85a der ersten Führungsbohrung 85 eingeführt und installiert werden. Die Hülsendichtung 100 kann in der ersten Führungsbohrung 85 über einen Einpassungsschleifprozess bzw. Einschleifprozess installiert werden. Die Vielzahl von Stegen 135 und der erste Abschnitt 85a der ersten Führungsbohrung 85 können so dimensioniert sein, dass sie eine Übergangspassung bzw. einen Festsitz haben. Gemäß einem Aspekt kann die Übergangspassung eine Überlappung von 25 bis 40 Mikrometern zwischen der Vielzahl von Stegen 135 und dem ersten Abschnitt 85a haben. Anders gesagt, der Außendurchmesser der Hülsendichtung 100 einschließlich der Vielzahl von Stegen 135 kann größer sein als ein Innendurchmesser des ersten Abschnittes 85a der ersten Führungsbohrung 85. Außerdem kann die Hülsendichtung 100 so eingesetzt werden, dass die zweite Endfläche 162 in einem Kontakt Stirnseite an Stirnseite mit dem Sitzteil 85c der ersten Führungsbohrung 85 angeordnet ist. Zumindest ein Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 kann in der Hülsendichtungsbohrung 110 angeordnet sein. Gemäß einem Aspekt kann der Innendurchmesser der Hülsendichtungsbohrung 110 zwischen 3 und 8 Millimeter groß sein. Gemäß einem Aspekt kann der Innendurchmesser der Hülsendichtungsbohrung 110 zwischen 3 und 4 Millimeter groß sein. Gemäß einem Aspekt kann der Außendurchmesser des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 zwischen 3 und 8 Millimeter groß sein. Gemäß einem Aspekt kann der Außendurchmesser des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 zwischen 3 und 4 Millimeter groß sein.
Gemäß einem Aspekt kann ein Spalt 180 zwischen einer Außenfläche des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 und der Hülsendichtungsbohrung 110 vorhanden sein. Gemäß einem Aspekt ist der Spalt 180 zwischen dem Gasbrennstoffrückschlagelement 71 und der Hülsendichtung 100 ungefähr 4 bis 8 Mikrometer, wenn der Druck des flüssigen Brennstoffes nicht vorhanden ist. Gemäß einem Aspekt kann der Spalt 180 ungefähr 6 Mikrometer sein, wenn der Druck des flüssigen Brennstoffes nicht vorhanden ist. Gemäß einem Aspekt kann die Hülsendichtung 100 eine dynamische Dichtung sein und der Spalt 180 kann auf Grund des Drucks des flüssigen Brennstoffes des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 und der Kammer 84 verringert werden. Gemäß einem Aspekt kann der Spalt 180 bis herunter auf zwischen 1 und 4 Mikrometer verringert werden, wenn der Druck des flüssigen Brennstoffes auf die Vielzahl von Nuten 125 der Hülsendichtung 100 wirkt.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Brennstoffeinspritzvorrichtungen und insbesondere auf eine Hülsendichtung für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung. Hülsendichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind im Allgemeinen anwendbar, um eine Leckage durch einen Leckpfad einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, welche verwendet werden kann, um Brennstoff in einen Motor zum Antrieb einer Maschine einzuspritzen, zu begrenzen oder zu verhindern.
Die Maschine kann ein „Straßenfahrzeug” sein, wie beispielsweise ein Lastwagen, der beim Transport verwendet wird, oder sie kann irgendeine andere Art von Maschine sein, die irgendeine Art von Betriebsvorgang ausführt, der mit einem Industriezweig assoziiert ist, wie beispielsweise Bergbau, Bau, Ackerbau, Transport oder mit irgendeinem anderen in der Technik bekannten Industriezweig. Beispielsweise kann die Maschine ein Geländelastwagen, eine Lokomotive, ein Seefahrzeug oder eine Maschine, eine Erdbewegungsmaschine, wie beispielsweise ein Radlader, ein Bagger, ein Kipplastwagen, ein Baggerlader, ein Motorgrader, eine Materialhandhabungsvorrichtung oder Ähnliches sein. Der Ausdruck „Maschine” kann sich auch auf eine stationäre Einrichtung beziehen, wie beispielsweise auf einen Generator, der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, um Elektrizität zu erzeugen.
Der Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtung, einschließlich der Hülsendichtung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung, wird nun mit Bezugnahme auf die 5–9 beschrieben. Flüssiger Brennstoff kann von der Common-Rail 22 für flüssigen Brennstoff zum Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 mit hohem Druck geliefert werden, und gasförmiger Brennstoff kann von der der Common-Rail 21 für gasförmigen Brennstoff zum Gasbrennstofflieferdurchlass 55 mit einem mittleren Druck geliefert werden, wobei der mittlere Druck niedriger ist als der hohe Druck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49. In einem Betriebszustand nur mit flüssigem Brennstoff kann eine Druckdifferenz zwischen dem mittleren Druck des Gasbrennstofflieferdurchlasses 55 und dem hohen Druck des Flüssigbrennstofflieferdurchlasses 49 ungefähr 40 MPa bis 80 MPa sein, während die Druckdifferenz in einem gemischten Betriebszustand oder Dual-Brennstoffbetriebszustand ungefähr 5 MPa sein kann.
Aufgrund von Herstellungstoleranzen des Gasbrennstoffrückschlagelementes 71 und einer Innenfläche des Düsenspitzenteils 43 kann ein Leckpfad 77 zwischen diesen eine Leckage von flüssigem Brennstoff aus dem Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 in den Gasbrennstofflieferdurchlass 55 gestatten. Wenn kein Mechanismus für eine Handhabung einer Leckagerate durch den Leckpfad 77 vorhanden ist, kann sich flüssiger Brennstoff in dem Gasbrennstoffuntersystem 23 ansammeln. Weiterhin kann eine Leckage des flüssigen Brennstoffes in das Gasbrennstoffuntersystem 23 nachteilig die Motoremissionen beeinflussen, kann einen Stopp-Zustand des Motors 8 auslösen, kann eine Blockage des gasförmigen Brennstoffes in dem Gasbrennstoffuntersystem 23 erzeugen und/oder kann längere Anlaufzeiten zur Folge haben.
Wie in den 5 und 6 gezeigt, kann die Hülsendichtung 100 in den ersten Abschnitt 85a der ersten Führungsbohrung 85 eingeführt werden und darin installiert werden. Die Hülsendichtung 100 kann eine Vielzahl von Nuten 125 aufweisen, die in Strömungsmittelverbindung mit der Kammer 84 und dem Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 sein können. Wenn der flüssige Brennstoff zum Flüssigbrennstofflieferdurchlass 49 und zur Kammer 84 geliefert wird, kann der Flüssigbrennstoffdruck gemäß einem Aspekt zumindest radial nach innen auf die Vielzahl von Nuten 125 zur Mitte der Hülsendichtung 100 aufgebracht werden. Die Hülsendichtungsbohrung 110 kann wiederum nach innen zum Gasbrennstoffrückschlagelement 71 hin verformt werden, wodurch der Spalt 180 verringert wird, der zwischen dem Gasbrennstoffrückschlagelement 71 und der Hülsendichtungsbohrung 110 vorhanden sein kann. In diesem zusammengedrückten Zustand kann die Hülsendichtungsbohrung 110 zusammengedrückt werden oder sich um das gasförmige Brennstoffrückschlagelement 71 zusammenziehen, um den Spalt 180 zu verringern. Die Verringerung des Spaltes 180 kann einen Fluss von flüssigem Brennstoff zwischen dem Gasbrennstoffrückschlagelement 71 und der Hülsendichtung 100 minimieren oder eliminieren.
Gemäß einem Aspekt kann der Flüssigbrennstoffdruck auch axial auf die erste Endfläche 152 aufgebracht werden, wodurch eine axiale Kraft auf die Hülsendichtung 100 zum Sitzteil 85c der ersten Führungsbohrung 85 sichergestellt wird. Die axiale Kraft kann die Hülsendichtung 100 gegen den Sitzteil 85c drücken, um ein Spiel zwischen der Hülsendichtung 100 und dem Sitzteil 85c zu verringern, wodurch ein Brennstoffflusspfad entlang des Sitzteils 85c minimiert wird.
Während des Betriebszustandes mit nur flüssigem Brennstoff kann das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 typischer Weise in der vorgeschobenen Position bleiben, wodurch der Gasbrennstoffdüsenauslass 54 blockiert wird. Die Hülsendichtung 100 kann in einem nach innen verformten Zustand gehalten werden, wodurch sie um das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 zusammengedrückt wird und eine Bewegung des flüssigen Brennstoffes zu dem Gasbrennstoffuntersystem 23 minimiert oder eliminiert wird. Gemäß einem Aspekt kann das Zusammendrücken bewirken, dass der Spalt 180 zwischen dem Gasbrennstoffrückschlagelement 71 und der Hülsendichtung 100 sich auf weniger als 6 Mikrometer verringert. Gemäß einem Aspekt kann das Zusammendrücken bewirken, dass der Spalt 180 sich auf bis zu zwischen 1 und 4 Mikrometer verringert.
Wenn es wünschenswert ist, zu einem Betriebszustand nur mit gasförmigem Brennstoff oder in einen Betriebszustand mit gemischten Brennstoff zurückzukehren, kann die Druckdifferenz zwischen der Kammer 84 und der Düsenkammer 96 verringert werden, wodurch das Zusammendrücken der Hülsendichtung 100 um das Gasbrennstoffrückschlagelement 71 verringert wird. Gemäß einem Aspekt kann das verringerte Zusammendrücken bewirken, dass der Spalt 180 sich ausdehnt oder zu einer Distanz von 4 bis 8 Mikrometern zurückkehrt. Gemäß einem Aspekt kann das verringerte Zusammendrücken bewirken, dass der Spalt 180 sich auf eine Distanz bzw. Größe von ungefähr 6 Mikrometer erweitert.
Es wird klar sein, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele der offenbarten Brennstoffeinspritzvorrichtung und Hülsendichtung vorsieht. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass andere Ausführungen der Offenbarung im Detail von den vorangegangenen Beispielen abweichen können. Jegliche Bezugnahme auf die Offenbarung oder Beispiele davon soll sich auf das spezielle an diesem Punkt besprochene Beispiel beziehen, und diese Bezugnahmen sind nicht dafür vorgesehen, irgendeine Einschränkung bezüglich des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen mit sich zu bringen. Jegliche Erwähnung einer Ablehnung oder geringeren Bevorzugung bezüglich gewisser Merkmale soll anzeigen, dass diese Merkmale weniger bevorzugt werden, soll jedoch solche Merkmale nicht vollständig vom Umfang der Offenbarung ausschließen, außer wenn dies in anderer Weise angezeigt wird.
Die Erwähnung von Wertebereichen soll hier nur als ein abgekürztes Verfahren dazu dienen, einzeln jeden getrennten Wert zu nennen, der in den Bereich fällt, außer wenn dies in anderer Weise hier angezeigt wird, und jeder getrennte Wert wird in die Beschreibung mit eingeschlossen, genauso wie wenn er einzeln hier genannt worden wäre. Alle hier beschriebenen Verfahren können in irgendeiner geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden, außer wenn dies hier anders angezeigt wird oder klar durch den Kontext in Abrede gestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7627416 [0006]

Claims

Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) für einen Verbrennungsmotor (8), wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) Folgendes aufweist: einen Einspritzvorrichtungskörper (39), der einen Flüssigbrennstoffdurchlass (49) definiert, der sich zwischen einem Flüssigbrennstoffeinlass (47) und einem Flüssigbrennstoffauslass (48) erstreckt, einen Gasbrennstoffdurchlass (55), der sich zwischen einem Gasbrennstoffeinlass (51) und einem Gasbrennstoffdüsenauslass (54) erstreckt, und eine erste Führungsbohrung (85); ein Gasbrennstoffrückschlagelement (71), das in der ersten Führungsbohrung (85) zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position geführt ist, um selektiv eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Gasbrennstoffdurchlass (55) und dem Gasbrennstoffdüsenauslass (54) zu öffnen bzw. zu blockieren; und eine Hülsendichtung (100), die in der ersten Führungsbohrung (85) sitzt, wobei die Hülsendichtung (100) einen Innenfläche (102) hat, die eine Hülsendichtungsbohrung (110) dort hindurch definiert, und wobei zumindest ein Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes (71) in der Hülsendichtungsbohrung (110) angeordnet ist; wobei eine Außenfläche (104) der Hülsendichtung (100) einen ersten Teil (120) und einen zweiten Teil (130) aufweist, wobei der erste Teil (120) entlang einer radialen Richtung näher an einer Längsachse (140) der Hülsendichtungsbohrung (110) angeordnet ist als der zweite Teil (130), wobei die radiale Richtung senkrecht zur Längsachse (140) ist, wobei der erste Teil (120) der Außenfläche (104) der Hülsendichtung (100) in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffdurchlass (49) ist, wobei ein distaler bzw. ferngelegener Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes (71) sich um die Längsachse (140) auf einer ersten Seite der Hülsendichtung (100) erstreckt und in Strömungsmittelverbindung mit dem Gasbrennstoffeinlass (51) ist, und wobei ein proximaler bzw. nahegelegener Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes (71) sich entlang der Längsachse (140) auf einer zweiten Seite der Hülsendichtung (100) entgegengesetzt zur ersten Seite der Hülsendichtung (100) erstreckt und in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffeinlass (47) ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) nach Anspruch 1, wobei der zweite Teil (130) der Außenfläche (104) der Hülsendichtung (100) an der ersten Führungsbohrung (85) anliegt.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche (104) der Hülsendichtung (100) eine Vielzahl von Nuten (125) und eine Vielzahl von Stegen (135) definiert, wobei jede Nut der Vielzahl von Nuten (125) zwischen benachbarten Stegen der Vielzahl von Stegen (135) definiert ist, wobei die Vielzahl von Nuten (125) einen ersten Teil (120) der Hülsendichtung (100) aufweist, und wobei die Vielzahl von Stegen (135) einen zweiten Teil (130) der Hülsendichtung (100) aufweist und wobei der Strömungsmitteldruck vom Flüssigbrennstoffeinlass (47) zumindest einen radial nach innen gerichteten Druck auf die Vielzahl von Nuten (125) aufbringt, um einen Dichtungskontakt zwischen der Hülsendichtungsbohrung (110) und einer Außenfläche des Gasbrennstoffrückschlagelementes (71) zu vergrößern.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) nach Anspruch 3, wobei die Vielzahl von Nuten (125) sich zumindest teilweise in einer Längsrichtung von einem proximalen Ende (150) der Hülsendichtung (100) zu einem distalen Ende (160) der Hülsendichtung (100) erstreckt, wobei die Längsrichtung parallel zur Längsachse (140) der Hülsendichtung (100) ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) nach Anspruch 3, wobei die Vielzahl von Nuten (125) gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Außenfläche (104) der Hülsendichtung (100) verteilt ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) nach Anspruch 3, wobei eine radiale Tiefe (170) zwischen einem Steg der Vielzahl von Stegen (135) und einer benachbarten Nut der Vielzahl von Nuten (125) zwischen 20 und 40 Mikrometern ist.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) nach Anspruch 1, wobei die erste Führungsbohrung (85) des Einspritzvorrichtungskörpers (39) einen ersten Abschnitt (85a), einen zweiten Abschnitt (85b) und ein Sitzteil (85c) aufweist, der zwischen dem ersten Abschnitt (85a) und dem zweiten Abschnitt (85b) angeordnet ist, und wobei der erste Abschnitt (85a) einen Durchmesser hat, der größer ist als ein Durchmesser des zweiten Abschnittes (85b).
Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) nach Anspruch 1, wobei der Einspritzvorrichtungskörper (39) eine zweite Führungsbohrung (86) darin definiert, und wobei der Flüssigbrennstoffauslass einen Flüssigbrennstoffdüsenauslass (48) aufweist, wobei die Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) weiter ein Flüssigbrennstoffrückschlagelement (67) aufweist, welches in der zweiten Führungsbohrung (86) zwischen zurückgezogenen und vorgeschobenen Positionen geführt ist, um selektiv eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Flüssigbrennstoffdurchlass (49) und dem Flüssigbrennstoffdüsenauslass (48) zu öffnen bzw. zu blockieren.
Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) nach Anspruch 8, wobei der Einspritzvorrichtungskörper (39) weiter ein Spitzenteil (43) aufweist, welches die erste Führungsbohrung (85) definiert, und wobei die zweite Führungsbohrung (86) das Gasbrennstoffrückschlagelement (71) und das Flüssigbrennstoffrückschlagelement (67) aufnimmt, wobei an dem Spitzenteil (43) der Flüssigbrennstoffdüsenauslass (48) und der Gasbrennstoffdüsenauslass (54) ausgeformt sind.
Dual-Brennstoffsystem (20) für einen Verbrennungsmotor (8), wobei das Dual-Brennstoffsystem (20) Folgendes aufweist: eine Flüssigbrennstoffversorgung; eine Gasbrennstoffversorgung; und eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen zum Liefern von flüssigem Brennstoff aus der Flüssigbrennstoffversorgung und zum Liefern von gasförmigem Brennstoff aus der Gasbrennstoffversorgung in die Zylinder (12) des Verbrennungsmotors (8), wobei jede Brennstoffeinspritzvorrichtung (25) der Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen Folgendes aufweist: einen Einspritzvorrichtungskörper (39), der einen Flüssigbrennstoffdurchlass (49) definiert, der sich zwischen einem Flüssigbrennstoffeinlass (47) und einem Flüssigbrennstoffauslass (48) erstreckt, einen Gasbrennstoffdurchlass (55), der sich zwischen einem Gasbrennstoffeinlass (51) und einem Gasbrennstoffdüsenauslass (54) erstreckt, und eine erste Führungsbohrung (85); ein Gasbrennstoffrückschlagelement (71), welches in der ersten Führungsbohrung (85) zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position geführt ist, um selektiv eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Gasbrennstoffdurchlass (55) und dem Gasbrennstoffdüsenauslass (54) zu öffnen bzw. zu blockieren; und eine Hülsendichtung (100), die in der ersten Führungsbohrung (85) sitzt, wobei die Hülsendichtung (100) eine Innenfläche (102) hat, die eine Hülsendichtungsbohrung (110) dort hindurch definiert, und wobei zumindest ein Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes (71) in der Hülsendichtungsbohrung (110) angeordnet ist, wobei eine Außenfläche (104) der Hülsendichtung (100) einen ersten Teil (120) und einen zweiten Teil (130) aufweist, wobei der erste Teil (120) entlang einer radialen Richtung näher an einer Längsachse (140) der Hülsendichtungsbohrung (110) angeordnet ist als der zweite Teil (130), wobei die radiale Richtung senkrecht zur Längsachse (140) ist, wobei der erste Teil (120) der Außenfläche (104) der Hülsendichtung (100) in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffdurchlass (49) ist, wobei ein distaler bzw. ferngelegener Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes (71) sich entlang der Längsachse (140) auf einer ersten Seite der Hülsendichtung (100) erstreckt und in Strömungsmittelverbindung mit dem Gasbrennstoffeinlass (51) ist, und wobei ein proximaler bzw. nahegelegener Teil des Gasbrennstoffrückschlagelementes (71) sich entlang der Längsachse (140) auf einer zweiten Seite der Hülsendichtung (100) gegenüberliegend zur ersten Seite der Hülsendichtung (100) erstreckt und in Strömungsmittelverbindung mit dem Flüssigbrennstoffdurchlass (49) ist.