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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenngasinjektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Im Stand der Technik ergibt sich häufig die Notwendigkeit, dass mit Brenngasinjektoren, welche für die Brenngas-Ausdüsung von hochdruckbeaufschlagtem Brenngas Verwendung finden, z.B. mit einem Druckniveau über 350bar hinaus, Brenngasspeicher vorgesehen werden sollten, d.h. um insbesondere injektorinterne Druckschwankungen im Rahmen der Brenngas-Ausdüsung zu kompensieren. Aufgrund der geringeren Dichte des Brenngases gegenüber z.B. Flüssigkraftstoff (wie Dieselkraftstoff oder Schweröl) müssen derartige Speicher relativ groß ausfallen, womit in nachteiliger Weise erheblicher Bauraumbedarf einhergeht. Unter Umständen müssen die Brenngasspeicher sogar extern, z.B. im Zylinderkopf gebildet werden, s. z.B. die Druckschrift
JP-S61215452A , womit der Brenngasinjektor aber nicht als autarke, universell einsetzbare Einheit samt Brenngasspeicher bereitgestellt werden kann und woneben ein Zylinderkopf bzw. die Einbauumgebung für die Brenngasspeicherbereitstellung in nachteiliger Weise aufwändig bearbeitet werden muss.
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Vorteilhafte Anordnungen in Hinblick auf Brenngasspeicherung und Druckschwankungsvermeidung ergeben sich weiterhin mit Lösungen, wie diese die Druckschrift
DE 601 18 167 T2 offenbart, wobei ein Sperrfluiddruck über einen injektorexternen Ausgleichszylinder mit Beschaltung aktiv an einen Brenngasdruck für die Versorgung des Kraftstoffinjektors angeglichen wird. Auch hierbei ist jedoch der bauliche Aufwand erheblich und bauraumzehrend.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenngasinjektor anzugeben, welcher vorstehende Nachteile überwindet.
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Diese Aufgabe wird durch einen Brenngasinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Brenngasinjektor, zum Beispiel als Single-Fuel-Kraftstoffinjektor ausgestaltet, welcher zur Brenngasausdüsung oder - insbesondere bei Ausbildung als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor - zum Beispiel weiterhin zur Verwendung mit einem Flüssigkraftstoff, zum Beispiel Dieselkraftstoff, Biokraftstoff oder Schweröl bereitgestellt ist.
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Die Brenngasausdüsung via den Brenngasinjektor ist mit einem hochdruckbeaufschlagten, gasförmigen Kraftstoff bzw. Brenngas (zum Beispiel 350 bar oder mehr), zum Beispiel Erdgas, Sondergas, Deponiegas, Wasserstoff oder einem davon verschiedenen Brenngas vorgesehen, das heißt für die Ausdüsung bzw. Einspritzung in einen Brennraum. Bei Ausgestaltung als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor kann der Brenngasinjektor im Rahmen einer Brenngas-Betriebsart insbesondere für einen Zündstrahlbetrieb vorgesehen sein (Flüssigkraftstoff-Zündstrahl zur Zündung des gasförmigen Kraftstoffs). Der Brenngasinjektor ist vorzugsweise mit einem Großmotor verwendbar, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug wie etwa einem Schiff, einer Lok oder einem Nutz- oder Sonderfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung vorgesehen, z.B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat, z.B. auch für Industrieanwendungen.
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Der Brenngasinjektor weist ein Brenngas-Versorgungssystem auf, insbesondere ein injektorinternes Brenngas-Versorgungssystem, welches zur Führung von (auszudüsendem) Brenngas an (wenigstens) ein Brenngas-Düsenvolumen des Brenngasinjektors bereitgestellt ist. Das Brenngas-Versorgungssystem ist bevorzugt mittels Leitungen bzw. Kanälen, insbesondere Bohrkanälen gebildet, welche zum Beispiel von einem (Hochdruck-)Brenngas-Einlass am Brenngasinjektor zu dem Brenngas-Düsenvolumen führen (um dasselbe mit hochdruckbeaufschlagten Brenngas zu versorgen). Das Brenngas-Düsenvolumen ist hierbei weiterhin insbesondere ein Volumen, zum Beispiel als Kammer bereitgestellt, welches einer Brenngas-Düsenanordnung des Brenngasinjektors vorgelagert ist, und aus welchem Volumen Brenngas über die Brenngas-Düsenanordnung ausgedüst werden kann (das heißt bei freigegebenen Strömungsweg zwischen Brenngas-Düsenvolumen und Brenngas-Düsenanordnung, welcher Strömungsweg insbesondere über ein steuerbares Absperrorgan, wie zum Beispiel ein Düsenventilglied (insbesondere eine Brenngas-Düsennadel), des Brenngasinjektors selektiv versperrbar ist).
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Das Brenngas-Düsenvolumen kann hierbei einem einzigen Absperrorgan oder einer Mehrzahl von Absperrorganen des Brenngasinjektors zugeordnet sein, welche zum Beispiel je als hubsteuerbares Brenngas-Düsenventilglied gebildet sind, insbesondere mit der Funktionalität, dass mit Abheben des jeweiligen Brenngas-Düsenventilglieds von einem Brenngas-Düsenventilsitz Brenngas seitens des Brenngas-Düsenvolumens über die Brenngas-Düsenanordnung ausgedüst werden kann. Einem jeweiligen Absperrorgan kann hierbei zum Beispiel eine Düsenöffnungsgruppe der Brenngas-Düsenanordnung zugeordnet sein, d.h. mit einer oder einer Mehrzahl von Düsenöffnungen. Das Brenngas-Düsenvolumen kann hierbei weiterhin z.B. ein Ringvolumen sein.
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Der Brenngasinjektor weist weiterhin ein Sperrfluid-Versorgungssystem auf, insbesondere ein injektorinternes Sperrfluid-Versorgungssystem, welches zur Bildung bzw. Implementierung wenigstens einer hydraulischen Sperrfluiddichtung im Brenngasinjektor bereitgestellt bzw. konfiguriert ist. Eine solche Sperrfluiddichtung dient im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere dazu, entlang Kriechpfaden an einem oder einer Anzahl von - insbesondere hubverschieblichen - Elementen des Brenngasinjektors (wobei die Kriechpfade insbesondere zwischen den Elementen und Führungen derselben gebildet sind), insbesondere z.B. an den vorgenannten Absperrorganen oder zum Beispiel auch an Niederhalteelementen im Brenngasinjektor, zwischen einer Brenngasseite und einer Steuerfluidseite an denselben abzudichten, mithin eine Mischung des Brenngases und eines Steuerfluids am Brenngasinjektor zu vermeiden.
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Zur Bildung einer solchen Sperrfluiddichtung kann eine Ringkavität, insbesondere eine Ringnut, um ein jeweiliges solches Element gebildet sein, entlang welchem bzw. um welches herum eine solche Abdichtung erfolgen soll, und diese Kavität über das Sperrfluid-Versorgungssystem mit (hoch)druckbeaufschlagten Sperrfluid versorgt bzw. beaufschlagt werden (im Rahmen eines Befüllens der (Ring-)Kavität). Somit kann ein Überströmen seitens einer Steuerfluid- oder einer Brenngasseite über die sperrfluidbeaufschlagte Kavität bzw. Sperrfluiddichtung wirksam vermieden werden. Als Sperrfluid dient vorzugsweise ein Öl bzw. Sperröl.
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Insbesondere analog zu dem Brenngas-Versorgungssystem kann auch das Sperrfluid-Versorgungssystem mittels einer Anzahl von Leitungen bzw. Kanälen, insbesondere Bohrkanälen, gebildet sein, welche an jeweilige Sperrfluiddichtungsräume ((Ring-)Kavitäten) geführt sind. Zur Versorgung von Sperrfluid an den Brenngasinjektor kann dieser einen Sperrfluideinlass aufweisen. Daneben kann zum Beispiel ein Druckeinstellmittel für das Sperrfluid-Versorgungssystem am Brenngasinjektor vorgesehen sein, z.B. ein Druckregelventil.
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Insbesondere um die eingangs erwähnten Nachteile zu überwinden, weist der Brenngasinjektor in die Erfindung kennzeichnender Weise ferner einen injektorinternen Fluidspeicher (insbesondere Druckspeicher) mit einem Kolben bzw. Trennkolben auf, welcher Trennkolben im Fluidspeicher volumenvariabel ein erstes und ein zweites Speichervolumen abteilt, wobei das erste Speichervolumen an das Brenngas-Versorgungssystem kommunizierend angebunden ist, und wobei das zweite Speichervolumen an das Sperrfluid-Versorgungssystem kommunizierend angebunden ist.
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Derart ausgestaltet vermag der Brenngasinjektor insoweit, bei Injektorbetrieb bzw. anliegendem Brenngas- und Sperrfluid(system)druck, das erste Speichervolumen des Fluidspeichers mit druckbeaufschlagtem Brenngas seitens des Brenngas-Versorgungssystems und das zweite Speichervolumen mit druckbeaufschlagtem Sperrfluid seitens des Sperrfluid-Versorgungssystems zu beaufschlagen bzw. zu befüllen. Vorzugsweise werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung hierbei die Druckniveaus der Brenngasseite (erstes Speichervolumen) und der Sperrfluidseite (zweites Speichervolumen) bzw. die korrespondierenden Brenngas- bzw. Sperrfluid-(System)druckniveaus am Brenngasinjektor derart gewählt, dass das Sperrfluid-Druckniveau zumindest geringfügig über jenem des Brenngases liegt, z.B. 10 bar bis 50bar oder mehr darüber.
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Hierdurch kann in beabsichtigter Weise bewirkt werden, dass die Brenngasseite des Fluidspeichers (das erste Speichervolumen) bei Injektorbetrieb bzw. anliegendem Sperrfluiddruck seitens der Sperrfluidseite des Fluidspeichers (via das zweite Speichervolumen) eine Druckbeaufschlagung erfährt, das heißt (mittelbar über den Kolben) seitens des zweiten Speichervolumens. Derart wird es vorteilhaft möglich, Druckschwankungen im Brenngas-Versorgungssystem bei Brenngasbetrieb (insbesondere im Rahmen eines Einspritzbetriebs) zu kompensieren, da der Trennkolben, nachgeführt durch die Druckbeaufschlagung seitens der Sperrfluidseite, das Gasdruckniveau im ersten Speichervolumen bzw. der Brenngasseite, mithin im kommunizierend angebundenen Brenngas-Versorgungssystem zur Düse, im Wesentlichen gleich bzw. konstant zu halten vermag.
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Durch die Kompensationsdruckbeaufschlagung seitens des Sperrfluids bzw. des zweiten Speichervolumens wird weiterhin vorteilhaft die Möglichkeit eröffnet, den internen Brenngasspeicher, d.h. integriert in den Fluidspeicher, erheblich kleiner bauen zu können bzw. eine bessere Wirkung im Vergleich zu baugrößengleichen Brenngasspeichern zu erzielen. Damit müssen auch Leitungen des Brenngasversorgungssystems nicht länger mit einem maximalen Querschnitt ausgeführt werden, sondern können vorteilhaft bauraumsparend kleinere Durchmesser aufweisen. Einher geht mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ferner der vorteilhafte Nebeneffekt, das bei einem Schließvorgang von Absperrorganen (insbesondere Düsenventilgliedern), Druckwellen, welche auf das Brenngas-Versorgungssystem wirken, durch den Kolben auch abgebaut bzw. bedämpft werden (die Amplitude der Druckwellen kann zum Beispiel ungefähr 10 % vom Brenngas-Systemdruck betragen).
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Allgemein kann der Fluidspeicher im Rahmen der vorliegenden Erfindung mittels eines Speicherraums in Form einer insbesondere kleinen Kammer bzw. eines Zylinders, zum Beispiel im Bereich einer Länge von 1cm bis 2 cm, gebildet sein, z.B. mit einem Durchmesser von 5mm bis 1cm, in welcher Kammer der Trennkolben (in drucklosem Zustand der Speichervolumina) frei verschieblich eingebracht ist. Eine Abdichtung des Trennkolbens gegen die Kammerwand kann z.B. durch die Kolbenwandung selbst oder z.B. einen oder mehrere Dichtringe des Trennkolbens erfolgen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen des Brenngasinjektors gehen weiterhin dahin, dass im Fluidspeicher, insbesondere im ersten Speichervolumen (Brenngasseite), ein federelastisches Element bzw. Federelement aufgenommen ist, welches mit dem Trennkolben zusammenwirkt (und diesen insofern auch (lage)stabilisiert). Das Federelement ist dazu vorgesehen, nach einem Brenngas-Einspritzvorgang (Abströmen von Brenngas aus dem ersten Speichervolumen mit Verschiebung des Trennkolbens in Richtung von dem zweiten Speichervolumen hin zu dem ersten Speichervolumen), einhergehend mit Wiederbefüllung des ersten Speichervolumens und erneutem Brenngas-Druckaufbau im Brenngasinjektor, die Bewegung des Trennkolbens zurück in Richtung des zweiten Speichervolumens (hin zur Sperrfluidseite) zu unterstützen. Bevorzugt ist das Federelement eine Druckfeder, insbesondere im ersten Speichervolumen angeordnet und gegen den Trennkolben gedrängt, alternativ z.B. ein Zugfederelement im zweiten Speichervolumen, welches gegen den Trennkolben wirkt, d.h. mit einer Vorspannkraft in Richtung vom ersten zum zweiten Speichervolumen.
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Vorzugsweise ist das Federelement weiterhin so ausgelegt, dass es bei betriebsdruckbehaftetem Brenngasinjektor, insbesondere außerhalb des Einspritzbetriebs, einen (System-)Druckunterschied bzw. Nenndruckunterschied zwischen der Brenngasseite bzw. dem ersten Speichervolumen und der Sperrfluidseite bzw. dem zweiten Speichervolumen ausgeglichen hält (ein Druckgleichgewicht zwischen Sperrfluidseite und Brenngasseite herstellt), vorzugsweise hierbei den Trennkolben in einer mittleren Position mit Bezug auf den Fluidspeicher hält. Insoweit kompensiert das Federelement bevorzugt einen Überdruck seitens der Sperrfluidseite gegenüber der Brenngasseite (bei höherem Sperrfluiddruckniveau), wobei eine solche druckausgeglichene Position des Trennkolbens vorzugsweise auch einer Ruheposition desselben entspricht, d.h. bei druckbeaufschlagtem Brenngasinjektor außerhalb eines Einspritzbetriebs.
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Insbesondere um zu vermeiden, dass das Federelement aufgrund übermäßiger Längung Schaden nimmt (im Falle eines in dem ersten Speichervolumen aufgenommenen und mit dem Trennkolben verbundenen Druckfederelements z.B. aufgrund von Sperrfluiddruckabfall (Verschiebung des Trennkolbens hin zur Sperrfluidseite) oder im Falle eines im zweiten Speichervolumen aufgenommenen Federelements z.B. aufgrund von Brenngasdruckabfall (Verschiebung des Trennkolbens hin zur Brenngasseite), kann der Fluidspeicher wenigstens ein Anschlagelement aufweisen, welches bereitgestellt ist, einen Verschiebeweg des Trennkolbens, insbesondere für einen wie vorstehend geschilderten Fall, im Fluidspeicher zu begrenzen.
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Alternativ oder zusätzlich können im Rahmen der vorliegenden Erfindung - für die beabsichtigte Druckschwankungskompensation - die Druckwirkflächen beidseits (Trennkolben-Stirnflächen; hin zum ersten und zum zweiten Speichervolumen weisend) am Trennkolben auch unterschiedlich groß dimensioniert sein (wobei ein wie vorstehend erörtertes Federelement z.B. entbehrlich sein kann), d.h. um eine beabsichtigte Verschiebecharakteristik des Trennkolbens unter Berücksichtigung der Betriebs- bzw. Systemdrucknivaus von Brenngas und Sperrfluid im Fluidspeicher einzustellen.
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Z. B. kann bei einem allgemein höherem Sperrfluid-Systemdruckniveau gegenüber dem Brenngas-Systemdruckniveau eine relativ kleine Wirkfläche auf Seiten der Sperrfluidseite (hin zum zweiten Speichervolumen weisend) am Trennkolben bereitgestellt werden, aber eine relativ große Wirkfläche auf Seiten der Brenngasseite (hin zum ersten Speichervolumen weisend), so dass sich - bei anliegenden Sperrfluid- und Brenngas-Systemdruckniveaus außerhalb des Einspritzbetriebs - eine resultierende Kraft auf den Trennkolben einstellt, welche in Richtung vom ersten Speichervolumen hin zum zweiten Speichervolumen wirkt (und den Trennkolben z.B. gegen ein wie vor erörtertes Anschlagselement im Fluidspeicher drängt, insoweit in eine Ruhelage). Beginnt der Brenngaseinspritzbetrieb, fällt der Druck im ersten Speichervolumen ab, woraufhin die resultierende Kraft auf den Trennkolben seitens des zweiten Speichervolumens nunmehr überwiegt und die Kompensationswirkung durch den nachgeführten Trennkolben hierbei wie beabsichtigt einsetzt.
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Allgemein kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ferner vorgesehen sein, dass der Fluidspeicher über eine Brenngas-Stichleitung an das Brenngas-Versorgungssystem und/oder über eine Steuerfluid-Stichleitung an das Steuerfluid-Versorgungssystem kommunizierend angebunden ist. Hierbei kann eine jeweilige Stichleitung insoweit bidirektional wirken, das heißt das jeweilige erste bzw. zweite Speichervolumen sowohl druckbeaufschlagend als auch druckentlastend.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das erste und/oder zweite Speichervolumen als Durchgangsvolumen an das Brenngas- bzw. Steuerfluid-Versorgungssystem kommunizierend angebunden ist. Insoweit ist hierbei ein derart angebundenes Speichervolumen mit dem zugehörigen Versorgungssystem quasi in Reihe geschaltet, z.B. über eine Anströmleitung (seitens des Versorgungssystems) und eine dazu separate Abströmleitung (in das Versorgungssystem führend). Auch hierbei lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile erzielen.
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Aufgrund der vorteilhaft geringen Bauraumerfordernisse eines im Rahmen der Erfindung vorgeschlagenen Fluidspeichers kann vorteilhaft vorgesehen werden, diesen düsennah im Brenngasinjektor unterzubringen, zum Beispiel im Bereich benachbart zu dem Düsenvolumen, allgemein zum Beispiel in einem oder an einem Düsenkörper des Brenngasinjektors, z.B. auch in Trennflächen des Düsenkörpers und eines diesen deckelnden Elements gearbeitet (insoweit allgemein mehrteilig und einfach herstellbar).
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Fluidspeicher an einem düsenfernen Abschnitt des Brenngasinjektors gebildet sein, im Rahmen eines Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors z.B. benachbart zu einem Einzeldruckspeicher des Injektors (für Flüssigkraftstoff). Ferner kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung erwogen werden, den Brenngasinjektor mit einer Mehrzahl von Fluidspeichern auszugestalten, insbesondere je an ein gemeinsames Brenngas-Versorgungssystem oder Sperrfluid-Versorgungssystem angebunden. Mit einer Mehrzahl von Fluidspeichern kann eine Ausgestaltung z.B. derart erfolgen, dass wenigstens eines der ersten und zweiten Speichervolumina eines Fluidspeichers mit wenigstens einem entsprechenden ersten bzw. zweiten Speichervolumen wenigstens eines weiteren Fluidspeichers kommuniziert.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird weiterhin auch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem wie vorstehend erörterten Brenngasinjektor vorgeschlagen, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem eingerichtet ist, Sperrfluid und Brenngas an den Brenngasinjektor bzw. dessen Brenngas-Versorgungssystem und dessen Sperrfluid-Versorgungssystem zu versorgen, wobei das Sperrfluid insbesondere mit einem höheren Druckniveau als das Brenngas an den Brenngasinjektor versorgt wird. Zum Beispiel kann das Brenngas-Druckniveau 350 bar oder darüber betragen, das Sperrfluid-Druckniveau dem Brenngas-Druckniveau zuzüglich 5 bis 15 % entsprechen.
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Letztlich wird auch eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welche wenigstens einen wie vorstehend erörterten Brenngasinjektor oder ein wie vorstehend erläutertes Kraftstoffeinspritzsystem aufweist.
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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 verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 exemplarisch und schematisch in einer abgebrochenen Schnittansicht einen Brenngasinjektor gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, wobei der Brenngasinjektor als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor bereitgestellt ist.
- 2 exemplarisch und schematisch eine Ansicht fokussiert auf einen Fluidspeicher eines Brenngasinjektors gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt einen in einer abgebrochenen Ansicht einen Brenngasinjektor 1, welcher mit einem Flüssigkraftstoff-Injektorteil 3 gebildet, mithin in Form eines Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors bereitgestellt ist.
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Der Flüssigkraftstoff-Injektorteil 3 weist für einen Zündstrahlbetrieb oder einen reinen Flüssigkraftstoffbetrieb ein Flüssigkraftstoff-Düsenventilglied 5 auf, insbesondere in Form einer schließfederbelasteten Düsennadel, welche in einem Düsenkörper 7 des Flüssigkraftstoff-Injektorteils 3 hubverschieblich und mit einem Ventilsitz 9 eines mit Ventilsitz 9 und Flüssigkraftstoff-Düsenventilglieds 5 gebildeten Flüssigkraftstoff-Einspritzventils 11 zusammenwirkend aufgenommen ist.
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In Abhängigkeit der Stellung des Flüssigkraftstoff-Düsenventilglieds 5 kann bei Injektorbetrieb hochdruckbeaufschlagter Flüssigkraftstoff (2000 bis 2500 bar oder mehr) aus einem Flüssigkraftstoff-Düsenraum 13 des Flüssigkraftstoff-Injektorteils 3 ausgebracht werden (für einen Einspritzvorgang), über eine nachgeordnete Flüssigkraftstoff-Düsenanordnung 15 zum Beispiel in einen Brennraum (einer Brennkraftmaschine, nicht dargestellt) eingespritzt werden.
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Der Flüssigkraftstoff-Injektorteil 3 umfasst für die Hubsteuerung des Flüssigkraftstoff-Düsenventilglieds 5 ein hydraulisches (Flüssigkraftstoff-)Steuersystem 17 (zur indirekten Steuerung des Flüssigkraftstoff-Düsenventilglieds 5), welches den Flüssigkraftstoff als Hydraulikfluid nutzt.
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Das hydraulische Flüssigkraftstoff-Steuersystem 17 weist einen Steuerraum 19 auf (welcher mittels einer Nadelführungshülse 21 und einem deckelnden Element 23, z.B. einer Zwischenplatte, an einem düsenfernen Ende des Flüssigkraftstoff-Düsenventilglieds 5 gebildet ist) und wird bei Injektorbetrieb seitens einer Hochdruckquelle 25, z.B. seitens eines Druckspeichers (nicht dargestellt), mit Flüssigkraftstoff bzw. dem Hydraulikfluid versorgt, das heißt über eine Flüssigkraftstoff-Hochdruck-(HD)-leitung 27 bzw. Versorgungsleitung des hydraulischen Flüssigkraftstoff-Steuersystems 17, welche den Steuerraum 19 weiterhin über einen daran geführten Hochdruck-Zulaufzweig 29 des hydraulischen Flüssigkraftstoff-Steuersystems 17 anbindet (wobei der Hochdruck-Zulaufzweig 29 weiterhin eine Drosselvorrichtung aufweist). Daneben wird auch der Flüssigkraftstoff-Düsenraum 13 über die Flüssigkraftstoff-HD-Versorgungsleitung 27 angebunden, d.h. zur Versorgung mit dem hochdruckbeaufschlagten Flüssigkraftstoff.
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Das hydraulische Flüssigkraftstoff-Steuersystem 17 umfasst ferner einen aus dem Steuerraum 19 mündenden Ablaufzweig 31 mit einer (Ablauf-)Drosselvorrichtung, welcher über ein Pilotventil 33 des hydraulischen Flüssigkraftstoff-Steuersystems 17 hin zur Niederdruckseite (ND) führt, so dass der Strömungsweg 33 zur Niederdruckseite ND selektiv unterbrechbar ist.
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Mit dieser Ausgestaltung des Flüssigkraftstoff-Injektorteils 3 kann in Abhängigkeit der Steuerstellung des Pilotventils 33 somit ein beabsichtigter Steuerdruck im Steuerraum 19 eingestellt werden, mithin die Hubstellung des Flüssigkraftstoff-Düsenventilglieds 5 auf an sich bekannte Weise gesteuert werden, das heißt durch selektive Be- und Entlastung des Steuerraums 19.
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Der Brenngasinjektor 1 umfasst weiterhin ein Brenngas-Düsenventilglied 35, welches in einem (zweiten) Düsenkörper 37 angeordnet ist (daneben kann der zweite Düsenkörper 37 z.B. auch entfallen, insbesondere wenn das Brenngas-Düsenventilglied 35 z.B. mit im Düsenkörper 7 aufgenommen ist).Vorzugsweise umfasst der Brenngasinjektor 1 allgemein eine Mehrzahl an Brenngas-Düsenventilgliedern 35, z.B. zwischen 3 bis 6 Brenngas-Düsenventilglieder 35, wobei allerdings lediglich ein Brenngas-Düsenventilglied 35 in 1 dargestellt ist. Die Mehrzahl an Brenngas-Düsenventilgliedern 35 können den Düsenkörper 7 des Flüssigkraftstoff-Injektorteils 3 umgebend angeordnet sein, insbesondere in dem zweiten Düsenkörper 37.
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Analog zu dem Flüssigkraftstoff-Düsenventilglied 5 ist auch das jeweilige Brenngas-Düsenventilglied 35 (Brenngas-Düsennadel) hubverschieblich und gegen einen Brenngas-Düsenventilsitz 39 wirkend dazu bereitgestellt, in Abhängigkeit einer (Hub-)Steuerstellung desselben einen Brenngas-Strömungsweg von einem Brenngas-Düsenvolumen 41 hin zu einer Brenngas-Düsenanordnung 43 (stromab des Brenngas-Düsenventilsitzes 39) selektiv zu versperren bzw. freizugeben.
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Zur Hubsteuerung des Brenngas-Düsenventilglieds 35 ist eine Kolbensteueranordnung 45 am Brenngasinjektor 1 gebildet, welche mit einem kolbenförmigen Endabschnitt 47 des Brenngas-Düsenventilglieds 35 zusammenwirkt und weiterhin einen ersten 49 und einen zweiten 51 Steuerraum aufweist, welche je in Abhängigkeit einer hydraulischen Ansteuerung hydraulisch be- oder entlastbar sind. Eine hydraulische Ansteuerung erfolgt über einen hydraulischen (Steueröl)-Steuerkreis 53 des Brenngasinjektors 1, welcher als Steuerfluid zum Beispiel Steueröl vorsieht, zum Beispiel bereitgestellt seitens einer (Hochdruck-)Steuerölquelle 55, weiterhin zum Beispiel mit einem Druckniveau von ca. 500 bar (bei Ausgestaltungen mit einer Mehrzahl an Brenngas-Düsenventilgliedern 35 kann z.B. ein jedes eine Kolbensteueranordnung 45 aufweisen, wobei eine Ansteuerung derselben über einen einzigen hydraulischen Steuerkreis 53 erfolgen kann).
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Zur bedarfsgerechten Druckbeaufschlagung bzw. Entlastung eines jeweiligen Steuerraums 49, 51 weist der Brenngasinjektor 1 bzw. dessen Steuerkreis 53 zum Beispiel ein Steuerventil 57 auf, welches vorzugsweise als 4/2-Wege-Ventil bereitgestellt sein kann, wobei an das Steuerventil 57 sowohl je eine Steuerleitung 59a, b seitens eines jeweiligen Steuerraums 49, 51 als auch eine Druckleitung 61 seitens der Steuerölquelle 55 sowie eine Entlastungsleitung 63 hin zur Niederdruckseite ND geführt ist. Derart ausgestaltet ermöglicht die Kolbensteueranordnung 45 in Verbindung mit dem Steuerkreis 53 (erste Ventilstellung des Steuerventils 57) das zugehörige Brenngas-Düsenventilglied 35 aus dem Sitz 39 zu steuern, mithin eine Brenngas-Ausdüsung, sobald der erste, düsenferne Steuerraum 49 entlastet und der zweite, düsennahe Steuerraum 51 belastet ist, weiterhin das Brenngas-Düsenventilglied 35 in den Sitz 39 zu steuern (Strömungsweg versperrt; zweite Ventilstellung des Steuerventils 57), sobald der düsennahe Steuerraum 51 entlastet und der düsenferne Steuerraum 49 belastet wird.
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Zur Versorgung bzw. Führung von Brenngas an das Brenngas-Düsenvolumen 41 bzw. den Brenngas-Düsenraum weist der Brenngasinjektor 1 weiterhin ein insbesondere injektorinternes Brenngas-Versorgungssystem 65 auf. Das Brenngas-Versorgungssystem 41 umfasst hierfür einen Brenngas-Hochdruckkanal 67, welcher seitens eines Brenngaseinlasses 69 an das Brenngas-Düsenvolumen 41 führt. Eine Brenngas-Versorgung (insbesondere im Rahmen einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung) ist hierbei mit einem Druckniveau von ca. 350 bar vorgesehen. Obwohl nicht gezeigt, kann vorgesehen sein, das Brenngas-Versorgungssystem 65 mit einer Mehrzahl von z.B. verzweigenden Brenngas-Hochdruckkanälen 67 auszugestalten, zum Beispiel um ein ringförmig bereitgestelltes Brenngas-Düsenvolumen 41 (insbesondere für eine Mehrzahl an Brenngas-Düsenventilgliedern 35) allseitig gleichmäßig anströmen zu können.
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Wie 1 weiterhin veranschaulicht, weist der Brenngasinjektor 1 weiterhin ein insbesondere injektorintemes Sperrfluid-Versorgungssystem 71 auf, welches zur Implementierung wenigstens einer hydraulischen Sperrfluiddichtung im Brenngasinjektor 1 bereitgestellt ist. Vorliegend umfasst das Sperrfluidversorgungssystem 71 z.B. eine Sperrfluiddichtkammer 73 (insbesondere je Brenngas-Düsenventilglied 35), welche mittels einer Ringkavität um einen längsmittleren Abschnitt des in einer Spaltführung im Düsenkörper 37 geführten Brenngas-Düsenventilglieds 35 gebildet ist.
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Weiterhin umfasst das Sperrfluid-Versorgungssystem 71 wenigstens einen Sperrfluidkanal 75, welcher seitens eines Sperrfluideinlasses 77 am Brenngasinjektor 1 an die jeweilige Sperrfluiddichtkammer 73 geführt ist, das heißt zu deren Versorgung bzw. Anströmung (Befüllung) mit hochdruckbeaufschlagtem Sperrfluid. Die hierdurch gebildete Sperrfluiddichtung vermag ein Überströmen von Brenngas entlang der Führung (Kriechspalt) in den Steuerkreis 53 der Kolbensteueranordnung 45 wirksam zu verhindern (und umgekehrt). Sperrfluid, insbesondere ein Sperröl, wird hierbei vorzugsweise mit einem Druckniveau über jenem des Brenngases an den Sperrfluideinlass 77 versorgt (insbesondere im Rahmen einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung), zum Beispiel mit einem Druckniveau von 5 bis 10 % über jenem des Brenngases.
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Analog zu der Implementierung einer Sperrfluiddichtung um ein jeweiliges Brenngas-Düsenventilglied 35 kann mit dem Brenngasinjektor 1 weiterhin vorgesehen sein, wie dies auch 1 veranschaulicht, im Rahmen des Sperrfluid-Versorgungssystems 71 weiterhin Sperrfluiddichtungen auch an Niederhalteelementen 79 zu bilden, welche gegen ein jeweiliges Brenngas-Düsenventilglied 35 gedrängt sind, vorzugsweise um daran eine Schließkraftunterstützung zu bewirken.
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In die Erfindung kennzeichnender Weise umfasst der Brenngasinjektor 1 weiterhin einen injektorinternen Fluidspeicher 81 mit einem Kolben bzw. Trennkolben 83, welcher Trennkolben 83 im Fluidspeicher 81 volumenvariabel ein erstes 85 und ein zweites 87 Speichervolumen abteilt. Der Fluidspeicher 81, vorzugsweise mittels einer kleinvolumigen, zum Beispiel zylindrischen, Hohlkammer gebildet, kann zum Beispiel seitens der Trennebene A zwischen dem Düsenkörper 37 und einem deckelnden Element 23, zum Beispiel einer Zwischenplatte, in dieselben Elemente gearbeitet sein, so dass sich eine einfache Fertigung ergibt.
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Wie 1 auch veranschaulicht, ist das erste Speichervolumen 85 hierbei an das Brenngas-Versorgungssystem 65 kommunizierend angebunden, insbesondere über eine Stichleitung 89, und das zweite Speichervolumen 87 an das Sperrfluid-Versorgungssystem 71 kommunizierend angebunden, insbesondere wiederum über eine Stichleitung 91. Belastet wird das erste Speichervolumen 85 - bei anliegendem Betriebsdruck am Brenngasinjektor 1 - somit mit dem Brenngasdruck von zum Beispiel 350 bar, während das zweite Speichervolumen 87 - wiederum bei anliegendem Betriebsdruck am Brenngasinjektor 1 - mit dem geringfügig höheren Sperrfluiddruck beaufschlagt ist.
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Insbesondere um dieses mit Betriebsdruck insoweit vorherrschende Druckungleichgewicht zwischen den beiden Druckseiten 85, 87 am Trennkolben 83 außerhalb von Brenngas-Einspritzvorgängen auszugleichen, ist im ersten Speichervolumen 85 ein Druckfederelement 93 aufgenommen, welches gegen den Trennkolben 83 (und andernends gegen die Fluidspeicherstirnseite) gedrängt ist. Das Druckfederelement 93 ist hierbei so ausgelegt, dass der Trennkolben 83 bei vorgenanntem Druckunterschied zwischen dem ersten 85 und zweiten 87 Speichervolumen - außerhalb eines Brenngas-Einspritzvorgangs und weiterhin im Rahmen der vorbestimmten Systemdruckniveaus mit Bezug auf das Brenngasdruckniveau und das Sperrfluiddruckniveau - in einer Ruhestellung gehalten wird, vorliegend insbesondere einer Mittenstellung mit Bezug auf den Fluidspeicher 81.
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Mit dem derart ausgestalteten Brenngasinjektor 1 kann bei einem Brenngas-Einspritzbetrieb nunmehr der Trennkolben 83 - aufgrund der erfahrenen Sperrfluiddruckbelastung seitens des zweiten Speichervolumens 87 - mit dem Abströmen von Brenngas aus dem ersten Speichervolumen 85 (Druckabbau) hin zur ersten Speicherseite bzw. dem ersten Speichervolumen 85 nachgeführt werden (verlagert werden), wobei die Druckbeaufschlagung seitens der zweiten Speicherseite bzw. des zweiten Speichervolumens 87 den Brenngasdruck im Brenngas-Versorgungssystem 65 hin zur Brenngas-Düsenanordnung 43 im Wesentlichen konstant zu halten vermag, das heißt Druckschwankungen im Brenngas-Versorgungssystem 65 zu kompensieren. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Fluidspeicher 81 bei der Kompensation vorteilhaft empfindliches Ansprechverhalten aufgrund der kleinend Dimensionierung insbesondere auch des Trennkolbens 83 aufweist, welches gerade auch einer Druckwellendämpfung zuträglich ist.
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Mit Beenden des Einspritzvorgangs (Rückkehr des Brenngas-Düsenventilglieds 35 in den Sitz 39) baut sich der Brenngasdruck wieder auf und unterstützt durch die Kraft der Druckfeder 93 wird der Trennkolben 83 zurück in Richtung des zweiten Speichervolumens 87 verschoben, das heißt zurück in seine Ruhestellung. Für einen erneuten Brenngas-Einspritzvorgang kann sodann wiederum eine Druckkompensation in der vorbeschriebenen Weise erfolgen.
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2 zeigt eine Ansicht eines Brenngasinjektors 1 mit Fokus auf einen Fluidspeicher 81 desselben, wobei im Unterschied zu der Ausgestaltung nach 1 das erste Speichervolumen 85 exemplarisch als Durchgangsvolumen an das Brenngas- 65 bzw. Sperrfluid-Versorgungssystem 71 kommunizierend angebunden ist. Hierbei wird Brenngas über einen ersten Leitungsabschnitt 89 des Brenngas-Versorgungssystems 65 an den Fluidspeicher 81 bzw. dessen erstes Speichervolumen 85 zugeführt, während ein zweiter Leitungsabschnitt 95 des Brenngas-Versorgungssystems 65 zur Abströmung aus dem ersten Speichervolumen 85 bereitgestellt ist. Das erste Speichervolumen 85 ist insoweit in Reihe in einen Brenngas-Versorgungskanal 67 des Brenngas-Versorgungssystems 65 geschaltet. Beispielhaft ist bei der gezeigten Ausgestaltung das Sperrfluidversorgungssystem 71 über einen Anstich 91 bzw. einen einzigen Leitungsweg an das Sperrfluid-Versorgungssystem 71 angebunden, wobei hier jedoch auch analog zu der Anbindung des ersten Speichervolumens 85 alternativ eine Ausgestaltung des zweiten Speichervolumens 87 ebenfalls als Durchgangspeicher vorgesehen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brenngasinjektor
- 3
- Flüssigkraftstoff- Injektorteil
- 5
- Flüssigkraftstofff-Düsenventilglied
- 7
- Düsenkörper
- 9
- Ventilsitz
- 11
- Flüssigkraftstoff-Einspritzventil
- 13
- Flüssigkraftstoff-Düsenraum
- 15
- Flüssigkraftstoff-Düsenanordnung
- 17
- hydraulisches Steuersystem
- 19
- Steuerraum
- 21
- Nadelführungshülse
- 23
- Deckelndes Element
- 25
- Druckquelle
- 27
- Flüssigkraftstoff-Hochdruckleitung
- 29
- Hochdruck-Zulaufzweig
- 31
- Ablaufzweig
- 33
- Pilotventil
- 35
- Brenngas-Düsenventilglied
- 37
- (zweiter) Düsenkörper
- 39
- Ventilsitz
- 41
- Brenngas-Düsenvolumen
- 43
- Brenngas-Düsenanordnung
- 45
- Kolbensteueranordnung
- 47
- kolbenförmiger Endabschnitt
- 49
- erster Steuerraum (düsenfern)
- 51
- zweiter Steuerraum (düsennah)
- 53
- hydraulischer Steuerkreis
- 55
- Hochdruck-Steuerölquelle
- 57
- Steuerventil
- 59a, b
- Steuerleitung
- 61
- Druckleitung
- 63
- Entlastungsleitung
- 65
- Brenngas-Versorgungssystem
- 67
- Brenngas-Hochdruckkanal
- 69
- Brenngas-Einlass
- 71
- Sperrfluid-Versorgungssystem
- 73
- Sperrfluid-Dichtkammer
- 75
- Sperrfluidkanal
- 77
- Sperrfluideinlass
- 79
- Niederhalteelement
- 81
- Fluidspeicher
- 83
- Trennkolben
- 85
- erstes Speichervolumen
- 87
- zweites Speichervolumen
- 89
- Stichleitung (Brenngas)
- 91
- Stichleitung (Sperrfluid)
- 93
- Druckfederelement
- 95
- zweiter Leitungsabschnitt (Brenngas)
- A
- Trennebene
