DE102017131242A1

DE102017131242A1 - Doppelinjektor, Verfahren zum Betrieb eines Doppelinjektors, Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines Doppelinjektors und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017131242A1
Application number: DE102017131242.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kottke; Albrecht Debelak
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-12-23
Also published as: DE102017131242B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Doppelinjektor (100) für eine Brennkraftmaschine mit einem Zuführungskanal (110, 210) für Kraftstoff, der mindestens eine Zuführungsöffnung (111) an einem Ende des Zuführungskanals (110, 210) aufweist und an dem seitlich ein erster Ausgang (1) und ein zweiter Ausgang (2) angeordnet sind und mit einem Kolben (120, 220) im Zuführungskanal (110, 210), der über eine Bestromung genau einer Spule (130, 230) positionierbar ist und wobei der Kolben (120, 220) ausgebildet ist, abhängig von seiner Positionierung im Zuführungskanal (110, 210) den ersten und/oder zweiten Ausgang (1, 2) zu verschließen oder freizugeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelinjektor, ein Verfahren zum Betrieb desselben sowie eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines Doppelinjektors sowie eine Brennkraftmaschine.
Aus DE 101 56 657 C2 ist ein Zweistoff-Injektor bekannt, der über zwei Zuführungen für unterschiedliche Kraftstoffe verfügt. Beide Zuführungen können jeweils über eine eigene Düsennadel, die über die Bestromung je einer Spule bewegbar ist geöffnet und geschlossen werden. Die Einspritzung erfolgt hier über eine gemeinsame Düsenöffnung.
In US 8,967,502 B2 ist ein Zweistoff-Injektor offenbart, bei dem die Zuführung der beiden Kraftstoffe über die Bestromung zweier Spulen und zugehörige Nadeln einstellbar ist.
Weiter ist aus dem Stand der Technik bekannt, Injektoren mit zwei Spulen zur Einstellung zweier Mengenbereiche für die Einspritzung bereitzustellen oder mehrere Injektoren.
Diesen Konzepten zur Realisierung mehrerer Einspritzmodi ist gemein, dass sie mechanisch nur vergleichsweise aufwendig zu realisieren sind.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Injektorkonzept bereitzustellen, d.h. einen Doppelinjektor sowie ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln sowie eine Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem die Realisierung mehrerer Einspritzmodi zuverlässig und mit vergleichsweise einfachen mechanischen Mitteln bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Doppelinjektors gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung erfindungsgemäß gelöst von einem Doppelinjektor nach Anspruch 1.
Dies ist insbesondere ein Doppelinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Zuführungskanal für Kraftstoff, der mindestens eine Zuführungsöffnung an einem Ende des Zuführungskanals aufweist und an dem seitlich ein erster Ausgang und ein zweiter Ausgang angeordnet sind und mit einem Kolben im Zuführungskanal, der über eine Bestromung genau einer Spule positionierbar ist und wobei der Kolben ausgebildet ist, abhängig von seiner Positionierung im Zuführungskanal den ersten und/oder zweiten Ausgang zu verschließen oder freizugeben.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verwendung eines positionierbaren Kolbens im Zuführungskanal, der ausgebildet ist, einen ersten und/oder zweiten Ausgang abhängig von seiner Position zu öffnen oder zu schließen, mehrere Einspritzmodi mit einem Injektor realisiert werden können, indem entsprechend dem gewünschten Einspritzmodi ein jeweiliger Ausgang oder eine Kombination von Ausgängen geöffnet, anders ausgedrückt freigegeben, oder verschlossen wird. Dies wird gemäß dem Konzept der Erfindung mit vergleichsweise einfachen Bauteilen und wenigen Komponenten realisiert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Vorteilhaft ist der Kolben derart ausgebildet, dass bei einer Bestromung der Spule mit einem Strom einer ersten Stromstärke nur der erste Ausgang geöffnet und bei einer Bestromung der Spule mit einem Strom einer zweiten Stromstärke, die betragsmäßig größer ist als die erste Stromstärke der erste und der zweite Ausgang geöffnet ist. Der Kolben verschließt also in einer ersten Position den ersten und den zweiten Ausgang, in einer zweiten Position gibt er den ersten Ausgang frei und verschließt den zweiten Ausgang, so dass Kraftstoff über die Zuführungsöffnung zum ersten Ausgang gelangt. In einer dritten Position gibt der Kolben den ersten und den zweiten Ausgang frei und Kraftstoff gelangt von der Zuführungsöffnung zu beiden Ausgängen. Diese Weiterbildung erlaubt die Realisierung zweier Einspritzmodi, in denen unterschiedliche Mengen an Kraftstoff eingespritzt werden können, indem in einem ersten Modus nur ein Ausgang geöffnet ist und im zweiten Modus Kraftstoff über beide Ausgänge zugeführt wird.
In einer weiteren Weiterbildung ist mindestens ein weiterer Ausgang seitlich am Zuführungskanal angeordnet, der Kolben ausgebildet, abhängig von seiner Positionierung im Zuführungskanal auch den mindestens einen weiteren zu verschließen oder freizugeben und der mindestens eine weitere Ausgang bei einer Bestromung der Spule mit einem Strom einer weiteren Stromstärke, die größer ist als die erste und zweite Stromstärke auch geöffnet. Diese Weiterbildung erlaubt die Einstellung weiterer Einspritzmodi über die Verwendung weiterer Ausgänge des Zuführungskanals.
Der Doppelinjektor weist in einer weiteren Weiterbildung ein Federelement auf, das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass zum Öffnen des ersten und/oder zweiten Ausgangs und/oder des weiteren Ausgangs, eine Federkraft des Federelementes ganz oder vollständig überwunden werden muss. Damit ist eine einfache Realisierung des Funktionsprinzips möglich, die Spule muss eine so große Kraft auf den Kolben ausüben, also entsprechend so hoch bestromt werden, dass das Federelement teilweise oder ganz zusammengedrückt wird, um die jeweiligen Ausgänge freizugeben. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn am Kolben ein Scheibenelement angeordnet ist, dass ausgebildet ist eine vom Kolben ausgeübte Kraft auf das Federelement zu übertragen. Alternativ kann der Kolben auch direkt auf das Federelement einwirken.
Es ist darüber hinaus vorteilhaft, dass der Zuführungskanal eine erste und eine zweite Zuführungsöffnung an entgegengesetzten Enden des Zuführungskanals aufweist. Vorzugsweise ist der Kolben derart ausgebildet, dass bei positiver Bestromung der Spule nur der erste Ausgang geöffnet ist, so dass über die erste Zuführungsöffnung Kraftstoff zum ersten Ausgang gelangt und bei negativer Bestromung der Spule nur der zweite Ausgang geöffnet ist. Dies erfolgt vorteilhaft derart, dass nur über die zweite Zuführungsöffnung Kraftstoff zum zweiten Ausgang gelangt und bei Stromlosschaltung der Spule der erste und zweite Ausgang verschlossen sind.
Der Kolben ist in dieser Weiterbildung vorzugsweise bidirektional beaufschlagbar. Der Kolben verschließt demnach in einer ersten Position den ersten und den zweiten Ausgang. In einer zweiten Position gibt er den ersten Ausgang frei und verschließt den zweiten Ausgang, vorteilhaft derart, dass Kraftstoff über die erste Zuführungsöffnung, (vorzugsweise nur) zum ersten Ausgang gelangt. In einer dritten Position gibt der Kolben den zweiten Ausgang frei, vorteilhaft derart, dass Kraftstoff von der zweiten Zuführungsöffnung (vorzugsweise nur) zum zweiten Ausgang gelangt. In dieser Weiterbildung ist eine alternative Nutzung des ersten oder des zweiten Ausgangs realisiert.
In einer Weiterbildung ist am ersten und zweiten Ausgang oder am ersten und zweiten sowie dem mindestens einen weiteren Ausgang eine gemeinsame Düse angeordnet. Alternativ ist eine erste Düse am ersten Ausgang und eine zweite Düse am zweiten Ausgang angeordnet.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Doppelinjektor eine erste Düse am ersten Ausgang und eine zweite Düse am zweiten Ausgang, wobei die erste Düse mindestens einen ersten Düsenaustritt und die zweite Düse mindestens einen zweiten Düsenaustritt aufweist. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn der mindestens eine ersten Düsenaustritt und der mindestens eine zweite Düsenaustritt unterschiedliche Austrittswinkel und/oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Über die Öffnung der unterschiedlichen Ausgänge mit Hilfe des Kolbens werden in dieser Weiterbildung neben unterschiedlichen Mengen auch unterschiedliche Einspritzwinkel realisiert, indem die Düsenaustritte unterschiedliche Austrittswinkel aufweisen, die den jeweiligen Einspritzwinkel bestimmen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die erste Düse für eine Voreinspritzung und die zweite Düse für eine Haupteinspritzung ausgebildet sind. So wird über den Doppelinjektor eine einfache Realisierung von Voreinspritzung und Haupteinspritzung mit nur einem Injektor aber unterschiedlichen Einspritzbedingungen realisiert.
In einer Weiterbildung dient der Kolben als Pilotnadel und bildet mit dem Zuführungskanal ein Pilotventil. Die erste und die zweite Düse umfassen in dieser Weiterbildung ebenfalls je mindestens eine Düsennadel.
Bevorzugt ist an der ersten Zuführungsöffnung eine erste Zuführungsleitung und an der zweiten Zuführungsöffnung eine zweite Zuführungsleitung angeschlossen. In einer Weiterbildung ist ein Druck in der ersten und der zweiten Zuführungsleitung gleich und die erste und zweite Zuführungsleitung sind zur Führung desselben Kraftstoffs, insbesondere von Diesel oder Gas, ausgebildet. Diese Weiterbildung ermöglicht die Zuführung ein und desselben Kraftstoffs unter unterschiedlichen Einspritzmodi. Alternativ herrschen in der ersten und der zweiten Zuführungsleitung unterschiedliche Druckniveaus und die erste und zweite Zuführungsleitung sind zur Führung unterschiedlicher Kraftstoffe ausgebildet, insbesondere ist die erste Zuführungsleitung zur Führung von Diesel ausgebildet und die zweite Zuführungsleitung zur Führung von Gas. Mit dieser Weiterbildung ist der Doppelinjektor ein Dual Fuel Injektor und kann in Dual Fuel Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, die sowohl mit Diesel als auch mit Gas befeuert werden können. Damit ist über einen erfindungsgemäßen Doppelinjektor eine mechanisch einfach Realisierung eines Dual Fuel Injektors möglich. Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, wenn der Kolben einseitig auf Seiten derjenigen Zuführungsleitung mit einem niedrigeren Druckniveau vorgespannt ist. Darüber können die unterschiedlichen Druckniveaus auf beiden Seiten des Kolbens ausgeglichen werden.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung erfindungsgemäß gelöst von einem Verfahren nach Anspruch 13.
Gemäß dem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Doppelinjektors gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mit den Schritten:

- Stromlosschalten der Spule, so lange keine Einspritzen erfolgen soll und
- Bestimmen eines geforderten Einspritzmodus abhängig von einem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine
- Bestimmen einer vorbekannten Stromstärke zur Bestromung der Spule abhängig vom geforderten Einspritzmodus
- Bestromen der Spule mit Strom der vorbekannten Stromstärke und darüber Einstellung des geforderten Einspritzmodus.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfasst der geforderte Einspritzmodus eine Voreinspritzung oder eine Haupteinspritzung, einen vorbestimmter Einspritzwinkel, eine vorbestimmte Einspritzmenge, eine vorbestimmte Kraftstoffart.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines Doppelinjektors einer Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung durchzuführen.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Doppelinjektor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie einer Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung.
Das Verfahren zum Betrieb des Doppelinjektors sowie die Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines Doppelinjektors und die Brennkraftmaschine teilen die Vorteile des Doppelinjektors gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:

1A eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Doppelinjektors;
1B eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Doppelinjektors;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Doppelinjektors;
3A eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Doppelinjektors;
3B eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Doppelinjektors;
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Doppelinjektors;
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Doppelinj ektors.

1A zeigt eine Ausführungsform eines Doppelinjektors 100, der einen Zuführungskanal 110 mit einer Zuführungsöffnung 111 an einem Ende des Zuführungskanals 110 aufweist. Seitlich am Zuführungskanal 110 sind ein erster Ausgang 1 sowie ein zweiter Ausgang 2 angeordnet. Des Weiteren ist im Zuführungskanal ein Kolben 120 angeordnet, der über eine Bestromung einer Spule 130 positionierbar ist. Der Kolben 120 ist dabei ausgebildet, abhängig von seiner Positionierung im Zuführungskanal 110 den ersten Ausgang 1 und/oder den zweiten Ausgang 2 zu verschließen oder freizugeben. Der Kolben 120 ist in 1 in drei verschiedenen Positionen a, b, c gezeigt. Befindet sich der Kolben an der Position a, sind der erste Ausgang 1 und der zweite Ausgang 2 verschlossen. Es gelangt kein Kraftstoff von der Zuführungsöffnung 111 zu einem der beiden Ausgänge 1, 2. In der zweiten Position b ist der Kolben derart positioniert, dass der erste Ausgang 1 geöffnet ist und Kraftstoff von der Zuführungsöffnung 111 zum ersten Ausgang 1 gelangt. Der zweite Ausgang 2 ist dabei verschlossen. Befindet sich der Kolben in der Position c, sind der erste Ausgang 1 und der zweite Ausgang 2 freigegeben, und Kraftstoff kann von der Zuführungsöffnung 111 zu beiden Ausgängen 1, 2 gelangen. Die jeweilige Position a, b, c wird über die Bestromung der Spule 130 eingestellt. In der gezeigten Ausführungsform befindet sich der Kolben in Position a, wenn die Spule 130 stromlos geschaltet ist, in Position b, wenn die Spule 130 mit einem Strom einer ersten Stromstärke bestromt wird und in Position c, wenn die Spule 130 mit einer zweiten Stromstärke bestromt wird, die größer ist als die erste Stromstärke. Die vorliegende Ausführungsform des Doppelinjektors ermöglicht es, mit einer relativ einfachen Konstruktion von Zuführungskanal und Kolben zwei Einspritzmodi zu realisieren, indem einmal nur der erste Ausgang und einmal der erste und der zweite Ausgang freigegeben werden, über die dann nachfolgend eine Einspritzung erfolgen kann. An den Ausgängen 1 und 2 kann entweder eine gemeinsame Düse oder an jedem Ausgang eine separate Düse angeordnet sein. Über die Ausgestaltung der jeweiligen Düsen lassen sich verschiedene Einspritzmodi realisieren, wie nachfolgend anhand der 3A bis 5 näher erläutert wird.
1B zeigt eine modifizierte Ausführungsform eines Doppelinjektors 100, wie er bereits in 1A dargestellt und mit Bezug auf diese beschrieben ist. Für gleiche Elemente werden im Folgenden gleiche Bezugszeichen verwendet und im Wesentlichen die Unterschiede zum Doppelinjektor der 1A beschrieben. Der Doppelinjektor 100 hier ein Federelement 150 auf, das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass zum Öffnen des ersten und zweiten Ausgangs 1, 2 eine Federkraft des Federelementes 150 ganz oder vollständig überwunden werden muss. Befindet sich der Kolben 120 in Position a sind beide Ausgänge verschlossen und das Federelement nicht gestaucht. In Position b ist Ausgang 1 geöffnet, hier musst durch die Bestromung der Spule 130 nur der Kolben 120 bewegt werden. Das Scheibenelement 121 des Kolbens 120 schlägt hier gerade am Federelement 150, das Federelement ist noch nicht gestaucht. In Position c, in der auch Ausgang 2 geöffnet ist, ist das Federelement 150 vollständig gestaucht. Die Bestromung der Spule 130 ist hier also so auch, dass zum einen der Kolben bewegt wurde und zum anderen, die Federkraft des Federelementes überwunden wurde. In einer alternativen Ausführungsform können Federelement, Kolben und Spule auch so angeordnet und ausgebildet sein, dass für Zustand b das Federelement teilweise gestaucht werden muss und für Zustand c vollständig gestaucht sein muss.
Zum Öffnen des zweiten Ausgangs ist also eine höhere Kraft und folglich eine höhere Bestromung notwendig. Dies wird erreicht, dass der Kolben 150 in der Position Ausgang 1 offen, Ausgang 2 zu (Zustand b) gegen einen Widerstand z. B. in Form eines Federelementes 150 gedrückt wird. Dieses Federelement 150 hält den Kolben auch in dieser Position. Erfolgt eine höhere Bestromung so reicht die Kraft der Spule aus, um den Kolben 150 weiter gegen die Federkraft zu drücken und es wird auch Ausgang 2 geöffnet.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Doppelinjektors 200 mit einem Zuführungskanal 210, der eine erste Zuführungsöffnung 211 sowie eine zweite Zuführungsöffnung 212 aufweist. Auch hier weist der Zuführungskanal seitlich einen ersten Ausgang 1 sowie einen zweiten Ausgang 2 auf, die über einen Kolben 220 freigegeben oder verschlossen werden. Der Kolben 220 ist dabei ausgebildet, abhängig von seiner Positionierung im Zuführungskanal den ersten und/oder zweiten Ausgang 1, 2 freizugeben. Die Positionierung erfolgt über die Spule 230. Im Unterschied zur in 1A gezeigten Ausführungsform ist hier der Kolben derart ausgebildet, dass bei positiver Bestromung der Spule 230 nur der erste Ausgang 1 geöffnet ist, sodass über die erste Zuführungsöffnung 211 Kraftstoff zum ersten Ausgang 1 gelangt (Position c) und bei negativer Bestromung der Spule 230 nur der zweite Ausgang 2 geöffnet ist, sodass über die zweite Zuführungsöffnung 212 Kraftstoff zum zweiten Ausgang 2 gelangt (Position b). Bei Stromlosschaltung (Position a) der Spule 230 sind der erste Ausgang 1 und der zweite Ausgang 2 verschlossen, und es findet keine Einspritzung durch den Injektor statt. Mit dieser Ausführungsform können die Ausgänge 1 und 2 alternativ oder alternierend verwendet werden. Hier verfügt jeder Ausgang über eine eigene Zuführöffnung.
3A zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des in 2 gezeigten Doppelinjektors 300. Auch hier ist der Kolben 220 derart ausgebildet, dass bei positiver Bestromung der Spule 230 nur der erste Ausgang 1 geöffnet ist, sodass über die erste Zuführungsöffnung 211 Kraftstoff zum ersten Ausgang gelangt (Position b) und bei negativer Bestromung der Spule nur der zweite Ausgang 2 geöffnet ist, sodass nur über die zweite Zuführungsöffnung 212 Kraftstoff zum zweiten Ausgang 2 gelangt (Position c). Bei Stromlosschaltung der Spule 230 sind der erste Ausgang 1 und der zweite Ausgang 2 durch den Kolben 220 verschlossen. In der hier gezeigten Ausführungsform sind am ersten Ausgang 1 eine erste Düse 240 sowie am zweiten Ausgang 2 eine zweite Düse 250 angeordnet. Die erste Düse weist zwei erste Düsenaustritte 241 auf. Die zweite Düse 250 weist zwei zweite Düsenaustritte 251 auf. Dabei sind die Austrittswinkel der ersten Düsenaustritte 241 unterschiedlich zu den Austrittswinkeln der zweiten Düsenaustritte 251.
Mit dieser Ausführungsform können somit über die Auswahl des ersten oder zweiten Ausgangs unterschiedliche Austrittswinkel und damit unterschiedliche Einspritzwinkel des Doppelinjektors eingestellt werden. Damit ist mit dieser Ausführungsform eine Realisierung zweier Einspritzmodi mit unterschiedlichen Einspritzwinkeln in ein und demselben Doppelinjektor 300 möglich.
3B zeigt eine Variante der Ausführungsform gemäß 3A. Für gleiche Elemente werden im Folgenden gleiche Bezugszeichen verwendet und im Wesentlichen die Unterschiede zum Doppelinjektor der 3A beschrieben.
In 3B sind beispielhaft Schaltungszustände eines Schaltkreises 350 dargestellt, über den die Spule 230 bestromt wird. Über die Schaltungszustände wird der jeweilige Zustand a, b, c des Kolbens eingestellt. In Zustand a sind die Leitung 351, 352 zur Spule stromlos geschaltet, sämtliche Schalter 353, 354, 355, 356 sind offen. Der Kolben 220 verschließt beide Ausgänge 1, 2. In Zustand b (Öffnung des Ausgangs 1) sind die Schalter 355 und 354 geschlossen, an der Spule 230 liegt Spannung an. In Zustand c (Öffnung des Ausgangs 2) sind die Schalter 356 und 353 geschlossen, es liegt wiederum Spannung an der Spule 230 an, im Vergleich zu Zustand b ist die Polung vertauscht.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Doppelinjektors basierend auf der in 2 gezeigten Ausführungsform. Am Zuführungskanal 210 ist in der hier gezeigten Ausführungsform an der ersten Zuführungsöffnung 211 eine erste Zuführungsleitung 461 und an der zweiten Zuführungsöffnung 212 eine zweite Zuführungsleitung 462 für Kraftstoff angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform sind die erste und zweite Zuführungsleitung 461, 462 zur Führung desselben Kraftstoffs, hier Diesel oder Gas, ausgebildet und mit einem gemeinsamen Kraftstoffreservoir 470 verbunden. In der ersten Zuführungsleitung 461 und der zweiten Zuführungsleitung 462 herrschen annähernd gleiche Druckverhältnisse. Der Druck p1 in der ersten Zuführungsleitung 461 sowie der Druck p2 in der zweiten Zuführungsleitung 462 ist kleiner oder gleich 2000 bar für den Fall, dass der Kraftstoff Diesel ist.
Wie bereits in Bezug auf 3A erläutert, kann mit der gezeigten Ausführungsform des Doppelinjektors 400 über die an dem ersten und zweiten Ausgang 1, 2 angeordneten Düsen die erste Düse 240 am ersten Ausgang 1 sowie die zweite Düse 250 am zweiten Ausgang 2, die hier unterschiedliche Austrittswinkel aufweisen, der Kraftstoff mit unterschiedlichen Einspritzwinkeln von ein und demselben Injektor eingespritzt werden.
5 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Doppelinjektors 500 gemäß der unter Abwandlung des Doppelinjektors 300 aus 3A an der ersten Zuführungsöffnung 211 des Zuführungskanals 210 eine erste Zuführungsleitung 561 und an der zweiten Zuführungsöffnung 212 eine zweite Zuführungsleitung 562 angeschlossen ist.
In der hier gezeigten Ausführungsform ist die erste Zuführungsleitung 561 ihrerseits an ein Kraftstoffreservoir 571 angeschlossen und zur Leitung des darin befindlichen Kraftstoffs ausgebildet, hier insbesondere zur Führung von Diesel. Die zweite Zuführungsleitung 562 ist mit einem zweiten Kraftstoffreservoir 572 verbunden und zur Leitung von darin befindlichem Kraftstoff ausgebildet, hier insbesondere zur Führung von Gas. Der Kolben 220 ist in dieser Ausführungsform über eine Feder 580 auf Seiten der zweiten Zuführungsleitung 562 vorgespannt. Damit findet ein Ausgleich zwischen den unterschiedlichen Druckniveaus, die in der ersten und zweiten Zuführungsleitung 561, 562 herrschen, statt. Der Druck p1 in der ersten Zuführungsleitung 561 ist < 2000 bar, soweit in dieser Leitung Diesel gefördert wird. Das Druckniveau in der zweiten Zuführungsleitung 562 p2 beträgt ungefähr 10 bar, soweit in dieser Zuführungsleitung Gas gefördert wird. Diese Ausführungsform des Doppelinjektors 500 ermöglicht es, den Doppelinjektor als dual fuel injector zu nutzen, der das Einspritzen unterschiedlicher Kraftstoffe mit ein und demselben Injektor ermöglicht. Über die Bestromung der Spule 230 wird auch hier der Kolben 220 positioniert und damit je nach Bestromung der Spule 230 entweder der erste Ausgang 1 oder der zweite Ausgang 2 geöffnet, sodass entweder Diesel über den ersten Ausgang 1 oder Gas über den zweiten Ausgang 2 der jeweiligen Düse 240 bzw. 250 zugeführt wird. Dabei umfasst die zugehörige Brennkraftmaschine, in welcher der Doppelinjektor angeordnet ist, eine Einrichtung zum Steuern und Regeln, die ausgebildet ist, abhängig von einem geforderten Einspritzmodus, der wiederum von einem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängt, zu bestimmen, mit welcher Stromstärke die Spule 230 bestromt wird und ein Bestromen dieser Spule zu veranlassen, sodass der Kolben gemäß des gewünschten Einspritzmodus positioniert wird. Diese Steuerungseinrichtung kann eine separate Steuerungseinrichtung sein oder aber auch ein Teil einer Fahrzeugsteuerung (ECU).
Bezugszeichenliste

1: erster Ausgang
2: zweiter Ausgang
100: Doppelinj ektor
110, 210: Zuführungskanal
111: Zuführungsöffnung
120: Kolben
121: Scheibenelement
130, 230: Spule
150: Federelement
200: Doppelinj ektor
211: erste Zuführungsöffnung
212: zweite Zuführungsöffnung
220: Kolben
240: erste Düse
241: erster Düsenaustritt
250: zweite Düse
251: zweiter Düsenaustritt
300: Doppelinj ektor
350: Schaltkreis
351, 352: Leitung
353, 354, 355, 356: Schalter
461: erste Zuführungsleitung
462: zweite Zuführungsleitung
470: Kraftstoffreservoir
400: Doppelinj ektor
500: Doppelinjektor
561: erste Zuführungsleitung
562: zweite Zuführungsleitung
571, 572: Kraftstoffreservoir
580: Feder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10156657 C2 [0002]
US 8967502 B2 [0003]

Claims

Doppelinjektor (100) für eine Brennkraftmaschine mit einem Zuführungskanal (110, 210) für Kraftstoff, der mindestens eine Zuführungsöffnung (111) an einem Ende des Zuführungskanals (110, 210) aufweist und an dem seitlich ein erster Ausgang (1) und ein zweiter Ausgang (2) angeordnet sind und mit einem Kolben (120, 220) im Zuführungskanal (110, 210), der über eine Bestromung genau einer Spule (130, 230) positionierbar ist und wobei der Kolben (120, 220) ausgebildet ist, abhängig von seiner Positionierung im Zuführungskanal (110, 210) den ersten und/oder zweiten Ausgang (1, 2) zu verschließen oder freizugeben.
Doppelinjektor (100) nach Anspruch 1, bei dem der Kolben (120, 220) derart ausgebildet ist, dass bei einer Bestromung der Spule (130, 230) mit einem Strom einer ersten Stromstärke nur der erste Ausgang (1) geöffnet und bei einer Bestromung der Spule (130, 230) mit einem Strom einer zweiten Stromstärke, die betragsmäßig größer ist als die erste Stromstärke der erste und der zweite Ausgang (1, 2) geöffnet ist.
Doppelinjektor (100) nach Anspruch 2, bei dem mindestens ein weiterer Ausgang seitlich am Zuführungskanal (110, 210) angeordnet ist, der Kolben (120, 220) ausgebildet ist, abhängig von seiner Positionierung im Zuführungskanal (110, 210) auch den mindestens einen weiteren zu verschließen oder freizugeben und bei einer Bestromung der Spule (130, 230) mit einem Strom einer weiteren Stromstärke, die größer ist als die erste und zweite Stromstärke auch der mindestens eine weitere Ausgang geöffnet ist.
Doppelinjektor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend ein Federelement (150), das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass zum Öffnen des ersten und/oder zweiten Ausgangs (1,2) und/oder des weiteren Ausgangs, eine Federkraft des Federelementes (150) ganz oder vollständig überwunden werden muss.
Doppelinjektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Zuführungskanal (110, 210) eine erste und eine zweite Zuführungsöffnung (211, 212) an entgegengesetzten Enden des Zuführungskanals (110, 210) aufweist und bei dem der Kolben (120, 220) derart ausgebildet ist, dass bei positiver Bestromung der Spule (130, 230) nur der erste Ausgang (1) geöffnet ist, so dass über die erste Zuführungsöffnung (211) Kraftstoff zum ersten Ausgang (1) gelangt und bei negativer Bestromung der Spule (130, 230)nur der zweite Ausgang (2) geöffnet ist, so dass nur über die zweite Zuführungsöffnung (212) Kraftstoff zum zweiten Ausgang (2) gelangt und bei Stromlosschaltung der Spule (130, 230) der erste und zweite Ausgang (1, 2) verschlossen sind.
Doppelinjektor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend eine erste Düse (240) am ersten Ausgang (1) und eine zweite Düse (250) am zweiten Ausgang (2), wobei die erste Düse (240) mindestens einen ersten Düsenaustritt (241) und die zweite Düse (250) mindestens einen zweiten Düsenaustritt (251) aufweist.
Doppelinjektor (100) nach Anspruch 6, bei dem der mindestens eine erste Düsenaustritt (241) und der mindestens eine zweite Düsenaustritt (251) unterschiedliche Austrittswinkel und/oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
Doppelinjektor (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die erste Düse (240) für eine Voreinspritzung und die zweite Düse (250) für eine Haupteinspritzung ausgebildet sind.
Doppelinjektor (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem an der ersten Zuführungsöffnung (211) eine erste Zuführungsleitung (461, 561) und an zweiten Zuführungsöffnung (212) eine zweite Zuführungsleitung (462, 562) angeschlossen ist.
Doppelinjektor (100) nach Anspruch 9, bei dem ein Druck in der ersten und der zweiten Zuführungsleitung (461, 462, 561, 562) gleich ist und die erste und zweite Zuführungsleitung (461, 462, 561, 562) zur Führung desselben Kraftstoffs, insbesondere von Diesel oder Gas, ausgebildet sind.
Doppelinjektor (100) nach Anspruch 9, bei dem in der ersten und der zweiten Zuführungsleitung (461, 462, 561, 562) unterschiedliche Druckniveaus herrschen und die erste und zweite Zuführungsleitung (461, 462, 561, 562) zur Führung unterschiedlicher Kraftstoffe ausgebildet sind, insbesondere die erste Zuführungsleitung (461, 561) zur Führung von Diesel ausgebildet ist und die zweite Zuführungsleitung (462, 562) zur Führung von Gas ausgebildet ist.
Doppelinjektor (100) nach Anspruch 11, bei dem der Kolben (120, 220) einseitig, auf Seiten derjenigen Zuführungsleitung (461, 462, 561, 562) mit einem niedrigeren Druckniveau vorgespannt ist.
Verfahren zum Betrieb eines Doppelinjektors (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit den Schritten - Stromlosschalten der Spule (130, 230), so lange keine Einspritzen erfolgen soll und - Bestimmen eines geforderten Einspritzmodus abhängig von einem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine - Bestimmen einer vorbekannten Stromstärke zur Bestromung der Spule (130, 230) abhängig vom geforderten Einspritzmodus - Bestromen der Spule (130, 230) mit Strom der vorbekannten Stromstärke und darüber Einstellung des geforderten Einspritzmodus.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der geforderte Einspritzmodus eine Voreinspritzung oder eine Haupteinspritzung, einen vorbestimmter Einspritzwinkel, eine vorbestimmte Einspritzmenge, eine vorbestimmte Kraftstoffart umfasst.
Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines Doppelinjektors (100) einer Brennkraftmaschine, die ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14 durchzuführen.
Brennkraftmaschine mit mindestens einem Doppelinjektor (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 sowie einer Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln nach Anspruch 15.