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Technischer Bereich
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Common-Rail-Treibstoffsysteme für Kraftmaschinen mit großer Zylinderbohrung bzw. Bohrung, und insbesondere auf das Verringern der Leckage in einem Treibstoffsystem für große Zylinderbohrungen.
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Stand der Technik
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Common-Rail-Treibstoffinjektoren verbringen lediglich einen geringen Teil ihrer Betriebsdauer damit, tatsächlich Treibstoff einzuspritzen, und einen übermäßigen Großteil der verbleibenden Zeit damit, in einem unter Druck stehenden Zustand für einen darauf folgenden Einspritzvorgang bereitzustehen. In vielen Fällen kann ein unter Druck stehender Bereich innerhalb des Treibstoffinjektors von einem Niederdruckbereich durch eine Führungsfläche eines beweglichen Ventilbauteils getrennt sein. Weil Druckunterschiede zwischen dem unter Druck stehenden Bereich und dem Niederdruckbereich vergleichsweise hoch sein können, neigt der Druckgradient dazu, zu bewirken, dass Treibstoff durch den Führungsbereich nach oben in den Niederdruckbereich übertritt, und dieser Treibstoffübertritt kann für einen Großteil der Treibstoffleckage aus einem Treibstoffinjektor verantwortlich sein. Wenn die Treibstoffeinspritzdrücke weiter steigen, kann diese Art der Treibstoffleckage dementsprechend immer relevanter werden. Nachdem Common-Rail-Treibstoffinjektoren für immer größere und größere Kraftmaschinen ausgelegt werden, ist zu erwarten, dass Treibstoffinjektoren größere Spaltabmessungen für ihre größeren inneren Komponenten aufweisen werden. Somit kann in Hochdruck-Common-Rail-Systemen, die mit Systemen mit großer Zylinderbohrung verbunden sind, die Treibstoffleckage entlang von Führungsoberflächen inakzeptabel werden. Erprobte Lösungen von Treibstoffeinspritzsystemen für kleinere Zylinderbohrungen auf Treibstoffeinspritzsysteme für große Zylinderbohrungen hochzuskalieren kann ebenfalls problematisch sein. Erstens lässt sich das physikalische Verhalten in Bezug auf Fluiddynamik, Masseneigenschaften und Drücke etc. nicht gut skalieren. Und selbst wenn sie sich skalieren ließen, müssten die Systeme für größere Zylinderbohrungen andere Komponenten aufweisen, wodurch sich die Teileanzahl für einen Kraftmaschinenhersteller, welcher Treibstoffsysteme für sowohl kleine als auch große Zylinderbohrungen und die damit verbundenen Kraftmaschinen herstellt, erhöht.
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Die vorliegende Offenbarung zielt auf eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme ab.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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In einem Aspekt weist ein System für große Zylinderbohrungen eine gemeinsame Leitung (”common rail”) auf, welche mit mindestens einem der beiden folgenden verbunden ist: mit einer Quelle schweren Treibstofföls und einer Quelle destillierten Dieseltreibstoffs. Mehrere Treibstoffeinspritzvorrichtungen weisen jeweils einen Kühleinlass, einen Kühlauslass, und einen elektrischen Aktor bzw. Betätigen auf, welcher mittels eines Pilotventilbauteils und einem Steuerungsventilbauteil mit einem direkt betätigten Düsensperrventil verbunden bzw. mit diesem gekoppelt ist.
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In einem anderen Aspekt weist ein Treibstoffinjektor für eine große Zylinderbohrung einen Injektorkörper auf, welcher zumindest einen Einlass der gemeinsamen Leitung bzw. Common-Rail-Einlass, einen Entleerungsauslass, einen Düsenauslass, einen Kühleinlass und einen Kühlauslass definiert. Eine Pilotsteuerkammer, eine Zwischensteuerkammer, eine Nadelsteuerkammer und eine Düsenkammer sind alle in dem Injektorkörper untergebracht. Ein Pilotventilbauteil ist zwischen einer ersten Position, in welcher die Pilotsteuerkammer mit dem Entleerungsauslass strömungsmitteltechnisch verbunden ist, und einer zweiten Position, in welcher die Pilotsteuerkammer von dem Entleerungsauslass abgeschnitten ist, beweglich. Ein Steuerungsventilbauteil weist eine Führungsoberfläche auf, die eine erste hydraulische Oberfläche, die in der Pilotsteuerkammer Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, und eine zweite hydraulische Oberfläche, die in der Zwischensteuerkammer Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, trennt. Ein Nadelventilbauteil weist eine Führungsoberfläche auf, die eine öffnende hydraulische Oberfläche, welche in der Düsenkammer Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, und eine schließende hydraulische Oberfläche, welche in der Nadelsteuerkammer Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, trennt.
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In noch einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren des Betätigens eines Injektors für große Zylinderbohrungen das strömungsmitteltechnische Verbinden eines Entleerungsauslasses mit einem Einlass der gemeinsamen Leitung während eines Einspritzvorgangs. Der Entleerungsauslass ist zwischen Einspritzvorgängen von dem Einlass der gemeinsamen Leitung abgeschnitten. Treibstoffleckage aus dem Treibstoffinjektor wird zwischen den Einspritzvorgängen durch das Angleichen von Drücken in einer Pilotsteuerkammer und einer Zwischensteuerkammer, welche durch eine Führungsfläche eines Steuerungsventilbauteils getrennt sind, und durch das Angleichen von Drücken in einer Düsenkammer und einer Nadelsteuerkammer, welche durch eine Führungsoberfläche des Nadelventilbauteils getrennt sind, reduziert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht eines Treibstoffsystems für große Zylinderbohrungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht eines Treibstoffinjektors für das Treibstoffsystem der 1;
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3 ist eine schematische Ansicht eines Treibstoffsystems für große Zylinderbohrungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
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4 ist eine geschnittene diagrammartige Seitenansicht eines Treibstoffinjektors für das Treibstoffsystem der 3.
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Detaillierte Beschreibung
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Mit Bezug auf 1 ist ein Beispiel eines Treibstoffsystems 10 für große Zylinderbohrungen mit einer geringen Leckage gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Treibstoffsystem 10 ist für eine Kraftmaschine mit großer Zylinderbohrung mit 16 Zylindern, welche eine V-Anordnung aufweist, dargestellt. Dessen ungeachtet sind die Konzepte der vorliegenden Offenbarung in gleicher Weise auf Treibstoffsysteme für große Zylinderbohrungen für jegliche Kraftmaschine anwendbar, welche gestaltet ist, um sowohl schweres Treibstofföl als auch destillierten Dieseltreibstoff einzuspritzen. Das Treibstoffsystem 10 umfasst eine Quelle 12 schweren Treibstofföls und eine Quelle 14 destillierten Dieseltriebstoffs, welche von einer Hochdruckpumpe 15 durch Ventile 11 beziehungsweise 13 getrennt sind. Wenn das Ventil 11 offen aber das Ventil 13 geschlossen ist, spritzt das Treibstoffsystem 10 somit schweres Treibstofföl für die Verbrennung in den jeweiligen Verbrennungsräumen der Kraftmaschine (nicht gezeigt) ein. Beispielsweise könnte ein mit einer Kraftmaschine und einem Treibstoffsystem 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestattetes Schiff mit dieser Konfiguration auf hoher See betrieben werden. Wenn sich jedoch das Schiff und das Treibstoffsystem 10 einem Hafen nähern, kann das Ventil 11 geschlossen und das Ventil 13 geöffnet werden, sodass die Kraftmaschine und das entsprechende Treibstoffsystem 10 umgeschaltet werden, um mit destilliertem Dieseltriebstoff betrieben zu werden. Die Hochdruckpumpe 15 liefert unter hohem Druck stehenden Treibstoff an erste und zweite gemeinsame Leitungen (”common rails”) 16a und 16b, welche jeweils Treibstoff an acht einzelne Treibstoffinjektoren 30 für große Zylinderbohrungen liefern. Jeder der Treibstoffinjektoren 30 kann strömungsmitteltechnisch mit einer der gemeinsamen Leitungen 16a und 16b mittels eines jeweiligen Abzweigungsdurchlass 17 verbunden sein. Abzweigungsdurchlässe 17 können in einer Hülse (nicht gezeigt) untergebracht sein, welche eine Dichtung an dem Einlass 33 der gemeinsamen Leitung bildet, der für eine angemessene Abdichtung eine konische Form aufweisen kann. Ebenso in 1 ist eine weitere gewöhnliche Eigenschaft gezeigt, die mit Treibstoffsystemen für große Zylinderbohrungen gemäß der vorliegenden Offenbarung assoziiert ist, nämlich die Einbeziehung eines Kühlkreislaufs 21 und einer Heizvorrichtung 18. Fachleute werden erkennen, dass schweres Treibstofföl auf mehrere hundert Grad (Fahrenheit?) erhitzt werden muss, bevor es in ausreichender Weise niedrigviskos gemacht werden kann, um durch das Treibstoffsystem 10 zu strömen. Somit kann eine Heizvorrichtung 18 mit der Quelle 12 schweren Treibstofföls assoziiert sein, und einer oder mehrere zusätzliche Heizvorrichtungen können oder können auch nicht an anderer Stelle in dem Treibstoffsystem 10 vorgesehen sein, um das schwere Treibstofföl auf Fließtemperatur zu halten. Der Kühlkreislauf 21 kann andererseits destillierten Dieseltriebstoff verwenden, welcher aus der Quelle 14 destillierten Dieseltriebstoffs durch eine Zirkulationspumpe 20 zirkuliert wird. Der Kühlkreislauf wirkt, indem er einem Kühleinlass 35 sequentiell Kühltreibstoff zuführt, welcher innerhalb des Treibstoffinjektors, insbesondere nahe der Spitze, zirkuliert, und dann am Kühlauslass 36 austritt, um in einem angrenzenden Treibstoffinjektor 30 zu zirkulieren. Fachleute werden erkennen, dass die Eigenschaft, die gewöhnlicherweise mit Treibstoffsystemen für große Zylinderbohrungen assoziiert ist, die Notwendigkeit ist, die Treibstoffinjektoren während des Betriebs zu kühlen, um eine Verschlechterung bzw. Funktionsminderung und einen potentiellen Funktionsausfall aufgrund von Überhitzung zu verhindern. Fachleute werden auch erkennen, dass obwohl das Treibstoffsystem 10 für die Verwendung von destilliertem Dieseltriebstoff als Kühlmittel und als Einspritzmedium in Abhängigkeit von der Konfiguration der Ventile 11 und 13 dargestellt ist, andere Strömungsmittel (z. B. Schmieröl) in dem Kühlkreislauf 21 verwendet werden könnten, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Jeder der Treibstoffinjektoren 30 ist elektronisch gesteuert. Als solche kann die Steuerungsfunktion innerhalb der einzelnen Treibstoffinjektoren 30 während Einspritzvorgängen fordern, dass die jeweilige gemeinsame Leitung 16a oder 16b strömungsmitteltechnisch mit einer Rückführleitung 19 verbunden ist, um jeden Einspritzvorgang elektronisch zu steuern. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Rückführleitung 19 gezeigt, und sie dient zur Rückführung von Treibstoff, welcher an den Treibstoffinjektoren 30 ankommt, aber nicht eingespritzt wird, und stattdessen während der Steuerung eines Einspritzvorgangs ausgestoßen wird, um zur Quelle 12 des schweren Treibstofföls für die mögliche erneute Zirkulation und Einspritzung in einem darauffolgenden Vorgang zurückgeführt zu werden. Die Rückführleitung 19 ist als strömungsmitteltechnisch mit der Quelle 12 des schweren Treibstofföls verbunden dargestellt, anstelle der Quelle 14 destillierten Dieseltriebstoffs, weil es oft erwünschter ist, das schwere Treibstofföl mit destilliertem Dieseltriebstoff zu verdünnen, als umgekehrt.
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Mit Bezug auf 2 weist jeder Treibstoffinjektor 30 einen Injektorkörper 31 auf, welcher einen Einlass 33 der gemeinsamen Leitung, einen Düsenauslass 32, einen Entleerungsauslass bzw. Entleerungsauslässe 37a und 37b, einen Kühleinlass 35 und einen Kühlauslass 36 definiert. Jeder Treibstoffinjektor 30 weist auch einen elektrischen Betätiger 40 auf, wie beispielsweise einen elektromagnetischen Betätiger oder einen Piezo, welcher das Öffnen und Schließen eines direkt betriebenen Düsensperrventils 25 steuert. Wie im Kontext der vorliegenden Offenbarung verwendet, ist ein direkt betätigtes Düsensperrventil ein Ventil, welches die Düsenauslässe öffnet und schließt, indem es ein Ventilbauteil ansprechend auf Druckänderungen auf einer schließenden hydraulischen Oberfläche durch das Anregen bzw. das Abschalten des elektrischen Betätigers 40 bewegt. In dem dargestellten Treibstoffinjektor 30 ist das direkt betätigte Düsensperrventil 25 betriebsmäßig mit dem elektrischen Betätiger 40 mittels eines Pilotventilbauteils 41 und eines Steuerventilbauteils 45 gekoppelt. Der elektrische Betätiger 40, das Pilotventilbauteil 41 und das Steuerventilbauteil 45 können dem elektrischen Betätiger, dem Drucksteuerventilbauteil und dem Düsennadelventilbauteil, wie sie mit einem Treibstoffinjektor für kleine Zylinderbohrungen assoziiert werden, stark ähneln. Somit kann der Treibstoffinjektor 30 der vorliegenden Offenbarung erprobte Komponenten die mit einem Treibstoffsystem für kleine Zylinderbohrungen assoziiert werden, nutzen und tatsächlich verwenden. Anstatt Treibstoff einzuspritzen, werden diese Komponenten in dem Treibstoffinjektor 30 für große Zylinderbohrungen jetzt jedoch verwendet, um den Druck in der Nadelsteuerkammer 61 zu steuern, damit dieser auf eine schließende hydraulische Oberfläche 53 des Nadelventilbauteils 50 wirkt.
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Das direkt betätigte Düsensperrventil 25 weist das Nadelventilbauteil 50 auf, welches mittels einer Feder 54 in eine Position vorgespannt ist, um die Düsenauslässe 32 zu verschließen. Das Nadelventilbauteil 50 weist eine öffnende hydraulische Oberfläche 52, welche in einer Düsenkammer 60 Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, und eine schließende hydraulische Oberfläche 53, welche in der Nadelsteuerkammer 61 Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, auf. Das Nadelventilbauteil 50 ist in seiner Bewegung durch das Zusammenwirken zwischen der Führungsoberfläche 51 und einer Führungsbohrung 64 geführt. Das Führungsspiel 55 zwischen der Führungsoberfläche 51 und der Führungsbohrung 64 ist vergleichsweise klein, ermöglicht aber prinzipbedingt einen gewissen Strömungsmittelaustausch zwischen der Düsenkammer 60 und der Nadelsteuerkammer 61. Zwischen Einspritzvorgängen werden jedoch sowohl Düsenkammer 60 als auch Nadelsteuerkammer 61 durch den Düsenversorgungsdurchlass 68 und die Hauptausgleichsöffnung 80 auf Leitungsdruck gehalten. Der Düsenversorgungsdurchlass 68 erstreckt sich zwischen der Düsenkammer 60 und dem Einlass 33 der gemeinsamen Leitung, während die Hauptausgleichsöffnung 80 die Nadelsteuerkammer 61 mit dem Düsenversorgungsdurchlass 68 mittels eines begrenzten aber immer offenen Durchflussbereichs strömungsmitteltechnisch verbindet. Während eines Einspritzvorgangs, wenn der Druck in der Nadelsteuerkammer 61 verringert ist, kann etwas Treibstoff entlang des Führungsspiels 55 von der Düsenkammer 60 in die Nadelsteuerkammer 61 wandern bzw. übertreten.
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Die Nadelsteuerkammer 61 ist mittels eines Drucksteuerdurchlasses 73, welcher eine Hauptsteueröffnung 81 umfasst, strömungsmitteltechnisch mit einer Zwischensteuerkammer 62 verbunden. Das Steuerventilbauteil 45, das bereits zuvor erwähnt wurde, bewegt sich in der Zwischensteuerkammer 62 in den und aus dem Kontakt mit dem konischen Sitz 29. Eine Feder 28 spannt das Steuerventilbauteil 45 in den Kontakt mit dem Sitz 29 vor, um die Strömungsmittelverbindung zwischen der Zwischensteuerkammer 62 und einem Niederdruckentleerungsdurchlass 77 zu verschließen, welche strömungsmitteltechnisch mit dem Entleerungsauslass 37a in Verbindung steht. Wenn sich das Steuerventilbauteil 45 aus dem Kontakt mit dem Sitz 29 hebt, wird eine direkte Strömungsmittelverbindung zwischen der gemeinsamen Leitung 16 und dem Entleerungsauslass 37a mittels des Düsenversorgungsdurchlasses 68, durch die Hauptausgleichsöffnung 80, durch die Nadelsteuerkammer 61, nach oben durch den Drucksteuerdurchlass 73, am Sitz 29 vorbei und durch den Niederdruckentleerungsdurchlass 77 hergestellt. In diesem Zustand wird der Druck in der Nadelsteuerkammer 61 fallen, indem die Hauptausgleichsöffnung 80 derart bemessen wird, dass sie kleiner ist als die Hauptsteueröffnung 81. Wenn dies eintritt, kann sich das Nadelventilbauteil 50 in eine offene Position heben, um es Treibstoff zu ermöglichen durch die Düsenauslässe 32 zu sprühen.
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Das Steuerventilbauteil 45 weist eine öffnende hydraulische Oberfläche 48, welche in einer Zwischensteuerkammer 62 Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, und eine schließende hydraulische Oberfläche 47, welche in der Pilotsteuerkammer 63 Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, auf. Die Bewegung des Steuerventilbauteils 45 wird durch ein Zusammenwirken zwischen einer Führungsoberfläche 46 und einer Führungsbohrung 65 geführt. Obwohl die Zwischensteuerkammer 62 im Wesentlichen strömungsmitteltechnisch von der Pilotsteuerkammer 63 getrennt ist, existiert ein gewisser Strömungsmittelaustausch entlang des kleinen Führungsspiels 49, das zwischen der Führungsoberfläche 46 und der Führungsbohrung 65 definiert ist. Die Pilotsteuerkammer 63 ist mittels der Pilotausgleichsöffnung 82, die sich an einem Ende in den Düsenversorgungsdurchlass 68 und am anderen Ende in die Pilotsteuerkammer 63 öffnet, immer strömungsmitteltechnisch mit dem Druck in der gemeinsamen Leitung verbunden. Wenn der elektrische Betätiger 40 mit Energie versorgt wird, kann ein Pilotventilbauteil 41 von einem flachen Sitz 42 abheben, um die Pilotsteuerkammer 63 mittels der Pilotsteueröffnung 83 und dem Niederdruckentleerungsdurchlass 75 mit dem Niederdruckentleerungsdurchlass 37b zu verbinden. Indem die Strömungsflächen bzw. Strömungsquerschnitte der Hauptausgleichsöffnung 80, der Hauptsteueröffnung 81, der Pilotausgleichsöffnung 82 und der Pilotsteueröffnung 83 ebenso wie die Vorspannung auf der Feder 28 und die relativen Größen der öffnenden hydraulischen Oberfläche 38 und der schließenden hydraulischen Oberfläche 47 mit Bedacht gewählt werden, wird sich das Steuerventilbauteil 45 von dem Sitz 29 abheben, wenn sich das Pilotventilbauteil von dem flachen Sitz 42 abhebt, um die Pilotsteuerkammer 63 mit dem Abfluss zu verbinden. Im Allgemeinen wird die Hauptausgleichsöffnung 80 kleiner sein als die Hauptsteueröffnung 81, und die Hauptausgleichsöffnung 82 wird einen kleineren Strömungsquerschnitt aufweisen als die Pilotsteueröffnung 83. Aber die Bemessung muss derart sein, dass wenn das Steuerventilbauteil 45 von dem Sitz 29 abgehoben ist, um die Zwischensteuerkammer 62 strömungsmitteltechnisch mit dem Entleerungsdurchlass 77 zu verbinden, ein ausreichender Druck auf die öffnende hydraulische Oberfläche 48 wirken sollte, um sowohl die Feder 28 als auch den verbleibenden geringeren Druck oder die schließende hydraulische Kraft auf der schließenden hydraulischen Oberfläche 47 zu überwinden. Zwischen Einspritzvorgängen befindet sich das Pilotventilbauteil 41 in einer unteren Position, um den flachen Sitz 42 zu schließen, was darin resultiert, dass der Druck in der Pilotsteuerkammer 63 und der Zwischensteuerkammer 62 der gleiche ist wie der Leitungsdruck. Somit sollte zwischen Einspritzvorgängen wenig oder keine Leckage in dem Treibstoffinjektor 30 vorliegen, da die Düsenauslässe 32 geschlossen sind, das Steuerventilbauteil 45 sich im Sitz befindet, um den Niederdruckentleerungsdurchlass 77 zu verschließen, und das Pilotventilbauteil 41 sich im Sitz befindet, um die Pilotsteueröffnung 83 zu verschließen. Obwohl es leicht ersichtlich ist, sind eine Düsenkammer 62 (60, d. Übersetzer), eine Nadelsteuerkammer 61, ein Zwischensteuerkammer 62 und eine Pilotsteuerkammer 63 alle in dem Injektorkörper 31 untergebracht.
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Man kann sich den Treibstoffinjektor 30 derart vorstellen, dass er eine Nicht-Einspritz-Konfiguration aufweist, in welcher der elektrische Betätiger 40 abgeschaltet ist, das Pilotventilbauteil 41 sich in seiner unteren Position im Kontakt befindet, um den flachen Sitz 42 zu schließen, das Steuerventilbauteil 45 ist mittels der Feder 28 nach unten vorgespannt, um den Sitz 29 zu verschließen, und das Nadelventilbauteil 50 befindet sich in seiner unteren Position, um die Düsenauslässe 32 zu verschließen. Man kann sich den Treibstoffinjektor 30 ebenfalls so vorstellen, dass er eine Einspritz-Konfiguration aufweist, in welcher das Nadelventilbauteil 50 nach oben bewegt ist, um die Düsenauslässe 32 zu öffnen, das Steuerventilbauteil 45 ist nach oben bewegt, um die Zwischensteuerkammer 62 zum Niederdruckentleerungsdurchlass 77 zu öffnen, und das Pilotventilbauteil 41 ist durch den elektrischen Betätiger 40 nach oben bewegt, um die Pilotsteuerkammer 63 strömungsmitteltechnisch mit dem Niederdruckentleerungsdurchlass 77 zu verbinden. Somit sind, wenn sich der Treibstoffinjektor 30 seiner Einspritz-Konfiguration befindet, die Entleerungsauslässe 37a und 37b durch zwei verschiedene Durchlasswege strömungsmitteltechnisch mit dem Einlass 33 der gemeinsamen Leitung verbunden. Einer dieser Durchlasswege umfasst den Niederdruckentleerungsdurchlass 75, die Pilotsteueröffnung 83, die Pilotsteuerkammer 63, den Pilotausgleichsdurchlass 69 und einen kurzen Abschnitt des Düsenversorgungsdurchlasses 68. Der zweite dieser Durchlasswege umfasst den Niederdruckentleerungsdurchlass 77, die Zwischensteuerkammer 62, den Drucksteuerdurchlass 73, die Nadelsteuerkammer 61, die Hauptausgleichsöffnung 80, und einen Abschnitt des Düsenversorgungsdurchlasses 68. Somit könnte man während Einspritzvorgängen erwarten, dass ein gewisser Treibstofffluss zu den Entleerungsauslässen 37a und 37b zur Quelle 12 schweren Treibstofföls mittels der Rückführungsleitung 19 zurückgeführt wird (1). Sowohl die Pilotsteuerkammer 63 als auch die Nadelsteuerkammer 61 sind strömungsmitteltechnisch mit dem Einlass 33 der gemeinsamen Leitung verbunden, wenn sich der Treibstoffinjektor 30 in seiner Treibstoff-Einspritz-Konfiguration und in seiner Nicht-Einspritz-Konfiguration befindet.
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Nun Bezug nehmend auf 3 unterscheidet sich ein Treibstoffsystem 110 für große Zylinderbohrungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung von demjenigen der 1 lediglich darin, dass zu jeder Zeit nur destillierter Dieseltreibstoff für Pilotsteuerfunktionen verwendet wird, aber entweder destillierter Dieseltriebstoff oder schweres Treibstofföl von den Injektoren 130 eingespritzt werden kann. Gleiche Nummern werden verwendet, um die Merkmale zu identifizieren, die mit den zuvor mit Bezug auf 1 beschriebenen identisch sind. Und unnummerierte identische Merkmale sind die gleichen wie das („in dem”. D. Übers.) Ausführungsbeispiel der 1 und 2. Zusätzlich sind in der 3 aus Gründen der Klarheit der Kühlkreislauf und die Treibstoffheizvorrichtung weggelassen worden, sollen aber als Teil des Treibstoffsystems 110 in der Art und Weise betrachtet werden, wie zuvor mit Bezug auf das Treibstoffsystem 10 der 1 beschrieben wurde. Wie das Ausführungsbeispiel der 1 können die Ventile 11 und 13 derart eingestellt sein, dass die Hochdruckpumpe die gemeinsamen Leitungen (”common rails”) 116a und 116b mit schwerem Treibstofföl von dem Tank 12 oder destilliertem Dieseltriebstoff von dem Tank 14 mit Druck beaufschlagt. Der Treibstoff in den gemeinsamen Leitungen 116a und 116b wird von den jeweiligen Treibstoffinjektoren 130 für Einspritzzwecke verwendet. Der Treibstoff wird von den gemeinsamen Leitungen 116a und 166b (116b, d. Übersetzer) an die individuellen Treibstoffinjektoren 130 mittels eines individuellen Abzweigungsdurchlasses 115 geliefert, der ein Teil einer Hülse sein kann, welche in dem Einlass 133 der gemeinsamen Leitung aufgenommen sein kann, der für eine angemessene Abdichtung eine konische Form aufweisen kann. Eine separate Hochdruckpumpe 125 verwendet destillierten Dieseltriebstoff aus dem Tank 14 und beaufschlagt die gemeinsamen) Leitung(en) 117a und 117b mit Druck. Die gemeinsamen Leitungen 117a und 117b sind strömungsmitteltechnisch mit individuellen Treibstoffinjektoren 130 mittels eines individuellen Abzweigungsdurchlasses 118 verbunden, welcher ein Teil einer zweiten Hülse sein kann, welche in dem Einlass 134 der gemeinsamen Leitung aufgenommen sein kann, welcher für eine angemessene Abdichtung mit der Hülse ebenfalls eine konische Form aufweisen kann. Obgleich es nicht notwendig ist, kann es wünschenswert sein, die gemeinsamen Steuerleitungen 117a und 117b auf einem gleichen oder leicht höheren Druck als die gemeinsamen Einspritzleitungen 116a und 116b zu halten. Falls Treibstoff dazu neigt, während oder zwischen Einspritzvorgängen entlang der Spieloberflächen innerhalb des Treibstoffinjektors 130 überzutreten, wird er dazu neigen, von den Bereichen destillierten Dieseltriebstoffs, die mit den gemeinsamen Steuerleitungen 117a und 117b assoziiert sind, in Richtung der Einspritzbereiche überzutreten, die mit den gemeinsamen Einspritzleitungen 116a und 116b assoziiert sind. Somit ist, wie bereits zuvor festgestellt, die Verdünnung schweren Treibstofföls mit destilliertem Dieseltriebstoff gegenüber der Verunreinigung destillierten Dieseltriebstoffs mit schwerem Treibstofföl vorzuziehen.
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Nun sind, mit Bezug auf 4, die Treibstoffinjektoren 130 in fast allen Belangen den zuvor beschriebenen Treibstoffinjektoren 30 ähnlich, außer dass die Pilotsteuerkammer 163 lediglich mit dem Einlass 134 der gemeinsamen Leitung verbunden ist, während die Zwischensteuerkammer 162 strömungsmitteltechnisch mit dem Einlass 133 der gemeinsamen Leitung verbunden ist. Somit wird beim Einspritzen schweren Treibstofföls schweres Treibstofföl die Zwischensteuerkammer 162 belegen, aber destillierter Dieseltriebstoff wird immer in der Pilotsteuerkammer 163 vorliegen. Wenn die gemeinsamen Steuerleitungen 117a und 117b werden auf einem leicht höheren Druck als die gemeinsamen Einspritzleitungen 116a und 116b gehalten werden, kann man erwarten, dass etwas destillierter Dieseltriebstoff aus der Pilotsteuerkammer 163 entlang des Führungsspiels 149 und in die Zwischensteuerkammer 162 übertritt. Ansonsten sind alle der internen Merkmale des Treibstoffinjektors 130 und seines Betriebs identisch mit dem Treibstoffinjektor 30, und werden nicht wiederholt werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung findet im Allgemeinen Anwendung in Treibstoffsysternen für große Zylinderbohrungen, die in der Lage sind, entweder schweres Treibstofföl oder destillierten Dieseltriebstoff in die Brennräume vergleichsweise großer Kompressionszündungskraftmaschinen einzuspritzen.
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Die vorliegende Offenbarung findet auch Anwendung bei der Reduzierung der Leckage in Treibstoffsystemen für große Zylinderbohrungen bzw. Bohrungen. Schließlich findet die vorliegende Offenbarung insbesondere Anwendung beim Einsatz von Komponenten, die mit Treibstoffsystemen geringer Leckage für kleine Zylinderbohrungen assoziiert werden, und der Verwendung dieser erprobten Komponenten und Strategien in fast identischer Weise in einem Treibstoffsystem für große Zylinderbohrungen.
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Dieser Aspekt der Offenbarung ist dadurch demonstriert, dass das Steuerventilbauteil 45 im Wesentlichen identisch ist mit einem Nadelventilbauteil eines entsprechenden Treibstoffinjektors für kleine Zylinderbohrungen, wobei der Sitz 29 dem Sitz nahe dem Sackbereich des Treibstoffinjektors entspricht, und der Entleerungsauslass den Düsenauslässen des entsprechenden Treibstoffinjektors 77 für kleine Zylinderbohrungen entspricht. Zusätzlich könnte man erwarten, einen nahezu identischen elektrischen Betätiger 40 und ein Pilotventilbauteil 41 in Verwendung mit einem entsprechenden Treibstoffinjektor für kleine Zylinderbohrungen zu sehen.
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Mit Bezug auf die 1–4 und die Treibstoffsysteme 10, 110, findet die Treibstoffeinspritzung statt, wenn sich die Treibstoffinjektoren 30, 130 in einer Einspritzkonfiguration befinden, und keine Einspritzung findet statt, wenn sich die Treibstoffinjektoren 30, 130 in einer Nicht-Einspritz-Konfiguration befinden, wie zuvor beschrieben. Während eines Einspritzvorgangs ist der Entleerungsauslass 37a und/oder 37b strömungsmitteltechnisch mit einem Einlass 33, 133 oder 134 der gemeinsamen Leitung verbunden. Beispielsweise und insbesondere Bezug nehmend auf 2, wird während eines Einspritzvorgangs das Pilotventilbauteil 41 von dem Sitz 42 abgehoben, sodass eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Einlass 33 der gemeinsamen Leitung durch einen Teil des Düsenversorgungsdurchlasses 68, durch die Pilotausgleichsöffnung 69, durch die Pilotsteuerkammer 63, durch die Pilotsteueröffnung 83, an dem Sitz 42 vorbei, in den Niederdruckdurchlass 75 und schließlich danach mit dem Niederdruckentleerungsauslass 37b hergestellt wird. Im Fall des Treibstoffinjektors 130 besteht die Strömungsmittelverbindung zwischen dem Einlass 134 der gemeinsamen Leitung und dem Niederdruckentleerungsauslass 137b. Nun Bezug nehmend auf 2, und ebenfalls während eines Einspritzvorgangs existiert eine Strömungsmittelverbindung von dem Einlass 33 der gemeinsamen Leitung durch einen Teil des Düsenversorgungsdurchlasses 68 durch die Hauptausgleichsöffnung 80, durch die Nadelsteuerkammer 61, nach oben durch den Drucksteuerdurchlass 73, an dem Sitz 29 vorbei, in die Zwischensteuerkammer 63, und in den Niederdruckentleerungsdurchlass 77 und schließlich in den Niederdruckentleerungsauslass 37a. Im Fall des Treibstoffinjektors 130 der 4 besteht diese Strömungsmittelverbindung zwischen dem Einlass 133 der gemeinsamen Leitung und dem Niederdruckentleerungsauslass 137b. Zwischen Einspritzvorgängen sind diese Strömungsmittelverbindungen blockiert. Die erste dieser Strömungsmittelverbindungen ist durch das den Sitz 42 verschließende Pilotventilbauteil 41 blockiert, und die zweite dieser Strömungsmittelverbindungen ist durch das den Sitz 29 verschließende Steuerventilbauteil 45 blockiert.
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Treibstoffleckage aus dem Treibstoffinjektor kann zwischen den Einspritzvorgängen durch das Angleichen von Drücken in der Pilotsteuerkammer 63, 163 und denjenigen in der Zwischensteuerkammer 62, 162, reduziert werden. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung bedeutet das Angleichen des Drucks zwischen der Pilotsteuerkammer 163 und der Zwischensteuerkammer 162, dass der Druckunterschied zwischen diesen beiden Kammern gleich dem oder geringer als der Druckunterschied zwischen den gemeinsamen Leitungen 117 und 116 ist. Fachleute werden erkennen, dass falls die Dauer zwischen Einspritzvorgängen ausreichend lang ist, sich der Druck in diesen beiden Kammern durch den Strömungsmittelaustausch entlang der Führungsoberfläche 149 ausgleichen wird. Die Treibstoffleckage wird auch durch das Ausgleichen der Drücke in der Düsenkammer 60 mit der Nadelsteuerkammer 61 durch das Schließen des Sitzes 29 und das Aufrechterhalten der strömungsmitteltechnischen Verbindung beider Kammern mit dem Düsenversorgungsdurchlass 68 zwischen den Einspritzvorgängen verringert. Somit bedeutet im Fall der Düsenkammer 60 das Ausgleichen des Drucks mit der Nadelsteuerkammer 61 im Kontext der vorliegenden Offenbarung wortgetreu, dass sie gleich sind, weil sie strömungsmitteltechnisch mit der gleichen gemeinsamen Leitung mittels des geteilten Düsenversorgungsdurchlasses 68 verbunden sind. Somit bedeutet im Kontext der vorliegenden Offenbarung der Begriff ”Ausgleichen”, dass im Falle einer ausreichenden Zeitspanne für das Abklingen von Druckfluktuationen (to the grade toward) der Druck in den jeweiligen Bereichen gleich wird. Jedoch können die Zeiträume zwischen Einspritzvorgängen so kurz sein, dass eine unzureichende Zeitspanne vorhanden ist, damit die Drücke wirklich gleich werden können. Andererseits bedeutet ”ausgleichen” im Falle des in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels ”gleich”.
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Einspritzvorgänge werden eingeleitet und aufrechterhalten durch das Aufheben des Ausgleichs der Drücke in der Pilotsteuerkammer 63, 163 relativ zu demjenigen der Zwischensteuerkammer 62, 162, und das Aufheben des Ausgleichs der Drücke zwischen der Düsenkammer 60 und der Nadelsteuerkammer 61. Dies wird erreicht, indem der elektrische Betätiger 40 mit Energie versorgt wird, um das Pilotventilbauteil 41 anzuheben, um die Pilotsteuerkammer 63, 163 mit dem Niederdruckentleerungsauslass 37b, 137b zu verbinden. Weil die Durchflussfläche durch die Pilotausgleichsöffnung 82 kleiner ist als die Durchflussfläche durch die Pilotsteueröffnung 83, wird der Druck in der Pilotsteuerkammer 63, 163 fallen. Wenn dies passiert, wird der Druck, der auf die öffnende hydraulische Oberfläche 48 wirkt die Feder 28 überwinden und bewirken, dass sich das Zwischenventilbauteil 45 hebt, um den Sitz 29 zu öffnen. Wenn dies passiert, ist die Zwischensteuerkammer 62 strömungsmitteltechnisch mit dem Niederdruckentleerungsauslass 37a verbunden. Indem die Hauptausgleichsöffnung 80 mit einer kleineren Durchflussfläche hergestellt wird als die Hauptsteueröffnung 81, wird der Strömungsmitteldruck in der Nadelsteuerkammer 61 fallen, was es der hydraulischen Kraft auf der öffnenden Fläche 52 ermöglicht, die Feder 54 zu überwinden und das Nadelventilbauteil 50 in seine öffnende Position zu heben. Die Größe der Öffnungen 80, 81, 82 und 83 sollten derart bemessen sein, dass der Druck in der Zwischensteuerkammer 62 während eines Einspritzvorgangs ausreichend hoch bleibt, dass das Steuerventilbauteil 45 von dem Sitz 29 während des Einspritzvorgangs abgehoben bleibt. Ansonsten könnte man zyklische Druckänderungen in der Zwischensteuerkammer 62 erwarten, was dazu führt, dass das Nadelventilbauteil 50 klappert und die Düsenauslässe wiederholt schließt, was in manchen Umständen erwünscht sein kann. Durch das angemessene Positionieren der Ventile 11 und 13 (1 und 3) kann schweres Treibstofföl in einem ersten Einspritzvorgang eingespritzt werden, aber destillierter Dieseltriebstoff kann in einem folgenden Einspritzvorgang eingespritzt werden, indem die Positionen der Ventile 11 und 13 umgekehrt werden.
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Es ist zu verstehen, dass die obige Beschreibung nur zu darstellerischen bzw. illustrativen Zwecken dient und den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken soll. Somit werden Fachleute erkennen, dass andere Aspekte der Offenbarung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der anhängenden Ansprüche gewonnen werden können.
