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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Dual-Brennstoffeinspritzsysteme und insbesondere auf eine hydraulische Abdichtungsstrategie, wenn man sowohl in einem Dual-Brennstoffmodus als auch in einem Einzel-Brennstoffmodus arbeitet.
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Hintergrund
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Mit gasförmigem Brennstoff betriebene Motoren sind für ihre Fähigkeit bekannt, im Vergleich zu entsprechenden verdichtungsgezündeten Motoren rein zu verbrennen. Jedoch ist es wohlbekannt, dass gasförmige Brennstoffe schwierig erfolgreich zu zünden sind. Einige Motoren für gasförmige Brennstoffe verwenden eine Zündkerze, während es bei anderen Motoren bekannt ist, eine kleine Menge an destilliertem Dieselbrennstoff zu verwenden, der verdichtungsgezündet wird, um wiederum eine größere Ladung von gasförmigem Brennstoff zu zünden. Bei diesen Motoren kann der gasförmige Brennstoff zur Motoreinlasssammelleitung geliefert werden oder kann direkt in einzelne Zylinder zugemessen werden, wo er mit Luft vermischt wird, bevor er ansprechend auf die Dieselvoreinspritzung nahe dem oberen Totpunkt gezündet wird.
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Das
US-Patent 6,298,833 lehrt eine Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung mit der Fähigkeit, direkt sowohl gasförmige als auch flüssige Brennstoffe in einen Motorzylinder einzuspritzen. Die genannte Schrift lehrt eine Konstruktion mit doppeltem konzentrischen Düsenrückschlagelement, wo flüssiger Dieselbrennstoff durch einen kleinen inneren Satz von Zumessöffnungen durch die äußere Nadel eingespritzt wird, und wobei der gasförmige Brennstoff durch einen konzentrischen Satz von Auslässen für gasförmigen Brennstoff durch eine Spitzenkomponente eingespritzt wird. Da erkannt wurde, dass der gasförmige Brennstoff eine niedrige Viskosität hat und nicht geeignet ist, das sich bewegende Nadelventilglied für gasförmigen Brennstoff zu schmieren und eine Leckage von gasförmigem Brennstoff in den flüssigen Brennstoff zu verhindern, lehrt diese genannte Schrift eine Brennstoffabdichtungsstrategie, bei der ein ringförmiges Volumen von unter Druck gesetztem flüssigen Brennstoff das Führungssegment des Nadelventilgliedes für flüssigen Brennstoff umgibt. Der Dichtungsdruck des flüssigen Brennstoffes wird gleich wie oder geringfügig größer als der Druck des gasförmigen Brennstoffes gehalten. Während die genannte Schrift eine wirksame Strategie zum Verhindern einer Leckage von gasförmigem Brennstoff in den flüssigen Brennstoff innerhalb der Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung lehren mag, kann sie nicht Probleme für potentielle Betriebszustände eines Motors vorhersehen, der mit einem Dual-Brennstoffversorgungssystem ausgerüstet ist, welches gasförmige und flüssige Brennstoffe verwendet, und sie lehrt auch keine Lösungen dafür. Es mag beispielsweise Umstände geben, wo die Brennstoffversorgung für gasförmigen Brennstoff leer ist und der Motor in einem sogenannten Notlaufmodus arbeiten muss, der nur den flüssigen Brennstoff als Brennstoffquelle verwendet. Ein solcher Betriebsmodus kann zuvor nicht erkannte Probleme im Zusammenhang mit Dual-Brennstoffeinspritzsystemen darstellen, welche eine Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung verwenden, um sowohl gasförmige als auch flüssige Brennstoffe einzuspritzen.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf ein oder mehrere der oben dargelegten Probleme gerichtet.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Gemäß einem Aspekt weist eine Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Einspritzvorrichtungskörper auf, der einen ersten Brennstoffeinlass definiert, der strömungsmittelmäßig mit einer ersten Düsenkammer verbunden ist, einen zweiten Brennstoffeinlass, der strömungsmittelmäßig mit einer zweiten Düsenkammer verbunden ist, und eine Spitzenkomponente, die einen ersten Düsenauslasssatz und einer zweiten Düsenauslasssatz definiert. Ein erstes Nadelventilglied ist in dem Einspritzvorrichtungskörper geführt, um sich zwischen Positionen in Kontakt und außer Kontakt mit einem ersten Ventilsitz zu bewegen, der zwischen der ersten Düsenkammer und dem ersten Düsenauslasssatz positioniert ist. Ein zweites Nadelventilglied ist in dem Einspritzvorrichtungskörper geführt, um sich zwischen Positionen in Kontakt und außer Kontakt mit einem zweiten Ventilsitz zu bewegen, der zwischen der zweiten Düsenkammer und dem zweiten Düsenauslasssatz positioniert ist. Eine hydraulisch verriegelnde Dichtung zum Verhindern einer Leckage des zweiten Brennstoffes aus der zweiten Düsenkammer in den ersten Brennstoff weist ein ringförmiges Volumen auf, welches ein Führungssegment des zweiten Nadelventilgliedes umgibt, und das ringförmige Volumen ist strömungsmittelmäßig mit dem ersten Düsenvolumen durch einen Dichtungsdurchlass verbunden. Ein Rückschlagventil ist in dem Dichtungsdurchlass positioniert, der zu einer geschlossenen Position bewegbar ist, und zwar ansprechend auf eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Brennstoff in der ersten Düsenkammer und dem zweiten Brennstoff in der zweiten Düsenkammer in der Spitzenkomponente.
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Ein Dual-Brennstoffsystem weist eine Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung auf, die einen Gasbrennstoffeinlass, einen Düsenauslasssatz für gasförmigen Brennstoff, einen Flüssigbrennstoffeinlass und einen Düsenauslasssatz für flüssigen Brennstoff aufweist. In der Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung ist ein Düsenvolumen für gasförmigen Brennstoff strömungsmittelmäßig mit dem Gasbrennstoffeinlass verbunden, und ein Düsenvolumen für flüssigen Brennstoff ist strömungsmittelmäßig mit dem Flüssigbrennstoffeinlass verbunden. Eine hydraulisch verriegelnde Dichtung verhindert eine Leckage von gasförmigem Brennstoff in den flüssigen Brennstoff in der Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung. Eine Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung für gasförmigen Brennstoff ist strömungsmittelmäßig mit dem Gasbrennstoffeinlass verbunden, und eine Common-Rail für flüssigen Brennstoff ist strömungsmittelmäßig mit dem Flüssigbrennstoffeinlass verbunden. Ein Rückschlagventil ist in einem Dichtungsdurchlass der hydraulisch verriegelnden Dichtung positioniert und ist zwischen einer offenen Konfiguration für Dual-Brennstoffversorgung und einer geschlossenen Konfiguration für Einzel-Brennstoffversorgung bewegbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zum Betrieb einer Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung einen Schritt des Einspritzens eines ersten Brennstoffes durch einen ersten Düsenauslasssatz auf, und zwar durch Bewegen eines ersten Nadelventilgliedes außer Kontakt mit einem ersten Nadelventilsitz einer Spitzenkomponente. Ein zweiter Brennstoff wird durch einen zweiten Düsenauslasssatz eingespritzt, indem ein zweites Nadelventilglied außer Kontakt mit einem zweiten Nadelventilsitz der Spitzenkomponente bewegt wird. Eine Migration bzw. Leckage des zweiten Brennstoffes in den ersten Brennstoff wird mit einer hydraulisch verriegelnden Dichtung verhindert. Ein Führungssegment des zweiten Nadelventilgliedes wird mit dem ersten Brennstoff geschmiert, der über ein Rückschlagventil in einem Dichtungsdurchlass der hydraulisch verriegelnden Dichtung bewegt wird. Der Dichtungsdurchlass wird mit dem Rückschlagventil ansprechend auf eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Brennstoff in der ersten Düsenkammer und dem zweiten Brennstoff in der zweiten Düsenkammer in der Spitzenkomponente geschlossen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht eines Motors und eines Dual-Brennstoff-Common-Rail-Systems gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine geschnittene Seitenansicht des Dual-Brennstoffsystems der 1;
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3 ist eine geschnittene Seitenansicht von einer der Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtungen aus 1;
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4 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Steuerventilteils der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 3;
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5 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Steuerventilteils ähnlich der 4, jedoch entlang einer anderen Schnittlinie durch die Brennstoffeinspritzvorrichtung der 3;
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6 ist eine perspektivische Teilansicht von Hebelkomponenten der Brennstoffeinspritzvorrichtung der 3;
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7 ist eine Endansicht des in 6 gezeigten Hebels;
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8 ist eine geschnittene Seitenansicht eines unteren Teils einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung,
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9 ist eine geschnittene Seitenansicht eines unteren Teils einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
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10 ist eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht eines Rückschlagventils, welches in dem Dichtungsdurchlass einer hydraulisch verriegelnden Dichtung für die in den 8 und 9 gezeigten Brennstoffeinspritzvorrichtungen positioniert ist;
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11 ist eine Draufsicht des Rückschlagventilgliedes aus dem in 10 gezeigten Rückschlagventil; und
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12 ist eine Reihe von Kurvendarstellungen, welche Steuerventilpositionen, Rail-Drücke und Einspritzraten für gasförmigen und flüssigen Brennstoff gegenüber der Zeit für das Dual-Brennstoffsystem der 1 zeigen, wenn in einem Dual-Brennstoffversorgungsmodus und in einem Notlaufmodus gearbeitet wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Mit Bezugnahme auf 1 verwendet ein Motor 5 gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 10 (Common-Rail = gemeinsame Druckleitung). Der Motor 5 weist ein Motorgehäuse 6 auf, welches eine Vielzahl von Zylindern 7 definiert, von denen nur einer gezeigt ist. Das Dual-Brennstoffsystem 10 weist eine Vielzahl von Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 auf (von denen nur eine gezeigt ist), die jeweils einen Einspritzvorrichtungskörper 70 mit einer Spitzenkomponente 71 aufweisen, die zur direkten Einspritzung von gasförmigem Brennstoff und/oder von flüssigem Brennstoff in einer der Motorzylinder 7 positioniert ist. Das Dual-Brennstoffsystem 10 weist eine Vielzahl von äußeren Rohren 40 und inneren Rohren 50 auf, die sich jeweils in das Motorgehäuse 6 zwischen einer Stegleitung 30 und einer der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 erstrecken. Jedes der inneren Rohre 50 ist zwischen einem konischen Sitz einer assoziierten Stegleitung 30 und einem konischen Sitz an einer der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 zusammengedrückt. Somit hat jeder Motorzylinder 7 eine assoziierte Brennstoffeinspritzvorrichtung 12, ein äußeres Rohr 40, ein inneres Rohr 50 und eine Stegleitung 30. Das Dual-Brennstoffsystem 10 weist eine Quelle für gasförmigen Brennstoff in Form einer Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff auf, die strömungsmittelmäßig mit jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 durch eine der Stegleitungen 30 und einen äußeren Durchlass 49 verbunden ist, der zwischen einem inneren Rohr 50 und einem äußeren Rohr 40 definiert ist. Eine Quelle für flüssigen Brennstoff in Form einer Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff ist strömungsmittelmäßig mit jeder der Einspritzvorrichtungen 12 durch eine Stegleitungen 30 und einen inneren Durchlass 51 verbunden, der von dem inneren Rohr 50 definiert wird.
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Eine elektronische Steuervorrichtung 15 ist in steuernder Verbindung mit jeder der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12, um selektiv den Zeitpunkt und die Menge von Einspritzereignissen für sowohl gasförmigen Brennstoff als auch flüssigen Brennstoff zu steuern. Die elektronische Steuervorrichtung 15 ist auch in steuernder Verbindung mit einer Gasdrucksteuervorrichtung 20, die betriebsmäßig angeschlossen ist, um den Druck in der Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff zu steuern, und ist auch in steuernder Verbindung mit einer Flüssigkeitsdrucksteuervorrichtung 22, die betriebsmäßig angeschlossen ist, um den Druck in der Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff zu steuern. Obwohl einzelne Gase, wie beispielsweise Methan, Propan usw., innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen, ist insbesondere Erdgas, welches eine Mischung von Gasarten enthält, für die vorliegende Offenbarung anwendbar. Zusätzlich wird der flüssige Brennstoff für die Fähigkeit zur Verdichtungs- bzw. Kompressionszündung beim Verdichtungsverhältnis des Motors 5 ausgewählt. Beispielsweise kann der flüssige Brennstoff destillierter Dieselbrennstoff oder irgendein anderer flüssiger Brennstoff sein, der zur Verdichtungszündung geeignet ist, um wiederum eine Ladung von gasförmigem Brennstoff in einem der Motorzylinder 7 zu zünden. Somit werden während des normalen Betriebs des Motors 5 Selbstzündungsbedingungen in den einzelnen Zylindern zu einem gewissen Zeitpunkt während des Verdichtungshubes in einem Motorzyklus auftreten, welcher einen Expansionshub, einen Auslasshub und einen Einlasshub aufweist. Obwohl Verdichtungszündungsbedingungen für den flüssigen Brennstoff in dem Motorzylinder auftreten können, sind die Drücke und Temperaturen im Allgemeinen nicht ausreichend hoch, um den gasförmigen Brennstoff selbst zu zünden.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird Erdgas in einem flüssigen Zustand in einem kryogenen bzw. gekühlten Tank 21 für verflüssigtes Erdgas gehalten. Eine kryogene Pumpe mit variabler Verdrängung wird von der elektronischen Steuervorrichtung 15 gesteuert, um verflüssigtes Erdgas bzw. Flüssiggas durch Filter und einen Wärmetauscher zu pumpen, und zwar zur Expansion zu einem Gas, welches in einem Akkumulator gehalten wird. Die Gasdrucksteuervorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein elektronisch gesteuertes Ventil aufweisen, welches eine gesteuerte Menge von gasförmigem Brennstoff aus der Versorgungseite (aus dem Akkumulator) zur Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff liefert. Diese beschriebene Lieferstrategie für Erdgas ist insbesondere geeignet, wenn der Motor 5 auf einer sich bewegenden Maschine montiert ist, wie beispielsweise auf einem Bergbaulastwagen oder Ähnlichem. Wenn andererseits der Motor 5 stationär wäre, kann eine Gasdrucksteuervorrichtung mit einer Quelle für verfügbares Erdgas verbunden sein, und dieses Gas kann dann komprimiert werden und zu der Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff geleitet werden, und zwar in einer Weise, die von der elektronischen Steuervorrichtung 15 gesteuert wird, um einen erwünschten Druck in der Rail 16 aufrechtzuerhalten.
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Die Flüssigbrennstoffversorgung für die Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff beginnt bei einem Tank 23. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Drucksteuervorrichtung 22 für flüssigen Brennstoff eine Hochdruck-Common-Rail-Brennstoffpumpe von einer in der Technik bekannten Bauart auf, deren Ausgabe durch die elektronische Steuervorrichtung 15 gesteuert werden kann, um einen erwünschten Druck in der Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff zu halten. Eine weitere Alternative könnte eine Pumpe mit fester Verdrängung und ein Rail-Drucksteuerventil aufweisen, welches eine Menge des Brennstoffes zurück zum Tank 23 leitet, um den Druck in der Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff zu steuern. Jegliche dieser alternativen Strategien fällt in den beabsichtigten Umfang der vorliegenden Offenbarung.
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In einem Fall, wo der Motor 5 in einer sich bewegenden Maschine verwendet wird, zieht die vorliegende Offenbarung in Betracht, dass der Tank 21 für verflüssigtes Erdgas eine größere Kapazität haben kann (beispielsweise 65% größeres Volumen) als der Brennstofftank 23 für destillierten Dieselbrennstoff, um den erwarteten Verhältnissen des Verbrauchs aus beiden Tanks Rechnung zu tragen, wenn in einer üblichen Dual-Brennstoffversorgungskonfiguration gearbeitet wird, bei der etwa über 90 Massen-% der Brennstofflieferung zum Motor 5 in Form von Erdgas vorliegt und weniger als 10 Massen-% in Form von destilliertem Dieselbrennstoff. Dieser Unterschied bei der Bemessung der Tanks 21 und 23 berücksichtigt auch die Dichten der jeweiligen Flüssigkeiten genauso wie die unterschiedlichen Heizwerte der zwei Brennstoffe, genauso wie der Tatsache Rechnung getragen wird, dass das Erdgas als Flüssigkeit gespeichert wird, jedoch als Gas eingespritzt wird, während der destillierte Dieselbrennstoff als eine Flüssigkeit gespeichert wird und in den Motor 5 eingespritzt wird. Wenn man in einem Dual-Brennstoffmodus arbeitet, was einem Standardbetrieb entspricht, ist die elektronische Steuervorrichtung 15 konfiguriert, um die Common-Rail für gasförmigen Brennstoff auf mittelniedrigem Druck zu halten und die Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff auf einem mittelhohen Druck zu halten. Wenn der Motor 5 in einem Notlaufbrennstoffversorgungsmodus oder in einem Einzel-Brennstoffversorgungsmodus arbeitet, kann die elektronische Steuervorrichtung 15 konfiguriert sein, um die Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff auf einem niedrigen Druck zu halten (möglicherweise auf einem Atmosphärendruck) und die Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff auf einem hohen Druck zu halten. Zur Verdeutlichung ist der genannte hohe Druck größer als der mittelhohe Druck, welcher größer ist als der mittelniedrige Druck, welcher größer ist als der niedrige Druck.
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Mit Bezug auf 2 weist das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 10 eine koaxiale Stegleitungsanordnung 118 auf, die strömungsmittelmäßig jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 mit den Common-Rails 14 bzw. 16 für flüssigen bzw. gasförmigen Brennstoff verbindet. Obwohl die Konzepte der vorliegenden Offenbarung auf eine Vielzahl von Brennstoffen für unterschiedliche Arten von Motoren anwendbar sein könnten, ist das veranschaulichte Ausführungsbeispiel insbesondere für einen mit gasförmigem Brennstoff versorgten Motor geeignet, welcher destillierten Dieselbrennstoff für die Verdichtungszündung verwendet. Anders gesagt, ein Motor, der mit dem Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 10 assoziiert ist, könnte in erster Linie verflüssigtes Erdgas verbrennen, welches von der zweiten Common-Rail 16 geliefert wird, und könnte diese Ladung im Motorbrennraum durch eine Verdichtungszündung einer kleineren Ladung von destilliertem Dieselbrennstoff aus der Common-Rail 14 während eines Verbrennungsereignisses in einem Motorzyklus zünden.
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Die koaxiale Stegleitungsanordnung 118 weist eine Stegleitung 30 auf, die zumindest teilweise in einem Block 120 positioniert ist. Die Stegleitung weist einen ersten Brennstoffdurchlass 32 auf, welcher sich zwischen einem ersten Brennstoffeinlass 33, der strömungsmittelmäßig mit der ersten Common-Rail 14 verbunden ist, und einem ersten Brennstoffauslass 34 erstreckt. Die Stegleitung 30 definiert auch einen zweiten Brennstoffdurchlass 35, der sich zwischen einem zweiten Brennstoffeinlass 36, der strömungsmittelmäßig mit der zweiten Common-Rail 16 verbunden ist, und einem zweiten Brennstoffauslass 37 erstreckt. Die Stegleitung 30 ist strömungsmittelmäßig mit den Rails 14 und 16 unter Verwendung von bekannten Komponenten (beispielsweise Armaturen) und Techniken verbunden. Brennstoff aus der ersten Common-Rail 14 wird durch ein Motorgehäuse 6 (Motorkopf) über einen inneren Durchlass 51 durch das innere Rohr 50 bewegt, während Brennstoff von der zweiten Common-Rail 16 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 in einem äußeren Durchlass 49 bewegt wird, der zwischen dem inneren Rohr 50 und einem äußeren Rohr 40 definiert ist. Das innere Rohr 50 kann eine für den Fachmann bekannte Konstruktion aufweisen, und zwar dahingehend, dass es abgerundete oder konische bzw. kegelförmige Enden aufweist, die zwischen einem konischen Sitz 38 der Stegleitung 30 und einem inneren konischen Sitz 55 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zusammengedrückt bzw. komprimiert wird. Somit erstreckt sich der Strömungsmitteldurchlass 51 innerhalb des inneren Rohrs 50 zwischen dem ersten Brennstoffauslass 34 der Stegleitung 30 und einem inneren Brennstoffeinlass 57 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12. Das äußere Rohr 40, welches keinen Kontakt mit dem inneren Rohr 50 haben kann, hat einen inneren Durchmesser, der größer ist als ein Außendurchmesser des inneren Rohrs 50, um einen langgestreckten äußeren Durchlass 49 zu definieren, der sich an einem Ende zum zweiten Brennstoffauslass 37 der Stegleitung 30 öffnet, und an seinem anderen Ende zum äußeren Brennstoffeinlass 48 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12. Das äußere Rohr 40 weist ein abgerundetes oder konisches Ende auf, welches in dichtendem Kontakt mit dem äußeren konischen Sitz 46 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 komprimiert bzw. gedrückt wird. Der äußere Brennstoffeinlass 48 öffnet sich zwischen dem Innendurchmesser des Rohrs 40 und der Außenfläche des inneren Rohrs 50. Somit definiert die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 einen äußeren konischen Sitz 46, der konzentrisch einen inneren konischen Sitz 55 umgibt. Zusätzlich weist die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 einen inneren Brennstoffeinlass 57 auf, der von dem inneren konischen Sitz 55 umgeben wird, und einen äußeren Brennstoffeinlass 48, der zwischen dem inneren konischen Sitz 57 und dem äußeren konischen Sitz 46 positioniert ist.
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Das äußere Rohr 40 ist zwischen der Stegleitung 30 und der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zusammengedrückt. Insbesondere weist das äußere Rohr 40 ein abgerundetes oder konisches Ende in dichtendem Kontakt mit dem äußeren konischen Sitz 46 auf, und ein entgegengesetztes Ende, welches in einer Bohrung aufgenommen ist, die von der Stegleitung 30 definiert wird. Ein Ende 41 des äußeren Rohrs 40 ist über einen O-Ring 80 abgedichtet, der in einem Raum 45 zwischen dem äußeren Rohr 40 und der Stegleitung 30 positioniert ist. Der O-Ring 80 wird gegen den Druck von der zweiten Common-Rail 16 durch einen Stützring 86 am Platz gehalten, der durch eine Kappe 87 am Platz gehalten wird, welche auf die Stegleitung 30 geschraubt ist. Das äußere Rohr 40 ist auf den äußeren Sitz 46 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 durch eine Axialkraft zusammengedrückt, welche auf eine Lastschulter bzw. einen Druckabsatz 42 über eine Drucklasteinstellvorrichtung 60 aufgebracht wird, welche eine Kontaktfläche 64 in Kontakt mit dem Druckabsatz 42 aufweist. Die Drucklasteinstellvorrichtung 60 weist ein Außengewinde 65 auf, welches mit einem Satz von inneren Gewindegängen bzw. einem Innengewinde zusammenpasst, welches von einer Basis 121 des Blocks 120 definiert wird, und weist eine Werkzeugeingriffsfläche 62 auf, die in dem hohlen Innenraum 124 des Blocks 120 gelegen ist, um das Einstellen einer Kompressionslast bzw. Druckkraft auf das äußere Rohr 40 zu ermöglichen. Somit wird eine Leckage des zweiten Brennstoffes aus der Common-Rail 16 in die Atmosphäre verhindert, indem eine Druckkraft auf das äußere Rohr 40 mit der Drucklasteinstellvorrichtung 60 über eine vorbestimmte Schwelle eingestellt wird, um eine Abdichtung am äußeren konischen Sitz 46 zu ermöglichen, und durch Abdichtung des anderen Endes mit dem O-Ring 80.
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Das Abdichten an entgegengesetzten Enden des inneren Rohrs 50 wird durch eine getrennte Lasteinstellvorrichtung 66 ermöglicht, welche ein Gewinde 68 aufweist, welches mit einem Innengewinde zusammenpasst, welches von der Basis 121 des Blocks 120 definiert wird. Die Lasteinstellvorrichtung 66 weist eine Werkzeugeingriffsfläche 67 auf, die außerhalb des Blocks 20 gelegen ist, welche eine Bewegung der Drucklasteinstellvorrichtung 66 entlang einer gemeinsamen Mittellinie 54 ermöglicht. Anders gesagt, die Drucklasteinstellvorrichtung 70 drückt entlang der gemeinsamen Mittellinie 54 gegen die Stegleitung 30, um das innere Rohr 50 zwischen dem konischen Sitz 38 der Stegleitung 30 und dem konischen Sitz 55 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zusammenzudrücken. Weil ein Ende 41 des äußeren Rohrs 40 innerhalb der Stegleitung 30 gleiten kann, können die jeweiligen Drucklasten bzw. Druckkräfte auf dem inneren Rohr 50 und dem äußeren Rohr 40 unabhängig eingestellt werden, um besser eine ordnungsgemäße Abdichtung an allen konischen Sitzen 38, 55 und 46 sicherzustellen. Somit wird eine Leckage des ersten Brennstoffes, der von der Common-Rail 14 herkommt, in den zweiten Brennstoff verhindert, indem eine Druckkraft auf das innere Rohr 50 über eine vorbestimmte Schwelle mit der Drucklasteinstellvorrichtung 66 eingestellt wird. Zusätzlich kann eine Leckage des zweiten Brennstoffs aus der Common-Rail 16 in den ersten Brennstoff aus der Common-Rail 14 verhindert werden, indem der Druck in der Common-Rail 14 höher eingestellt wird als der Druck in der Common-Rail 16. Das äußere Rohr 40, das innere Rohr 50, die Drucklasteinstellvorrichtung 60, die Drucklasteinstellvorrichtung 66, der konische Sitz 38, der innere konische Sitz 55 und der äußere konische Sitz 46 haben alle gemeinsam eine Mittellinie 54. Andere Dichtungsstrategien für das innere Rohr 50 und/oder das äußere Rohr 40 abgesehen von der, die mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurde, fallen auch in den in Betracht gezogenen Umfang der vorliegenden Offenbarung. Der innere Brennstoffeinlass 51 ist von den konischen Sitzen 55 und 46 umgeben, jedoch ist der äußere Brennstoffeinlass 48 zwischen den konischen Sitzen 55 und 46.
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Wie gezeigt, kann die Stegleitung 30 zumindest teilweise innerhalb des Blocks 120 positioniert sein, der eine Basis 121 und eine Abdeckung 122 aufweist, die an der Basis 121 durch eine Vielzahl von Befestigungsmitteln 126 angebracht sein kann. Die Basis 121 kann einen Flansch aufweisen, der das Anbringen des Blocks 120 an einem Motorkopf (Gehäuse 6) über Schrauben 128 ermöglicht. Wie in den Figuren gezeigt, können der erste Brennstoffeinlass 33 und der zweite Brennstoffeinlass 36 der Stegleitung 30 außerhalb des Blocks 120 gelegen sein. Eine Scheibe 127 kann vorgesehen sein, um die Distanz zwischen dem konischen Sitz 38 und dem konischen Sitz 57 einzustellen, um geometrische Toleranzen im Brennstoffsystem und bei den Motorkomponenten zu kompensieren. Irgendein zweiter Brennstoff, der über den O-Ring 80 in den hohlen Innenraum 124 des Blocks 120 lecken kann, kann über eine Entlüftungsöffnung 123 in die Atmosphäre entlüftet werden. Somit könnte die Entlüftungsöffnung 123 in einem Fall weggelassen werden, wo der Brennstoff in der Common-Rail 16 bei atmosphärischem Druck nicht gasförmig ist. Außer der Entlüftungsöffnung 123 kann der hohle Innenraum 24 im Wesentlichen über einen O-Ring 81 geschlossen sein, der in Kontakt mit der Stegleitung 30 und dem Block 120 ist und den ersten Brennstoffdurchlass 32 umgibt. Zusätzlich kann ein zweiter O-Ring 82 in Kontakt mit der Stegleitung 30 und dem Block 120 sein, und den zweiten Brennstoffdurchlass 35 umgeben. Somit erstreckt sich die Entlüftungsöffnung 123 zwischen dem hohlen Innenraum 124 und einer Außenfläche 125 des Blocks 120, der zur Atmosphäre hin frei ist.
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Die koaxiale Stegleitungsanordnung 118 kann auch einen Flansch 83, einen Bund 85 und Schrauben 84 aufweisen, um eine abgedichtete Strömungsmittelverbindung zwischen der Stegleitung 30 und der Common-Rail 14 zu ermöglichen. Obwohl die koaxiale Stegleitungsanordnung 118 so veranschaulicht ist, dass sie einen separaten Block 120 und eine Stegleitung 30 aufweist, wird der Fachmann erkennen, dass die Funktionen und Strukturen dieser zwei Komponenten in eine einzige Komponente zusammengefasst werden könnten, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Nun mit Bezug auf die 3–9 weist jede der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 zwei elektronisch gesteuerte Ventile 117, 119 auf, welche als Nadelsteuerventile angesehen werden können, welche einzeln über eine Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 in steuernder Verbindung mit der elektronischen Steuervorrichtung 15 betätigt werden. Insbesondere weist das elektronisch gesteuerte Ventil 117 eine elektrische Betätigungsvorrichtung 43 auf, die betriebsmäßig angeschlossen ist, um das Ventilglied 153 zu steuern, während das Ventil 119 eine elektrische Betätigungsvorrichtung 44 aufweist, die betriebsmäßig angeschlossen ist, um das Ventilglied 154 zu steuern. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Dual-Steuerventile 117 und 119 Drei-Wege-Ventile, welche den Druck in den jeweiligen Nadelsteuerkammern 95, 92 anheben und absenken, indem sie eine Verbindung zum Niederdruckablaufauslass 77 herstellen und trennen. Wie in 1 gezeigt, ist der Ablaufauslass 77 strömungsmittelmäßig mit dem Tank 23 über eine Ablaufrückleitung 24 verbunden. Obwohl dies nicht notwendig ist, kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 genau einen Ablaufauslass 77 aufweisen. Somit wird der Fachmann erkennen, dass alle der Steuerfunktionen für die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 unter Verwendung des flüssigen Brennstoffes als Hydraulikmedium in einer in der Technik wohl bekannten Weise ausgeführt werden. Die 8 und 9 zeigen zwei unterschiedliche Versionen eines unteren Teils der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12. Die 8 zeigt eine Version, bei der die Brennstoffeinspritzvorrichtung einen konzentrischen Gasdüsenauslasssatz 90a und einen Flüssigbrennstoffdüsenauslasssatz 96a hat, während 9 eine Konfiguration zeigt, bei der der Gasdüsenauslasssatz 90b Seite an Seite mit dem Flüssigbrennstoffdüsenauslasssatz 96b angeordnet ist. In dem Ausführungsbeispiel der 9 wird das Nadelventilglied 78b für flüssigen Brennstoff von dem Einspritzvorrichtungskörper 70b geführt, so dass es sich entlang einer Mittellinie 79b bewegt, und das Nadelventilglied 73b für gasförmigen Brennstoff wird im Einspritzvorrichtungskörper 70b geführt, so dass es sich entlang einer Mittellinie 89b bewegt, die parallel zur Mittellinie 79b ist, jedoch von dieser versetzt ist. Im Fall der konzentrischen Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung der 8 werden sowohl das Nadelventilglied 73a für gasförmigen Brennstoff als auch das Nadelventilglied 78a für flüssigen Brennstoff in dem Einspritzvorrichtungskörper 70a geführt, so dass diese sich entlang einer gemeinsamen Mittellinie bewegen. Identische Merkmale bei den zwei unterschiedlichen Brennstoffeinspritzvorrichtungsversionen werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei die Bezugszeichen jedoch ein „a” im Fall der konzentrischen Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtungskonfiguration der 8 aufweisen und eine Bezeichnung „b” im Fall der Version der 9, wo diese Seite an Seite liegen. In beiden Versionen sitzen das jeweilige Nadelventilglied 73 für gasförmigen Brennstoff und das Nadelventilglied 78 für gasförmigen Brennstoff bei einer Nadelventilsitzstelle für gasförmigen Brennstoff und einer Nadelventilsitzstelle für flüssigen Brennstoff auf der gleichen Spitzenkomponente 71 des Einspritzvorrichtungskörpers 70 auf. Die zwei Komponenten 71 definieren auch beide den Düsenauslasssatz 96 für flüssigen Brennstoff und den Düsenauslasssatz 90 für gasförmigen Brennstoff.
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Ungeachtet dessen, welche Version der Brennstoffeinspritzvorrichtung verwendet wird, wird das Nadelventilglied 73 für gasförmigen Brennstoff eine hydraulische Öffnungsfläche 69 aufweisen, die einem Strömungsmitteldruck in dem Düsenvolumen 91 für gasförmigen Brennstoff ausgesetzt ist, und eine hydraulische Verschlussfläche 61, die einem Strömungsmitteldruck in der Nadelsteuerkammer 92 für gasförmigen Brennstoff ausgesetzt ist. Andererseits wird das Nadelventilglied 78 für flüssigen Brennstoff eine hydraulische Öffnungsfläche 59 aufweisen, die dem Strömungsmitteldruck in der Düsenkammer 99 für flüssigen Brennstoff ausgesetzt ist und eine hydraulische Verschlussfläche 58, die dem Strömungsmitteldruck in der Nadelsteuerkammer 95 für flüssigen Brennstoff ausgesetzt ist. Das Nadelventilglied 73 für gasförmigen Brennstoff ist ein Teil eines direkt gesteuerten Nadelventils 53 für gasförmigen Brennstoff, und das Nadelventilglied für flüssigen Brennstoff ist ein Teil eines direkt gesteuerten Nadelventils 52 für flüssigen Brennstoff.
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Wie in 3 gezeigt, kann eine Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 verwendet werden, um unabhängig die zwei Nadelsteuerventile 117 und 119 in unterschiedlichen Konfigurationen zu steuern, um eine Nicht-Einspritzkonfiguration bzw. geschlossene Konfiguration, eine Brennstoffeinspritzkonfiguration für flüssigen Brennstoff oder für Dieselbrennstoff, eine Brennstoffeinspritzkonfiguration für gasförmigen Brennstoff und auch eine kombinierte Einspritzkonfiguration vorzusehen. Der Dual-Elektromagnet 100 ist in seiner Nicht-Einspritzkonfiguration gezeigt, wobei ein erster Anker 101 in einer nicht erregten Position ist, wobei ein zweiter Anker 103 in einer nicht erregten Position ist und wobei ein Hebel 140 in einer ersten Winkelorientierung ist, die in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel horizontal ist (siehe 6). Der erste Anker 101 ist an einem Führungsteil 106 angebracht, welches selbst an einem Druckelement 110 angebracht ist, welches wiederum das Steuerventilglied 154 berührt. Das Druckelement 110 ist in Kontakt mit dem Ventilglied 154, jedoch nicht an diesem angebracht, so dass die beiden sich über ihren Weg hinweg tatsächlich trennen können, um Stoßvorgänge und unnötige Brennstoffeinspritzungen zu verhindern. Der Anker 101, das Führungsteil 107 und das Druckelement 110 sind in Kontakt mit dem Steuerventilglied 154 durch eine relativ schwache Überschussfeder 109 vorgespannt. Eine stärkere Vorspannfeder 114 spannt das Steuerventilglied 154 in Kontakt mit dem konischen Sitz 156, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Ventilkammer 161 und dem Niederdruckdurchlass 76 zu schließen, welcher mit einem Ablaufauslass 77 in Verbindung steht. Wenn somit die erste elektrische Betätigungsvorrichtung 44 entregt bzw. ausgeschaltet wird, ist das Druckelement 110 in Kontakt mit dem Ventilglied 154, welches selbst in Kontakt, ist, um den konischen Sitz 156 zu schließen, der in einer Stapelkomponente 158 des Einspritzvorrichtungskörpers 70 ausgeformt ist. Wie am Besten in den 4 und 5 gezeigt, ist die Nadelsteuerkammer 92 immer strömungsmittelmäßig mit dem Düsenversorgungsdurchlass 98 für flüssigen Brennstoff über eine Z-Zumessöffnung 175 verbunden. Wenn das Steuerventilglied 154 in seiner oberen Position in Kontakt mit dem konischen Sitz 156 ist, ist die Nadelsteuerkammer 92 auch strömungsmittelmäßig mit dem Düsenversorgungsdurchlass 98 für flüssigen Brennstoff über einen Druckverbindungsdurchlass 177 verbunden, und zwar durch die Ventilkammer 161 und eine A-Zumessöffnung 173. Der Druckverbindungsdurchlass 177 weist eine F-Zumessöffnung 171 bzw. F-Drossel auf, welche sich an einem Ende durch den flachen Ventilsitz 161 öffnet, und ist an dem entgegengesetzten Ende strömungsmittelmäßig mit dem Düsenversorgungsdurchlass 98 für flüssigen Brennstoff verbunden. Somit sind die F-Zumessöffnung 171 und die A-Zumessöffnung 173 strömungsmittelmäßig in Reihe zwischen der Düsenkammer 98 für flüssigen Brennstoff und der Nadelsteuerkammer 92 angeordnet. Diese Strömungsmittelverbindung wird blockiert, wenn die erste elektrische Betätigungsvorrichtung 44 erregt wird, um den Anker 101 von einer anfänglichen Luftspaltposition zu einer letztendlichen Luftspaltposition zu bewegen, um das Ventilglied 154 mit dem Druckelement 110 außer Kontakt mit dem konischen Ventilsitz 156 in einen Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 161 zu drücken, um die F-Zumessöffnung 171 zu schließen. Wenn dies auftritt, wird die Nadelsteuerkammer 92 strömungsmittelmäßig mit dem Niederdruckablaufdurchlass 76 über die A-Zumessöffnung 173, die Ventilkammer 161 und über den konischen Ventilsitz 156 verbunden, der als ein Teil des Ablaufdurchlasses 76 angesehen werden kann.
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Das Steuerventilglied 154 ist somit eingeschlossen, so dass es sich zwischen dem konischen Ventilsitz 156 und dem flachen Ventilsitz 161 bewegt, und zwar entsprechend einer Ventillaufdistanz, die gleich der Ankerlaufdistanz ist, und zwar von der anfänglichen Luftspaltposition zur letztendlichen Luftspaltposition. Wenn die erste elektrische Betätigungsvorrichtung 44 entregt bzw. ausgeschaltet ist, drückt die vergleichsweise stärkere Feder 114 das Steuerventilglied 154 weg vom flachen Ventilsitz 151 in einen Kontakt mit dem konischen Sitz 156. Wenn das Steuerventilglied 154 den konischen Sitz 156 berührt, können das Druckelement 110, das Führungsteil 107 und der Anker 101 weiter über die anfängliche Luftspaltposition hinaus zu einer Überschussposition weiter laufen, während die Überschussfeder 109 weiter zusammengedrückt wird. Wenn dies auftritt, kann das Druckelement sich tatsächlich außer Kontakt von dem Steuerventilglied 154 bewegen. Dieser Vorgang verhindert ein Springen bzw. eine stoßartige Bewegung des Steuerventilgliedes 154 weg von seinem konischen Sitz 156, um sekundäre Brennstoffeinspritzungen zu verhindern. Wenn das Steuerventilglied 154 sich von dem flachen Ventilsitz 151 weg bewegt, wird der Druck in der Nadelsteuerkammer 92 schnell ansteigen, und eine erneute Füllung der Kammer mit flüssigem Brennstoff wird durch die zwei Strömungsmittelverbindungen zu dem Düsenversorgungsdurchlass 98 für flüssigen Brennstoff über die Z-Zumessöffnung 176 und parallel über die F-Zumessöffnung 171 und die A-Zumessöffnung 173 beschleunigt. Obwohl dies nicht notwendig ist, kann die F-Zumessöffnung kleiner sein als die Z-Zumessöffnung, welche kleiner sein kann als die A-Zumessöffnung. In allen Fällen sind die F-, A- und Z-Zumessöffnungen alle von gleicher Größenordnung, was bedeutet, dass keine bezüglich des Strömungsquerschnittes mehr als 10-mal größer ist als irgendeine der anderen Zumessöffnungen. Die Nadelsteuerkammer 92 ist mit dem direkt gesteuerten Nadelventil 53 für gasförmigen Brennstoff assoziiert, welches eine hydraulische Verschlussfläche 61 aufweist, die dem Strömungsmitteldruck darin ausgesetzt ist.
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Das zweite Nadelsteuerventil 117 weist Leitungen auf, die identisch mit jenen des Nadelsteuerventils 119 sein können, es wird jedoch durch eine zweite elektrische Betätigungsvorrichtung 43 gesteuert, die mit der Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 assoziiert ist. Anstelle einer koaxialen Betätigungsanordnung, wie bezüglich des Steuerventils 119 besprochen, wird das Nadelsteuerventil 117 jedoch betriebsmäßig mit der elektrischen Betätigungsvorrichtung 43 über eine Verbindung gekoppelt, welche einen Hebel 140 aufweist. Das elektronisch gesteuerte Nadelsteuerventil 117 weist einen Anker 103 auf, der angebracht ist, um sich mit einem Führungsteil 106 zu bewegen, welches mit einem Druckelement 112 durch den Hebel 140 verbunden ist, der um einen Schwenkstift 141 schwenkt. Eine relativ schwache Überschussfeder 111 spannt das Führungsteil 106 und das Druckelement 112 in Kontakt mit dem Steuerventilglied 153 vor. Eine vergleichsweise stärkere Feder 113 spannt das Steuerventilglied 153 in Kontakt mit dem konischen Sitz 155 vor. Wenn somit die Elektromagnetspule 104 entregt bzw. ausgeschaltet wird, wird der Anker 103 bei einer anfänglichen Luftspaltposition zur Ruhe kommen, und das Druckelement 112 wird in Kontakt mit dem Steuerventilglied 153 sein. In dieser Nicht-Einspritzkonfiguration ist die Nadelsteuerkammer 95 strömungsmittelmäßig mit dem Düsenversorgungsdurchlass 98 für flüssigen Brennstoff über eine Z-Zumessöffnung 174 und parallel über ein F-Zumessöffnung 170 und eine A-Zumessöffnung 172 verbunden. Der Druckdurchlass 176 steht an einem Ende mit dem Düsenversorgungsdurchlass 98 für flüssigen Brennstoff in Verbindung und weist an seinem gegenüberliegenden Ende die F-Zumessöffnung 170 auf, welche sich durch einen flachen Ventilsitz 150 öffnet. Wie das Steuerventilglied 154 ist das Steuerventilglied 153 eingeschlossen, so dass es sich zwischen dem flachen Ventilsitz 150 und dem konischen Sitz 155 bewegt. Wenn die Spule 104 erregt wird, wird sich der Anker 103 von seiner anfänglichen Luftspaltposition zu seiner letztendlichen Luftspaltposition bewegen. Wenn dies auftritt, wirkt das Führungsteil 106 auf einer Seite des Hebels 140, was bewirkt, dass dieser von einer anfänglichen Winkelorientierung zu einer zweiten Winkelorientierung um den Schwenkpunkt 141 schwenkt, um das Druckelement 112 nach unten zu bewegen, um das Ventilglied 153 außer Kontakt mit dem konischen Sitz 155 in einem Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 150 zu bewegen, um die F-Zumessöffnung 170 zu schließen. Wenn dies auftritt, wird die Nadelsteuerkammer 95 strömungsmittelmäßig mit dem Niederdruckablaufdurchlass 76 über die A-Zumessöffnung 172, die Ventilkammer 160 und über den konischen Ventilsitz 155 verbunden, welcher als ein Teil des Niederdruckablaufdurchlasses 76 angesehen werden kann. Die Nadelsteuerkammer 95 ist mit dem direkt gesteuerten Nadelventil 52 für flüssigen Brennstoff assoziiert, welches eine hydraulische Verschlussfläche 58 aufweist, die dem Strömungsmitteldruck darin ausgesetzt ist.
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Obwohl dies nicht notwendig ist, können die flachen Sitze 150 und 151 genauso wie alle Zumessöffnungen, d. h. F-, A- und Z-Zumessöffnungen 170–175, Teile einer einzelnen Stapelkomponente 157 sein, welche ein Teil des Einspritzvorrichtungskörpers 70 ist. Die konischen Sitze 155 und 156 können durch eine zweite Stapelkomponente 158 des Einspritzvorrichtungskörpers 70 definiert werden. Es sei bemerkt, dass die Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 einen gemeinsamen Stator 105 verwendet, an dem beide Elektromagnetspulen 102 und 104 montiert sind. Somit wird der magnetische Fluss, der notwendig ist, um den Anker 101 oder den Anker 103 oder beide zu bewegen, von dem gemeinsamen Stator 105 geführt.
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Wie am Besten in den 6 und 7 gezeigt, kann der Hebel 140 so geformt sein, dass er einen Kontakt mit dem Führungsteil 106 und dem Druckelement 112 entlang einer Linie herstellt, um eine Ungewissheit bezüglich der Hebelarmlängen auf irgendeiner Seite des Schwenkstiftes 141 zu verringern. Ein Wandern des Hebels 140 entlang des Schwenkstiftes 141 kann verhindert werden, indem eine Nut 144 auf der Unterseite des Schwenkstiftes 141 vorgesehen wird, welche eine Oberkante des Hebels 141 aufnimmt, wie am Besten in 7 gezeigt. Genauso kann die Oberseite des Hebels 140 eine Einkerbung aufweisen, in der der Schwenkstift 141 ruht, um das Wandern des Hebels 140 entlang einer Linie senkrecht zum Schwenkstift 141 zu verhindern. Eine Einstellschraube 146 kann für die anfängliche Positionierung des Hebels 140 in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 verwendet werden. Die Einstellschraube 146 kann auch das Ausweichen des Hebels 140 während der Herstellung und der Handhabung verhindern. Wenn alles ordnungsgemäß eingebaut ist, kann es schließlich eine geringfügige Trenndistanz bzw. einen Abstand zwischen dem Hebel 140 und der Einstellschraube 146 geben, um eine Wechselwirkung zwischen den beiden während des normalen Betriebs der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zu vermeiden. Obwohl die Verbindung, die von dem Hebel 140 zwischen dem Steuerventilglied 153 und dem Anker 103 vorgesehen wird, eine geometrische Toleranz vergrößern kann, sollte die Ankerlaufdistanz des Ankers 103 von der anfänglichen Luftspaltposition zur letztendlichen Luftspaltposition gleich der Laufdistanz des Steuerventilgliedes 153 aus einem Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 150 in einen Kontakt mit dem konischen Ventilsitz 155 sein.
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Wenn die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 in einer Nicht-Einspritzkonfiguration ist, sind beide Elektromagnetspulen 102 und 104 entregt bzw. ausgeschaltet, die Anker 101 und 103 sind in ihren anfänglichen Luftspaltpositionen, und die Druckelemente 110 und 112 sind in Kontakt mit den jeweiligen Ventilgliedern 154 und 153. Zusätzlich ist der Druck in den Nadelsteuerkammern 92 und 95 hoch und ist ungefähr gleich dem in der Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff, und zwar aufgrund der uneingeschränkten Strömungsmittelverbindung damit. Die Steuerventilglieder 154 und 153 sind beide in ihrer oberen Position in Kontakt mit jeweiligen konischen Sitzen 156 und 155, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen den Steuerkammern 92 bzw. 95 bezüglich des Ablaufauslasses 77 zu schließen. In einer Nicht-Einspritzkonfiguration sind auch die Nadelsteuerkammern 92 und 95 strömungsmittelmäßig mit der Düsenkammer 99 für flüssigen Brennstoff durch jeweilige F-Zumessöffnungen 171, 170, jeweilige A-Zumessöffnungen 173, 172 und jeweilige Z-Zumessöffnungen 175, 174 verbunden.
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In einer Einspritzkonfiguration für gasförmigen Brennstoff ist die Spule 102 erregt, der Anker 101 hat sich von seiner anfänglichen Luftspaltposition zu seiner letztendlichen Luftspaltposition bewegt, was bewirkt, dass das Steuerventilglied 154 sich aus einem Kontakt mit dem konischen Sitz 156 in einen Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 151 bewegt, um die F-Zumessöffnung 171 zu schließen. Während einer Einspritzkonfiguration für flüssigen Brennstoff ist genauso die Spule 104 erregt, was bewirkt, dass der Anker 103 sich von seiner anfänglichen Luftspaltposition zu seiner letztendlichen Luftspaltposition bewegt, um den Hebel 140 von der ersten Winkelorientierung zu einer zweiten Winkelorientierung zu drehen, was das Druckelement 112 nach unten bewegt, um das Steuerventilglied 153 außer Kontakt mit dem konischen Sitz 155 nach unten in Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 150 zu drücken, um die F-Zumessöffnung 170 zu schließen. In einer kombinierten Einspritzkonfiguration sind beide Spulen 102 und 104 erregt, und die assoziierten Anker und ihre Komponenten bewegen sich, wie oben beschrieben. Der Hebel 140 wird in einer Winkelorientierung sein, wenn die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 entweder in einer Einspritzkonfiguration für gasförmigen Brennstoff oder in einer Nicht-Einspritzkonfiguration ist, und er wird in einer anderen Winkelorientierung sein, wenn die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 entweder in einer Einspritzkonfiguration für flüssigen Brennstoff oder in einer kombinierten Einspritzkonfiguration ist.
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In beiden Versionen der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 der 8 und 9 ist ein Nadelventilglied 73 für gasförmigen Brennstoff vollständig innerhalb des Brennstoffeinspritzvorrichtungskörpers 70 positioniert, wobei eine Führungsfläche 75 sich in einer Führungskomponente 72 des Einspritzvorrichtungskörpers 70 zwischen der ersten Drucksteuerkammer 92 und der Düsenkammer 91 für gasförmigen Brennstoff erstreckt. Die Düsenkammer 91 für gasförmigen Brennstoff ist immer strömungsmittelmäßig mit der Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff verbunden, und sie ist daher auf dem gleichen Druck wie die Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff. Ein Führungssegment 74 des Nadelventilgliedes 73 für gasförmigen Brennstoff und die Führungskomponente 72 definieren einen Teil eines ringförmigen Volumens 191, welches immer strömungsmittelmäßig mit der Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff über einen Dichtungsdurchlass 190 verbunden ist, der strömungsmittelmäßig mit dem Düsenversorgungsdurchlass 98 für flüssigen Brennstoff verbunden ist, der auch immer strömungsmittelmäßig mit der Düsenkammer 99 für flüssigen Brennstoff verbunden ist. Diese Struktur kann dabei helfen, die Schmierfähigkeit bzw. Schmierung im Führungsspalt 193 aufrechtzuerhalten. Zusammen können das ringförmige Volumen 101 und der Dichtungsdurchlass 190 als hydraulisch verriegelnde Dichtung 93 angesehen werden, welche das Wandern bzw. eine Leckage von gasförmigem Brennstoff aus der Düsenkammer 91 für gasförmigen Brennstoff entlang des Führungsspiels bzw. Führungsspaltes 193 in den flüssigen Brennstoff verhindert, der in der Drucksteuerkammer 92 ist. Weil der Druck des flüssigen Brennstoffes im Allgemeinen höher ist als der des gasförmigen Brennstoffes, könnte man eine gewisse Leckage von flüssigem Brennstoff aus der hydraulisch verriegelten Dichtung in die Gasdüsenkammer 91 während des normalen Betriebs mit Dual-Brennstoff erwarten. Bei jedem Einspritzereignis für gasförmigen Brennstoff wird die geringfügige Menge an flüssigem Brennstoff, die in die Gasdüsenkammer 91 geleckt ist, in den Zylinder eingespritzt werden und wieder während normaler Betriebsbedingungen schnell verbrannt werden. Die Menge des flüssigen Brennstoffes, die in den Brennraum aufgrund einer Leckage aus der hydraulisch verriegelten Dichtung 93 eintritt, kann so gering sein, dass sie nicht wesentlich zur Wärmefreigabe bzw. Hitzeerzeugung der gesamten kombinierten Brennstoffladung aus gasförmigem und flüssigem Brennstoff beiträgt. Jedoch würde ein Dual-Brennstoffversorgungsstrategie, welche den Wärmefreigabe- bzw. Wärmeabgabebeitrag dieser kleinen Menge an flüssigem Brennstoff berücksichtigt, ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Ein Rückschlagventil 200 ist innerhalb des Dichtungsdurchlasses 190 positioniert und ist ansprechend auf eine Druckdifferenz zwischen dem flüssigen Brennstoff und dem gasförmigen Brennstoff innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zu einer geschlossenen Position bewegbar. Die detaillierte Struktur von einer beispielhaften Ausführung eines Rückschlagventils 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist vergrößert in den 10 und 11 gezeigt. Das Rückschlagventil 200 weist ein Rückschlagventilglied 201 auf, welches normalerweise durch eine Vorspannfeder 208 zu einer offenen Position hin vorgespannt ist, wie gezeigt. Das Rückschlagventilglied 201 kann Führungsflächen 204 aufweisen, die eine Führungswechselwirkung mit der Bohrungswand 205 des Einspritzvorrichtungskörpers 70 haben, so dass das Rückschlagventilglied 201 sich entlang einer Linie bewegt, wenn es sich von seiner offenen Position, wie gezeigt, nach unten zu seiner geschlossenen Position bewegt, wie mit gestrichelten Linien gezeigt. Wenn es in der unteren geschlossenen Position ist, kommt das Rückschlagventilglied 201 in Kontakt mit einem flachen Ventilsitz 202, um den Dichtungsdurchlass 190 zu schließen. Die Bewegung und die Positionierung des Rückschlagventilgliedes 201 wird durch eine Hydraulikkraft von einem stromabwärts liegenden Segment des Dichtungsdurchlasses 190 beeinflusst, welche auf die Hydraulikfläche 207 wirkt, und zwar kombiniert mit der Vorspannung der Vorspannfeder 208 gegen eine Hydraulikkraft, die von einem stromaufwärts liegenden Segment des Dichtungsdurchlasses 190 auf die Hydraulikfläche 206 wirkt. Das Rückschlagventilglied definiert ein Segment 203 des Dichtungsdurchlasses 190. Die Hydraulikflächen 206 und 207 können zusammen mit der Stärke der Vorspannfeder 208 so bemessen sein, dass das Rückschlagventil 200 in seiner offenen Position, wie gezeigt, während des normalen Dual-Brennstoffversorgungsbetriebs bleibt, wenn der Druck des flüssigen Brennstoffes größer ist als der Druck des gasförmigen Brennstoffes, jedoch in der gleichen Größenordnung. Wenn andererseits der Druck des gasförmigen Brennstoffs abfällt, möglicherweise auf atmosphärischen Druck, wenn die Versorgung bzw. der Tank für gasförmigen Brennstoff leer ist, kann der Druck des flüssigen Brennstoffes um eine oder mehrere Größenordnungen größer sein als der restliche Druck des gasförmigen Brennstoffes in der Düsenkammer 91 für gasförmigen Brennstoff. Diese große Druckdifferenz sollte die Feder 208 überwinden, um zu bewirken, dass das Rückschlagventil 200 sich zu einer geschlossenen Position bewegt, wo das Rückschlagventilglied 201 in Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 202 ist. Wenn es ordnungsgemäß funktioniert, kann das Rückschlagventil 200 wesentlich eine Leckage von flüssigem Brennstoff in die Düsenkammer 91 für gasförmigen Brennstoff verringern oder sogar eliminieren, wenn der Druck des gasförmigen Brennstoffs gering ist und das Brennstoffsystem 10 in einem Einzel-Brennstoffversorgungsmodus arbeitet, in dem es nur Dieselbrennstoff verwendet, um den Motor 5 anzutreiben. Ein solcher Betriebsmodus wird manchmal als Notlaufbetriebszustand bezeichnet. Der Fachmann wird erkennen, dass das Rückschlagventil 200 eine große Vielzahl von strukturellen Formen annehmen könnte, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Im Fall des Ausführungsbeispiels der 8 sind die hydraulisch verriegelte Dichtung 93, das Rückschlagventil 200 und die jeweiligen Führungssegmente von sowohl dem Nadelventilglied 73 für gasförmigen Brennstoff als auch dem Nadelventilglied 78 für flüssigen Brennstoff in einer Führungskomponente 72 des Einspritzvorrichtungskörpers 70 angeordnet.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das Dual-Brennstoff-Common-Rail-System 10 der vorliegenden Offenbarung findet allgemeine Anwendung bei jeglichem Motor, der zwei Brennstoffe in dem Brennraum eines assoziierten Motors verwendet. Diese zwei Brennstoffe können der gleiche Brennstoff mit zwei unterschiedlichen Drücken sein oder können, wie in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel, unterschiedliche Brennstoffe sein. Die vorliegende Offenbarung findet spezielle Anwendung bei Motoren für gasförmigen Brennstoff, welche eine vergleichsweise große Ladung von Erdgas verwenden, welche über eine Verdichtungszündung einer kleinen Ladung von destilliertem Dieselbrennstoff gezündet wird, welcher aus einer Common-Rail 14 herkommt. Die koaxiale Stegleitungsanordnung 118 der vorliegenden Offenbarung kann eine Bewegung von beiden Brennstoffen zu einer Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 ermöglichen, welche im Kopf 6 eines Motors 5 über eine einzige Bohrung durch den Motorkopf montiert ist, die mit jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 des Motors 5 assoziiert ist. Diese Strategie spart wertvollen Raum in und um den Motor ein und verhindert möglicherweise eine Verbindung mit einem Brennstoffleckpfad zum Kurbelgehäuse. Das F-, A-, Z-Drei-Wege-Steuerventil der vorliegenden Offenbarung findet mögliche Anwendung bei jeglicher Brennstoffeinspritzvorrichtung, egal ob dies eine Einzel-Brennstoffeinspritzvorrichtung oder eine Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung ist, wie gezeigt.
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Durch Verwendung eines Blocks 120, der an die Außenfläche des Motorkopfes geschraubt ist, können separate Lasteinstellvorrichtungen 60 und 66 verwendet werden, um unabhängig das innere Rohr 50 und das äußere Rohr 40 auf die konischen Sitze 57 bzw. 46 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zu drücken, um eine Brennstoffleckage zwischen den Brennstoffen zu verhindern und um eine Brennstoffleckage in die Atmosphäre aus der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 hinaus zu verhindern, während trotzdem geringfügige Abmessungsunterschiede berücksichtigt werden, die mit jeder Strömungsmittelverbindung einer Brennstoffeinspritzvorrichtung assoziiert sind.
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Im Betrieb bewegt sich der erste Brennstoff (destillierter Dieselbrennstoff) mit einem ersten Druck von der ersten Common-Rail 14 durch den ersten Brennstoffdurchlass 32, durch das innere Rohr 50 und in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12. Der zweite Brennstoff (Erdgas) mit einem zweiten Druck wird von der zweiten Common-Rail 16 durch den zweiten Brennstoffdurchlass 35 durch den äußeren Durchlass 49 zwischen dem äußeren Rohr 40 und dem inneren Rohr 50 und in die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 bewegt. Eine Leckage des zweiten Brennstoffes zum ersten Brennstoff kann verhindert werden, indem der Druck in der Common-Rail 14 auf einen mittelhohen Druck eingestellt wird (möglicherweise ungefähr 40 MPa), der höher ist als der Druck in der Common-Rail 16 auf mittelniedrigem Druck (möglicherweise ungefähr 35 MPa). Das Verhindern einer Leckage von flüssigem Brennstoff in den gasförmigen Brennstoff weist auf, eine Kompressionslast bzw. Druckkraft auf das innere Rohr 50 über eine erste vorbestimmte Schwelle mit der Drucklasteinstellvorrichtung 66 einzustellen, um geeignete Dichtungskräfte an beiden Enden des Rohrs 50 zu erzeugen. Eine Leckage des zweiten Brennstoffes in die Atmosphäre kann verhindert werden, indem eine Kompressionslast bzw. Druckkraft auf das äußere Rohr 40 über eine zweite vorbestimmte Schwelle mit der zweiten Lasteinstellvorrichtung 60 eingestellt wird, um eine Abdichtung zwischen dem äußeren Rohr 40 und der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 zu erzeugen. Eine Leckage von gasförmigem Brennstoff in die Atmosphäre wird verhindert, indem zumindest ein O-Ring in Kontakt mit dem äußeren Rohr 40 vorgesehen wird, wie beispielsweise der O-Ring 80. Trotzdem wird der Fachmann erkennen, dass andere konzentrische Rohrversorgungsanordnungen verwendet werden könnten, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel können jedoch die Leckage und Variationen der geometrischen Toleranzen bei den verschiedenen Komponenten des Motors 5 und des Brennstoffsystems 10 durch Verwendung der ersten und zweiten Drucklasteinstellvorrichtungen 60 und 66 ausgeglichen werden, um jeweils die Druckkräfte in dem äußeren Rohr 40 und dem inneren Rohr 50 individuell einzustellen.
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Ein Einspritzereignis für gasförmigen oder flüssigen Brennstoff wird initialisiert durch Schalten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 von einer Nicht-Einspritzkonfiguration bzw. geschlossenen Konfiguration zu einer Einspritzkonfiguration für gasförmigen Brennstoff oder zu einer Einspritzkonfiguration für flüssigen Brennstoff. Ein solches Einspritzereignis wird beendet durch Schalten der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 von einer Einspritzkonfiguration für gasförmigen oder flüssigen Brennstoff zurück auf die Nicht-Einspritzkonfiguration. Weil die Leitungen und Komponenten für entweder ein Einspritzereignis für gasförmigen Brennstoff oder ein Einspritzereignis für flüssigen Brennstoff ähnlich sind, außer bezüglich des Hebels 140, werden der Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtung zum Ausführen eines Einspritzereignisses für entweder gasförmigen Brennstoff oder flüssigen Brennstoff zu Zwecken der Abkürzung kombiniert. Die Initialisierung eines Brennstoffeinspritzereignisses weist auf, den Druck in einer Nadelsteuerkammer 92, 95 zu verringern, indem das Steuerventilglied 154, 155 außer Kontakt mit dem konischen Sitz 156, 155 bewegt wird, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Düsenkammer 99 für flüssigen Brennstoff und dem Ablaufauslass 77 über die Z-Zumessöffnung 175, 174, die Nadelsteuerkammer 92, 95 und die A-Zumessöffnung 173 zu öffnen. Das Steuerventilglied 154, 153 wird zu einem Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 151, 150 bewegt, um eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Düsenkammer 99 für flüssigen Brennstoff und der Nadelsteuerkammer 92, 95 über die F-Zumessöffnung 171, 170 zu schließen. Im Fall eines Einspritzereignisses für flüssigen Brennstoff wird dieser Vorgang durch Drehen des Hebels 140 von einer ersten Winkelorientierung zu einer zweiten Winkelorientierung begleitet. Der Schritt des Beendens eines Einspritzereignisses weist auf, einen Druck in der relevanten Nadelsteuerkammer 92, 95 zu vergrößern, indem das Steuerventilglied 154, 155 außer Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 151, 150 in einen Kontakt mit dem konischen Sitz 156, 155 bewegt wird, um strömungsmittelmäßig die Nadelsteuerkammer 92, 95 mit der Düsenkammer 99 für flüssigen Brennstoff über die Z-Zumessöffnung 175, 174 und parallel über die F-Zumessöffnung 171, 170 zu verbinden. Im Fall eines Einspritzereignisses für flüssigen Brennstoff werden diese Vorgänge begleitet durch Drehen des Hebels von der zweiten Winkelorientierung zurück auf die erste Winkelorientierung.
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Während eines kombinierten Einspritzereignisses werden beide Steuerventilglieder 154 und 153 sich so bewegen, wie oben beschrieben. Der Fachmann wird erkennen, dass die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 arbeiten könnte, indem zuerst ein Einspritzereignis für gasförmigen Brennstoff initialisiert wird, welches dann etwas später zu einem kombinierten Brennstoffeinspritzereignis wird. Eine kurze Zeit später könnte das kombinierte Brennstoffeinspritzereignis wieder ein Einspritzereignis für gasförmigen Brennstoff werden, indem das Einspritzereignis für flüssigen Brennstoff beendet wird. Wiederum einige Zeit später könnte das Einspritzereignis für gasförmigen Brennstoff beendet werden. Beispielsweise könnte die Einspritzung von gasförmigem Brennstoff zu einem gewissen Zeitpunkt wesentlich vor dem oberen Totpunkt beginnen und über eine wesentlichere Periode nach dem oberen Totpunkt während dem Expansionshub andauern. Jedoch kann das Einspritzereignis für flüssigen Brennstoff vergleichsweise kurz sein und auf oder um den oberen Totpunkt auftreten, um eine Verbrennung der größeren Ladung von gasförmigem Brennstoff auf Grund einer Verdichtungszündung der flüssigen Brennstoffladung zu initialisieren.
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Jedes der elektronisch gesteuerten Ventile 117 und 119 weist Überlauf- bzw. Überschussmerkmale auf, welche dabei helfen, das Springen eines Ventils zu verhindern, um die Wahrscheinlichkeit von unerwünschten sekundären Einspritzungen zu verringern und um schnelle Beruhigung der Brennstoffeinspritzvorrichtungskomponenten zu begünstigen, um die Ruhezeiten in dem Fall zu verkürzen, dass eng gekoppelte Einspritzungen erwünscht sind. Wenn somit ein Einspritzereignis beendet wird, wird die jeweilige Spule 102 oder 104 entregt bzw. ausgeschaltet. Wenn dies auftritt, drückt die jeweilige Vorspannfeder 114 oder 113 das Ventilglied 154, 153 nach oben zusammen mit den jeweiligen Verbindungen gegen die Wirkung der jeweiligen Überschussfedern 111 und 109. Somit bewegt sich der Anker 101, 103 von einer letztendlichen Luftspaltposition zu einer anfänglichen Luftspaltposition. Wenn der Anker seine anfängliche Luftspaltposition erreicht, wird das Steuerventil 154, 153 abrupt stoppen, indem es in Kontakt mit dem konischen Sitz 156, 155 kommt. Jedoch werden das Druckelement 110, 112 und das assoziierte Führungsteil 107, 106 sich weiter mit dem Anker 101, 103 über die anfängliche Luftspaltposition hinaus zu einer Überschussposition bewegen, während das jeweilige Druckelement 110, 112 sich gleichzeitig außer Kontakt mit dem Steuerventilglied 154, 153 bewegt. Diese Überschussbewegung wird schließlich durch die jeweilige Überschussfeder 109, 111 angehalten, die dann den Anker 101, 103 zurück in die anfängliche Luftspaltposition drückt, wo das jeweilige Druckelement 110, 112 wieder einen Kontakt mit dem Ventilglied 154, 153 herstellt, jedoch ohne ausreichende Stoßenergie, um das Ventilglied 154, 153 weg von seinem konischen Sitz 156, 155 zu drücken, um ein unerwünschtes sekundäres Einspritzereignis zu bewirken.
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Die Steuerventilstruktur der vorliegenden Offenbarung bietet verschiedene kleine, jedoch wichtige Vorteile gegenüber früheren Strukturen. Zuerst tritt durch die Verwendung eines konischen Sitzes zum Trennen des Ablaufauslasses 77 von den jeweiligen Nadelsteuerkammern 95, 92 nahezu keine Leckage von Brennstoff während der Hauptzeit der Brennstoffeinspritzvorrichtung im Motorzyklus auf, wenn keine Einspritzungen auftreten. Dies steht im Gegensatz zu einem Steuerventil, welches einen flachen Sitz verwendet, wo eine gewisse Leckage zwischen den Einspritzereignissen nahezu unvermeidlich ist. Durch Vorsehen einer F-Zumessöffnung und durch Hinzufügen einer Drei-Wege-Funktion für das Steuerventil 117, 119, so dass die F-Zumessöffnung während eines Einspritzereignisses geschlossen wird, wird die Rate, mit der ein Druck sich innerhalb der jeweiligen Nadelsteuerkammern 95 und 92 aufbauen kann, und das erneute Füllen für ein darauf folgendes Einspritzereignis im Vergleich zu einer Brennstoffeinspritzvorrichtung ohne F-Zumessöffnung beschleunigt. Dadurch, dass sich die F-Zumessöffnung durch einen flachen Ventilsitz öffnet, wird die Notwendigkeit, die Mitte des konischen Sitzes 156, 155 mit der Mitte des flachen Sitzes 151, 150 auszurichten, verringert bzw. vermieden, da der flache Sitz sehr tolerant gegenüber Fehlausrichtungen ist. Indem man gestattet, dass die elektrische Betätigungsvorrichtung von dem Steuerventil am Ende eines Einspritzereignisses während der Entregung bzw. während des Abschaltens entkoppelt wird, können die geometrischen Toleranzen bei der Konstruktion der Brennstoffeinspritzvorrichtung etwas gelockert werden, während auch unerwünschte sekundäre Einspritzereignisse auf Grund des Zurückspringens eines Ventils verhindert werden.
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Das Brennstoffsystem 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung weist auch mehrere kleine Funktionen auf, welche Vorteile gegenüber bekannten Dual-Brennstoffsystemen bieten. Unter diesen sind unabhängige Einspritzsteuerung über getrennte Ventile und getrennte elektrische Betätigungsvorrichtungen für das Gassystem und das Flüssigkeitssystem. Somit kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 so gesteuert werden, dass sie nur gasförmigen Brennstoff, nur flüssigen Brennstoff, sowohl gasförmigen als auch flüssigen Brennstoff gleichzeitig und natürlich garkeinen Brennstoff einspritzt, so dass sie einen Nicht-Einspritzmodus hat, wo keine Einspritzung auftritt. Zusätzlich spart die Dual-Elektromagnetbetätigungsvorrichtung 100 Raum, ohne die Leistungsfähigkeit zu opfern. Obwohl die Wanderung von gasförmigem Brennstoff in den flüssigen Brennstoff im Allgemeinen dadurch verhindert wird, dass die Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff auf einem höheren Druck gehalten wird als die Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff, helfen andere kleine, jedoch wichtige Merkmale dabei, eine solche Leckage zu verhindern. Probleme mit einer Querleckage werden auch verhindert, indem die Versorgung für flüssigen Brennstoff in dem inneren Rohr 50 angeordnet wird, und indem die Versorgung für gasförmigen Brennstoff für die Einspritzvorrichtungen 12 in dem äußeren Durchlass 49 zwischen dem inneren Rohr 50 und dem äußeren Rohr 40 angeordnet wird. Durch Anordnen dieser Durchlasswege in konzentrischer Weise kann jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 mit beiden Brennstoffen über einen Durchlassweg durch das Motorgehäuse 6 (Kopf) beliefert werden, anstatt über zwei Durchlasswege. Die Schmierung der sich bewegenden Komponenten innerhalb der Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 kann beibehalten werden, indem diese dem flüssigen Dieselbrennstoff ausgesetzt werden. Beispielsweise wird das Führungsspiel bzw. der Führungsspalt 193, der mit dem Nadelventilglied 73 für gasförmigen Brennstoff assoziiert ist, in Kontakt mit flüssigem Dieselbrennstoff gehalten, um die Schmierung beizubehalten, auch wenn ein Ende des Nadelventilgliedes 73 für gasförmigen Brennstoff immer dem gasförmigen Brennstoff in der Düsenkammer 91 für gasförmigen Brennstoff ausgesetzt ist.
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Durch Verwendung der Lieferstrategie mit konzentrisch angeordneten Elementen stellt das Brennstoffsystem 10 der vorliegenden Offenbarung eine potentielle Gelegenheit zum Nachrüsten von existierenden Motoren mit minimierten Motorzylinderkopfmodifikationen dar. Die Struktur der verschiedenen Versionen der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 12 verhindert auch die Leckage von gasförmigem Brennstoff in den Motorzylinder, in dem sowohl die Düsenauslässe 90 für gasförmigen Brennstoff als auch die Düsenauslässe 96 für flüssigen Brennstoff in einer einzigen Spitzenkomponente 71 angeordnet werden, anstatt über eine gewisse Strategie mit ineinander liegenden Nadeln, die in der Technik bekannt ist. Somit vermeidet die Brennstoffeinspritzvorrichtung 12 der vorliegenden Offenbarung gestapelte Toleranzen bzw. sich aufaddierende Toleranzen und andere Unwägbarkeiten, indem sie jede der Nadelstrukturen für gasförmigen Brennstoff und für flüssigen Brennstoff unabhängig in ihrer Bewegung, in ihren Sitzen und in ihren Merkmalen der Vorspannung macht. Diese Strategie kann besser eine Massenherstellung von Brennstoffeinspritzvorrichtungen ermöglichen, welche mit den gleichen Steuersignalen in konsistenter Weise arbeiten. Schließlich zieht der Motor 5 der vorliegenden Offenbarung sowohl einen normalen Dual-Brennstoffversorgungsmodus als auch einen Notlaufmodus in Betracht, bei dem nur flüssiger Brennstoff eingespritzt wird. Wenn beispielsweise eine Fehlfunktion in dem System für gasförmigen Brennstoff auftritt, oder wenn die Versorgung für gasförmigen Brennstoff leer ist, kann die elektronische Steuervorrichtung 15 bewirken oder gestatten, dass der Motor von einem Dual-Brennstoffversorgungsmodus auf einen Notlaufmodus mit Versorgung durch nur einen Brennstoff umschaltet.
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Wie am Besten in 12 gezeigt, ist der Dual-Brennstoffversorgungsmodus gekennzeichnet durch eine große Einspritzmenge 138 für gasförmigen Brennstoff und durch eine kleine Einspritzmenge 135 für flüssigen Brennstoff im gleichen Motorzyklus. Andererseits kann der Notlaufmodus (Einzel-Brennstoffversorgungsmodus) durch keine Gaseinspritzung jedoch durch eine große Einspritzmenge 136 für flüssigen Brennstoff gekennzeichnet sein. Zusätzlich wird der normale Dual-Brennstoffversorgungsmodus dadurch gekennzeichnet, dass die Common-Rails 16 und 14 für gasförmigen Brennstoff und für flüssigen Brennstoff auf einem mittelniedrigen Druck bzw. einem mittelhohen Druck gehalten werden. Andererseits kann der Notlaufmodus dadurch gekennzeichnet sein, dass die Common-Rail für gasförmigen Brennstoff auf einen niedrigen Druck abfallen kann oder auf einem niedrigen Druck gehalten wird, während der Druck in der Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff auf einen hohen Druck 133 gesteigert wird (möglicherweise mehr als 100 MPa). Wenn man in dem Dual-Brennstoffversorgungsmodus arbeitet, wird eine vergleichsweise kleine Einspritzung von flüssigem destilliertem Dieselbrennstoff verdichtungsgezündet, um wiederum eine vergleichsweise große Ladung von gasförmigem Brennstoff zu zünden, die zumindest teilweise zuvor in den Motorzylinder eingespritzt wurde. Andererseits funktioniert der Motor 5 während eines Notlaufmodus in gewisser Weise wie ein herkömmlicher Dieselmotor, bei dem eine vergleichsweise große Menge von flüssigem Brennstoff auf oder um den oberen Totpunkt des Verdichtungshubes eingespritzt wird, so dass dieser sofort auf die Einspritzung hin in bekannter Weise zündet. Somit wird die elektronische Steuervorrichtung 15 in einer Dual-Brennstoffversorgungskonfiguration einen Brennstoffsystemsteueralgorithmus aufweisen, der konfiguriert ist, um eine niedrige Druckdifferenz zwischen der Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff und der Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff anzuweisen. Während eines Notlaufmodus oder Einzel-Brennstoffversorgungsmodus kann der Brennstoffsystemsteueralgorithmus jedoch konfiguriert sein, um eine hohe Druckdifferenz zwischen der Common-Rail 14 für flüssigen Brennstoff und der Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff anzuweisen.
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Während es relativ wenig häufig und selten auftreten kann, dass der Motor 5 und das Brennstoffsystem 10 in einem Notlaufmodus arbeiten, erkennt die vorliegende Offenbarung, dass die hydraulisch verriegelnde Dichtung 93 ein neues, zuvor nicht erkanntes Problem eines möglichen Aufbaus einer Leckage von flüssigem Brennstoff in die Düsenkammer 91 für gasförmigen Brennstoff und zurück zu der Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff erzeugen könnte. Diese Leckage wird durch das Verschließen des Rückschlagventils 200 verringert. Wenn die Lieferung für gasförmigen Brennstoff wieder aufgenommen wird, wird das Brennstoffsystem 10 zurück in einen Dual-Brennstoffversorgungsmodus schalten. Wenn dies auftritt, wird der Druck in der Common-Rail 16 für gasförmigen Brennstoff wieder angehoben, und Einspritzereignisse für gasförmigen Brennstoff können wieder beginnen. Zur gleichen Zeit wird die vergleichsweise kleinere Druckdifferenz zwischen dem flüssigen Brennstoff und dem gasförmigen Brennstoff im Dual-Brennstoffversorgungsmodus gestatten, dass das Rückschlagventil 200 wieder öffnet, um die Schmierung des Nadelventilgliedes 73 für gasförmigen Brennstoff aufrechtzuerhalten.
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Die vorliegende Beschreibung ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und sollte nicht so angesehen werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Somit wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen an den hier offenbarten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne vom vollständigen und zugesprochenen Umfang und Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Untersuchung der beigefügten Zeichnungen und der angefügten Ansprüche offensichtlich werden.
