DE112012004089T5

DE112012004089T5 - Kraftstoffinjektor mit Einzelaktuator für Zweikraftstoffmotoren

Info

Publication number: DE112012004089T5
Application number: DE112012004089.9T
Authority: DE
Inventors: Dana R. Coldren
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-09-04
Also published as: US8820295B2; WO2013048926A2; WO2013048926A3; CN103958878A; CN103958878B; US20130081593A1

Abstract

Es sind Kraftstoffinjektoren offenbart, die dazu im Stande sind, gleichzeitig Flüssig- und Gaskraftstoff in die Verbrennungskammer (33) eines Kompressionszündungsmotors zuzuführen. Die Kraftstoffe werden dem Nadelsteuerungsventilhohlraum (32) über separate Durchlässe sequentiell zugeführt. Die Zufuhr des unter Druck gesetzten Flüssigkraftstoff wird von einem einzigen Aktuator betätigt, der für jeden Kraftstoffinjektor (10) vorgesehen ist. Ein Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) steuert in Kombination mit dem Aktuator die Zufuhr des Pilotflüssigkraftstoffs zum Nadelsteuerungsventilhohlraum (32). Der Gaskraftstoff wird unter einem niedrigeren Druck als der Flüssigkraftstoff zugeführt, nachdem des Flüssigkraftstoff dem Nadelsteuerungsventilhohlraum (32) zugeführt wurde, und der Gaskraftstoff wird dem Kraftstoffinjektor (10) ohne einem separaten Aktuator zugeführt. Ein Rückschlagventil (34) in dem Gaskraftstoffdurchlass (28) schließt die Zufuhr (27) von Gaskraftstoff, wenn der Druck im Nadelsteuerungsventilhohlraum (32) auf ein vorbestimmtes Niveau ansteigt, wenn Flüssigkraftstoff in den Hohlraum (32) nach einem Einspritzvorgang gefüllt wird.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen von zwei Kraftstoffen zu einer Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinspritzung. Genauer gesagt betrifft diese Offenbarung einen Kraftstoffinjektor mit einem einzigen Aktuator, der einen Flüssig- und einen Gaskraftstoff durch einen Düsenauslass in eine Verbrennungskammer zuführen kann.
Hintergrund
Dieselmotoren sind der verbeiteste Typ von Kompressionszündungsmotoren. Dieselmotoren führen Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer ein. Dieselmotoren sind äußerst effizient, da sie hohe Kompressionsverhältnisse ohne Klopfen bereitstellen, das eine frühzeitige Explosion des Kraftstoffgemisches innerhalb der Verbrennungskammer ist. Weil Dieselmotoren Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammern einführen, muss der Kraftstoffeinspritzdruck größer als der Druck innerhalb der Verbrennungskammer sein. Bei Flüssigkraftstoffen, wie beispielsweise Diesel, muss der Druck signifikant größer sein, so dass der Kraftstoff für eine effiziente Verbrennung zerstäubt wird.
Dieselmotoren werden von der Industrie aufgrund ihrer exzellenten Kombination von Leistung, Performance, Effizienz und Zuverlässigkeit bevorzugt. Beispielsweise sind Dieselmotoren im Betrieb allgemein viel günstiger im Vergleich mit gaskraftstoffangetriebenen, funkengezündeten Motoren, insbesondere bei kommerziellen Anwendungen, wo große Kraftstoffmengen verwendet werden. Jedoch ist die Verschmutzung ein Nachteil von Dieselmotoren, wie beispielsweise Feinstaub (Ruß) und NOx-Gase, die erhöhten, strengen Vorschriften unterliegen, die den NOx-Emissionen vorschreiben, progressiv über die Zeit reduziert zu werden. Um diesen erhöhten, strengen Vorschriften gerecht zu werden, entwickeln Motorhersteller Katalysatoren und weitere Nachbehandlungsvorrichtungen zum Beseitigen der Verschmutzungen aus den Dieselabgasströmungen.
Es werden außerdem Verbesserungen bei Dieselkraftstoffen eingeführt, um den Schwefelgehalt im Dieselkraftstoff zu reduzieren, um zu verhindern, dass der Schwefel die Katalyse der Katalysatoren deaktiviert, und die Luftverschmutzung zu vermindern. Es wird außerdem Forschung zum Verbessern der Verbrennungseffizienz betrieben, um die Motoremissionen zu reduzieren, beispielsweise durch Einbringen von Verbesserungen in die Motorsteuerungsstrategien. Jedoch addieren sich die meisten dieser Versuche zu den Kapitalkosten des Motors und/oder den Betriebskosten.
Weitere neueste Entwicklungen haben sich mit dem Austauschen von Dieselkraftstoff mit saubereren Verbrennungsgaskraftstoffen, wie beispielsweise Erdgas, pures Methan, Butan, Wasserstoff und Gemischen davon, befasst. Da Gaskraftstoffe typischerweise nicht bei der gleichen Temperatur und Druck wie Dieselkraftstoff selbstzündend sind, kann eine geringe Dieselkraftstoffmenge in die Verbrennungskammer zum Selbstzünden und Auslösen der Zündung des Gaskraftstoffes eingeführt werden. Ein weiterer Versuch zum Konsumieren von Gaskraftstoffen an Bord eines Fahrzeugs bezieht das Einführen des Gaskraftstoffs in das Motoreinlassluftverteilerrohr unter relativ niedrigem Druck ein. Jedoch ist dieser Ansatz nicht dazu fähig, der Performance und Effizienz von momentan verfügbaren Dieselmotoren gerecht zu werden, insbesondere bei hohen Gas-zu-Diesel-Verhältnissen. Folglich wäre die gleichzeitige Zuführung von sowohl Dieselkraftstoff als auch Gaskraftstoff in die Verbrennungskammern erwünscht, wobei der Diesel als Zündkraftstoff wirkt.
Jedoch ist ein mit dem Zuführen von zwei unterschiedlichen Kraftstoffen zum Direkteinspritzen in die Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine verbundenes Problem der Mangel an physikalischem Raum für zwei Kraftstoffinjektoren pro Zylinder und der Raum in der Nähe der Kraftstoffinjektoren zum Vorsehen von zwei Kraftstoffverteilerrohren zusätzlich zu den Ablaufleitungen zum Abführen von Kraftstoff, das aus den Kraftstoffinjektoren ausläuft. Der Bedarf für zwei Aktuatoren pro Zylinder addiert sich zum Raumproblem. Dementsprechend gibt es einen Bedarf zum Bereitstellen eines raumeffizienten Designs zum Einspritzen von zwei unterschiedlichen Kraftstoffen in eine Verbrennungskammer ohne die Komplexität der Verrohrung zu und von den Kraftstoffinjektoren zu erhöhen.
Zusammenfassung der Offenbarung
In Erwiderung auf die oben genannten Probleme ist ein Kraftstoffinjektor offenbart, der einen einen Flüssigkraftstoffeinlass, einen Gaskraftstoffeinlass und einen Düsenauslass festlegenden Injektorkörper aufweist. Der Kraftstoffinjektor weist außerdem ein Nadelsteuerungsventil auf, das innerhalb eines im Injektorkörper gebildeten Hohlraums angeordnet ist. Das Nadelsteuerungsventil hat ein proximales und ein distales Ende. Das distale Ende ist angrenzend am Düsenauslass angeordnet und weist eine Schließfläche auf. Der Hohlraum weist einen Ventilsitz zum lösbaren Eingreifen der Schließfläche und zum lösbaren Abdichten des Düsenauslasses auf. Der Kraftstoffinjektor weist außerdem ein Flüssigkraftstoffsteuerungsventil auf, das innerhalb des Injektorkörpers angeordnet ist und selektiv mit dem Flüssigkraftstoffeinlass und dem Hohlraum in Verbindung steht. Der Kraftstoffinjektor weist außerdem einen Aktuator zum Bewegen des Flüssigkraftstoffsteuerungsventils zwischen einer offenen Position, in der das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil eine Verbindung zwischen dem Flüssigkraftstoffeinlass und dem Hohlraum herstellt, und einer geschlossenen Position, in der das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil den Flüssigkraftstoffeinlass vom Hohlraum absperrt, auf. Der Gaskraftstoffeinlass steht mit dem Hohlraum in direkter Verbindung.
Es ist ein weiterer Kraftstoffinjektor offenbart, der einen Injektorkörper hat, der einen Flüssigkraftstoffeinlass, einen Flüssigkraftstoffauslass, einen Ablaufkanal, einen Düsenauslass, einen Flüssigkraftstoffsteuerungsventilhohlraum, einen Flüssigkraftstoffdurchlass, einen Gaskraftstoffdurchlass und einen Nadelsteuerungsventilhohlraum festlegt. Der Kraftstoffinjektor weist außerdem ein Flüssigkraftstoffsteuerungsventil auf, das innerhalb des Flüssigkraftstoffsteuerungsventilhohlraums angeordnet ist und das selektiv mit dem Flüssigkraftstoffeinlass, dem Flüssigkraftstoffdurchlass und dem Ablaufkanal in Verbindung steht. Das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil ist zwischen einer geschlossenen Position, in der der Flüssigkraftstoffeinlass und der Flüssigkraftstoffdurchlass vom Flüssigkraftstoffsteuerungsventilhohlraum abgesperrt sind und der Ablaufkanal mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventilhohlraum in Verbindung steht, beweglich. Das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil ist außerdem in eine offene Position beweglich, in der der Flüssigkraftstoffeinlass dem Flüssigkraftstoffdurchlass durch den Flüssigkraftstoffsteuerungsventilhohlraum in Verbindung steht und der Ablaufkanal vom Flüssigkraftstoffsteuerungsventilhohlraum abgesperrt ist. Der Flüssigkraftstoffsteuerungsventilhohlraum ist durch den Flüssigkraftstoffdurchlass mit dem Nadelsteuerungsventilhohlraum verbunden. Der Flüssigkraftstoffdurchlass weist ein Flüssigkraftstoffrückschlagventil auf, das den Flüssigkraftstoffdurchlass schließt, wenn das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in der geschlossenen Position ist. Der Gaskraftstoffeinlass ist durch einen Gaskraftstoffdurchlass mit dem Nadelsteuerungsventilhohlraum verbunden. Der Gaskraftstoffdurchlass weist ein Gaskraftstoffrückschlagventil auf, das den Gaskraftstoffdurchlass schließt, wenn das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in der geschlossenen Position ist. Der Kraftstoffinjektor weist ein auch innerhalb des Nadelsteuerungsventilhohlraums angeordnetes Nadelsteuerungsventil auf. Das Nadelsteuerungsventil weist ein an den Düsenauslass angrenzend angeordnetes distales Ende und ein proximales Ende auf. Das distale Ende weist eine Schließfläche auf und der Nadelsteuerungsventilhohlraum weist einen Ventilsitz zum lösbaren Eingreifen der Schließfläche zum lösbaren Abdichten des Düsenauslasses auf. Der Kraftstoffinjektor weist außerdem einen einzigen Aktuator zum Bewegen des Flüssigkraftstoffsteuerungsventils zwischen der offenen und geschlossenen Position auf.
Es ist außerdem ein Verfahren zum Zuführen eines Flüssigkraftstoffs und eines Gaskraftstoffs in eine Verbrennungskammer unter Verwendung eines einzigen Kraftstoffinjektors mit einem einzigen Aktuator offenbart. Das Verfahren weist ein Vorsehen eines Kraftstoffinjektors auf, der einen einen Flüssigkraftstoffeinlass, einen Gaskraftstoffeinlass und einen Düsenauslass festlegenden Injektorkörper hat. Der Kraftstoffinjektor weist ferner ein Nadelsteuerungsventil, das innerhalb des im Injektorkörper gebildeten Hohlraums angeordnet ist. Der Hohlraum weist an einem Ende einen Düsenauslass und am anderen Ende eine Vorspannkammer mit dem Nadelsteuerungsventil dazwischen angeordnet auf. Das Nadelsteuerungsventil weist eine Schließfläche auf, die an einem distalen Ende des Nadelsteuerungsventils angeordnet ist und auf den Düsenauslass zum lösbaren Abdichten des Düsenauslasses gerichtet ist. Das Nadelsteuerungsventil weist außerdem ein proximales Ende auf, das auf die Vorspannkammer gerichtet ist. Der Kraftstoffinjektor weist ferner ein Flüssigkraftstoffsteuerungsventil auf, das innerhalb des Injektorkörpers angeordnet ist und das selektiv mit dem Flüssigkraftstoffeinlass und dem Hohlraum durch den Flüssigkraftstoffdurchlass in Verbindung steht. Der Flüssigkraftstoffdurchlass ist außerdem mit einem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass verbunden. Der Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass steht mit der Vorspannkammer in Verbindung. Der Kraftstoffinjektor weist außerdem einen Aktuator zum Bewegen des Flüssigkraftstoffsteuerungsventils zwischen einer offenen Position, in der das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil zwischen dem Flüssigkraftstoffeinlass und dem Flüssigkraftstoffdurchlass sowie dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass eine Verbindung herstellt, und einer geschlossenen Position, in der das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil den Flüssigkraftstoffeinlass vom Flüssigkraftstoffdurchlass und dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass abtrennt, auf. Der Gaskraftstoffeinlass steht mit dem Hohlraum durch einen Gaskraftstoffdurchlass in Verbindung. Der Flüssigkraftstoffdurchlass weist ein Flüssigkraftstoffrückschlagventil auf, das den Flüssigkraftstoffdurchlass schließt, wenn das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil geschlossen ist, wodurch eine Verbindung zwischen dem Flüssigkraftstoffdurchlass, dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass und dem Ablaufkanal hergestellt wird. Der Gaskraftstoffdurchlass weist ein Gaskraftstoffrückschlagventil auf, das sich schließt, wenn ein Druck im Hohlraum unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, nachdem das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil geschlossen ist. Das Verfahren weist außerdem ein Zuführen von Flüssigkraftstoff durch das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil, durch das Flüssigkraftstoffrückschlagventil in den Hohlraum und ein Zuführen von Gaskraftstoff durch das Gaskraftstoffrückschlagventil in den Hohlraum auf, wenn das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in der offenen Position ist. Das Verfahren weist ferner ein Betätigen eines Aktuators zum Schließen des Flüssigkraftstoffsteuerungsventils auf, wodurch eine Verbindung zwischen dem Ablaufkanal und sowohl dem Flüssigkraftstoffdurchlass als auch dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass hergestellt wird, wodurch das Flüssigkraftstoffrückschlagventil geschlossen und der Druck in der Vorspannkammer reduziert wird, wodurch die Schließfläche des Nadelsteuerungsventils vom Düsenauslass abgehoben und das Gaskraftstoffrückschlagventil geschlossen wird.
In einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen kann der Hohlraum eine mit dem Gaskraftstoffeinlass verbundene obere Kammer und eine mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in Verbindung stehende untere Kammer aufweisen. Die untere Kammer kann zwischen dem Düsenauslass und der oberen Kammer angeordnet sein.
In einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen kann der Flüssigkraftstoff unter einem höheren Druck als der Gaskraftstoff zugeführt werden.
In einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen können der Flüssig- und Gaskraftstoff solange voneinander abgetrennt sein, bis sie den Hohlraum erreichen.
In einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen kann der Aktuator eine Magnetvorrichtung aufweisen oder der Aktuator kann einen piezoelektronischen Aktuator aufweisen.
In einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen kann der Flüssigkraftstoffsteuerungsdurchlass das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil mit dem Hohlraum verbinden und der Flüssigkraftstoffdurchlass kann ebenso mit einem Flüssigkraftstoffsteuerungsdurchlass verbunden sein. Der Hohlraum kann sich zwischen dem Düsenauslass und einer Vorspannkammer erstrecken, wobei das distale Ende des Nadelsteuerungsventils auf den Düsenauslass gerichtet ist und das proximale Ende des Nadelsteuerungsventils auf die Vorspannkammer gerichtet ist. Die Vorspannkammer kann mit dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass zum Vorspannen des Nadelsteuerungsventils in Richtung des Düsenauslasses in Verbindung stehen. In einer weiteren Verbesserung dieses Konzepts kann die Vorspannkammer auch eine Nadelsteuerungsventilfeder aufnehmen, die das Nadelsteuerungsventil in Richtung des Düsenauslasses vorspannt.
In einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen kann der Kraftstoffinjektor ferner einen Gaskraftstoffdurchlass aufweisen, der den Gaskraftstoffeinlass mit dem Hohlraum verbindet. Das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil kann außerdem mit einem Flüssigkraftstoffbypassdurchlass verbunden sein. Der Flüssigkraftstoffbypassdurchlass kann das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil über ein im Flüssigkraftstoffbypassdurchlass angeordnetes Bypassrückschlagventil mit dem Gaskraftstoffdurchlass verbinden. Das Bypassrückschlagventil kann in Richtung einer geschlossenen Position vorgespannt sein, die das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil vom Gaskraftstoffdurchlass abtrennt, wenn ein ausreichender Druck im Gaskraftstoffdurchlass vorliegt. Als Ergebnis, wenn ein Druck im Gaskraftstoffdurchlass unterhalb eines vorbestimmten Niveaus fällt, öffnet sich das Bypassrückschlagventil zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil und dem Gaskraftstoffdurchlass.
In einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen kann der Hohlraum ferner eine mit dem Gaskraftstoffeinlass verbundene und mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in Verbindung stehende obere Kammer aufweisen. Das Nadelsteuerungsventil kann zumindest einen spiralförmigen Schlitz aufweisen, der entlang des Nadelsteuerungsventils zum Unterstützen des Mischen des Flüssig- und Gaskraftstoffs im Hohlraum angeordnet sein. In einer weiteren Verbesserung dieses Konzepts kann der zumindest eine spiralförmige Schlitz entlang des Nadelsteuerungsventils angrenzend an die obere Kammer angeordnet sein, sodass in die obere Kammer eintretender Gas- und Flüssigkraftstoff den zumindest einen spiralförmigen Schlitz einnimmt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine teilweise geschnittene und schematische Ansicht eines offenbarten Kraftstoffinjektors mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in einer offenen Position, dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil in einer offenen Position, dem Gaskraftstoffrückschlagventil in einer geschlossenen Position und dem Nadelsteuerungsventil in einer geschlossenen Position, wodurch der Kraftstoffinjektor mit dem mit Flüssigkraftstoff gefüllten Hohlraum dargestellt ist.
2 ist eine teilweise geschnittene und schematische Ansicht des in der 1 offenbarten Kraftstoffinjektors, aber mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in einer geschlossenen Position, dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil in einer geschlossenen Position, dem Gaskraftstoffrückschlagventil in einer offenen Position und dem Nadelsteuerungsventil in einer offenen Position, wodurch der Kraftstoffinjektor mit dem mit Gaskraftstoff gefüllten Hohlraum dargestellt ist, nachdem der Hohlraum mit Flüssigkraftstoff befüllt war und während eines Einspritzvorgangs.
3 ist eine teilweise Schnittansicht eines weiteren offenbarten Kraftstoffinjektors mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in einer offenen Position, dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil in einer offenen Position, dem Gaskraftstoffrückschlagventil in einer geschlossenen Position und dem Nadelsteuerungsventil in einer geschlossenen Position wie in der 1, wodurch der Kraftstoffinjektor mit dem mit Flüssigkraftstoff gefüllten Hohlraum dargestellt ist und ferner ein Bypassdurchlass dargestellt ist, der die Flüssigkraftstoffquelle mit der Gaskraftstoffquelle zur Verwendung verbindet, wenn die Gaskraftstoffquellenversorgung unterbrochen ist oder unter einem nicht ausreichenden Druck zugeführt wird.
4 ist eine teilweise Schnittansicht des in der 3 gezeigten Kraftstoffinjektors mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in einer geschlossenen Position, dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil in einer geschlossenen Position, dem Gaskraftstoffrückschlagventil in einer offenen Position und dem Nadelsteuerungsventil in einer offenen Position, wodurch der Kraftstoffinjektor mit dem mit Gaskraftstoff gefüllten Hohlraum dargestellt ist, nachdem der Hohlraum mit Flüssigkraftstoff gefüllt war und während eines Einspritzvorgangs.
5 ist eine teilweise Schnittansicht eines weiteren offenbarten Kraftstoffinjektors mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in einer offenen Position, dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil in einer offenen Position, dem Gaskraftstoffrückschlagventil in einer geschlossenen Position und dem Nadelsteuerungsventil in einer geschlossenen Position wie in den 1 und 3, wodurch der Kraftstoffinjektor mit Flüssigkraftstoff im Nadelsteuerungsventilhohlraum dargestellt ist und ferner die Verwendung eines spiralförmigen Schlitzes am Nadelsteuerungsventil zum Mischen von Flüssig- und Gaskraftstoff dargestellt ist, der sequentiell in die obere Kammer des Nadelsteuerungsventilhohlraums zugeführt wird.
6 ist eine weitere teilweise Schnittansicht des in der 5 gezeigten Kraftstoffinjektors mit dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil in einer geschlossenen Position, dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil in einer geschlossenen Position, dem Gaskraftstoffrückschlagventil in einer offenen Position und dem Nadelsteuerungsventil in einer offenen Position, wodurch der Kraftstoffinjektor mit dem mit Gaskraftstoff gefüllten Hohlraum dargestellt ist, nachdem der Hohlraum mit Flüssigkraftstoff gefüllt war und während eines Einspritzvorgangs.
Detaillierte Beschreibung
In dieser Offenbarung ist „Gaskraftstoff” weitestgehend als jeder verbrennbare Kraftstoff definiert, der sich in der Gasphase unter atmosphärischem Druck und bei Umgebungstemperatur befindet.
Bezugnehmend auf die 1 weist ein elektronisch betätigter Kraftstoffinjektor 10 einen Injektorkörper 11 auf, der verschiedene Bewegungskomponenten enthält, die derart angeordnet sind, wie sie vor Beginn eines Einspritzvorgangs sind. Der Injektorkörper 11 weist einen Flüssigkraftstoffeinlass 12 auf, der Flüssigkraftstoff von einer Flüssigkraftstoffzufuhr 13, wie beispielsweise einem Kraftstoffverteilerrohr, die außerdem eine Pumpe (nicht gezeigt) zum Zuführen des Flüssigkraftstoffs zum Flüssigkraftstoffeinlass 12 unter einem vorbestimmten Druck aufweist. Beispielsweise kann der Flüssigkraftstoff, der Dieselkraftstoff sein kann, durch den Flüssigkraftstoffeinlass 12 unter einem Druck von ungefähr 40 MPa (5.802 psi) zugeführt werden, obwohl der Einlassdruck des Flüssigkraftstoffs stark schwanken kann, z. B. von ungefähr 30 MPa (4.341 psi) bis ungefähr 50 MPa (7.252 psi). Folglich kann die Flüssigkraftstoffzufuhr 13 ein Reservoir (nicht gezeigt) sowie eine Pumpe (nicht gezeigt) oder andere Mittel zum Zuführen des Flüssigkraftstoffs an den Flüssigkraftstoffeinlass 12 bei einem gewünschten Druck aufweisen.
Der Injektorkörper 11 weist außerdem einen Flüssigkraftstoffrückschlagventilhohlraum 14 auf, der ein Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 aufnimmt. Das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 ist in der 1 in einer offenen Position gezeigt, wodurch eine Verbindung zwischen dem Flüssigkraftstoffeinlass 12 und dem Flüssigkraftstoffdurchlass 16 durch die Ausnehmung 17, die in dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 angeordnet ist, und die Ausnehmung 18, die im Injektorkörper 11 angeordnet ist, hergestellt wird. Das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 kann mit einer Magnetvorrichtung 21 gekoppelt sein, die z. B. einen Läufer 22, eine Spule 24 und eine Feder 25 aufweisen kann. Die Magnetvorrichtung 21 kann außerdem mit einer elektrischen Versorgung 29 zum Aktivieren der Spule 24 verbunden sein, was den Läufer 22 dazu bringt, sich gegen die Vorspannung der Feder 25 nach oben zu bewegen und das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 aus der offenen oder in der 1 gezeigten Kraftstoffladungsposition in die geschlossene oder in der 2 gezeigten Gaskraftstoffladungsposition zieht. In der 1 wird kein Strom an die Magnetvorrichtung 21 zugeführt; die Feder 25 ist entspannt und der Läufer 22 hat das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 in die offene Position gedrückt. In der 2 wird Strom an die Magnetvorrichtung 21 zugeführt, wobei die Feder 25 komprimiert ist und der Läufer 22 das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 in die geschlossene Position gezogen hat.
Zurückkehrend zur 1 kann der Injektorkörper 11 außerdem einen Gaskraftstoffeinlass 26 aufweisen, der Gaskraftstoff von der Gaskraftstoffzufuhr 27 empfängt. Die Gaskraftstoffzufuhr 27 kann eine unter Druck gesetzte Versorgung oder Reservoir von Gaskraftstoff sein, der in einem flüssigen oder superkritischen Zustand sein kann, und die außerdem eine Pumpe (nicht gezeigt) zum Zuführen des Flüssigkraftstoffs in den Gaskraftstoffeinlass unter gewünschtem Druck aufweisen kann. In einer Ausführungsform wird Gaskraftstoff an den Gaskraftstoffeinlass 26 unter einem niedrigeren Druck zugeführt als der Flüssigkraftstoff an den Flüssigkraftstoffeinlass 12 zugeführt wird. Ein beispielhafter Druck für den Gaskraftstoff ist ungefähr 25 MPa (3.626 psi), aber der Druck am Gaskraftstoffeinlass 26 kann zwischen ungefähr 15 MPa (2.176 psi) und ungefähr 35 MPa (5.076 psi) schwanken. Der Gaskraftstoffeinlass 26 kann mit einem Gaskraftstoffdurchlass 28 verbunden sein, der zu einer oberen Kammer 31 des Nadelsteuerungsventilhohlraums 32 verläuft. Der Nadelsteuerungsventilhohlraum 32 kann außerdem eine untere Kammer 33 aufweisen, die gekoppelt sein kann mit oder in Verbindung stehen kann mit dem Flüssigkraftstoffdurchlass 16, während die obere Kammer 31 verbunden ist mit oder in Verbindung steht mit dem Gaskraftstoffdurchlass 28.
Der Flüssigkraftstoffdurchlass 16 weist ein Flüssigkraftstoffrückschlagventil 34 auf, während der Gaskraftstoffdurchlass 28 ein Gaskraftstoffrückschlagventil 35 aufweist. Mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 in der offenen Position oder der Flüssigladungsposition, wie in 1 gezeigt, wird Flüssigkraftstoff von der Flüssigkraftstoffzufuhr 13 durch den Flüssigkraftstoffeinlass 12, am Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 vorbei, durch den Flüssigkraftstoffdurchlass 16, an dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil 34 vorbei und in die untere Kammer 33 des Nadelsteuerungsventilhohlraums 32 zugeführt.
Flüssigkraftstoff wird außerdem durch den Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass 36 kommuniziert, der mit der Vorspannkammer 37 verbunden ist oder in Verbindung steht. Die Vorspannkammer 37 kann außerdem eine Vorspannfeder 38 aufweisen. Der Druck, der der Vorspannkammer 37 durch den unter Druck gesetzten und durch den Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass 36 strömenden Flüssigkraftstoff bereitgestellt wird, spannt in Kombination mit der Vorspannkraft der Vorspannfeder 39 das Nadelsteuerungsventil 41, wie in der 1 (und 3 und 5) gezeigt, in Richtung der geschlossenen Position oder in Richtung der Düsenauslässe 42 vor. Das Nadelsteuerungsventil 41 kann außerdem ein distales Ende 43 und ein proximales Ende 44 aufweisen. Das distale Ende 43 des Nadelsteuerungsventils 41 kann außerdem eine Schließfläche 45 aufweisen, die mit einem Sitz 46 eingreift, der in dem Nadelsteuerungsventilhohlraum 32 angrenzend an die Düsenauslässe 42 gebildet ist. Der Eingriff der Schließfläche 45 und des Sitzes 46 trennt die Düsenauslässe 42 vom Flüssig- und Gaskraftstoff, der sich im Nadelsteuerungsventilhohlraum 32 vor einem Einspritzvorgang befindet. Die 1 stellt außerdem einen Ablaufkanal 47 dar, von der die Funktion in Verbindung mit der 2 genauer beschrieben wird.
Unter jetziger Bezugnahme auf die 2 wurde Strom an die Magnetvorrichtung 21 zugeführt, wobei der Läufer 22 und das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 zum Bewegen des Flüssigkraftstoffsteuerungsventils 15 in die geschlossene Position nach oben gezogen wurden. In der geschlossenen Position hat die Dichtfläche 51 des Flüssigkraftstoffsteuerungsventils 15 mit dem konischen Ventilsitz 52 des Flüssigkraftstoffrückschlagventilhohlraums 14 eingegriffen, wodurch der Strom zwischen dem Flüssigkraftstoffeinlass 12 und dem Flüssigkraftstoffdurchlass 16 abgeschaltet wird.
Bei einem Einspritzvorgang kann Flüssig- und Gaskraftstoff in den Nadelsteuerungsventilhohlraum 32 in der folgenden Weise zugeführt werden. Mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 in der in der 1 gezeigten offenen Position und mit keinem an die Magnetvorrichtung 21 über die elektrische Zufuhr 29 zugeführten Strom wird zuerst Flüssigkraftstoff durch den Flüssigkraftstoffeinlass 12 über die Flüssigkraftstoffzufuhr 13 zugeführt. Der Flüssigkraftstoff strömt durch den Flüssigkraftstoffeinlass 12, an dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 vorbei und in den Flüssigkraftstoffdurchlass 16 sowie den Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass 36. An diesem Punkt wird der Flüssigkraftstoff unter Druck gesetzt, mit einem beispielhaftem Druck von ungefähr 40 MPa. Der unter Druck gesetzte Flüssigkraftstoff strömt den Flüssigkraftstoffdurchlass 16 herunter in den Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass 36 und in die Vorspannkammer 37. Der unter Druck gesetzte Flüssigkraftstoff in der Vorspannkammer 37, in Kombination mit der Vorspannfeder 38, hält, wie in der 1 gezeigt, das Nadelsteuerungsventil 41 in der geschlossenen Position. Unter weiterer Bezugnahme auf die 1 überschreitet der unter Druck gesetzte Flüssigkraftstoff außerdem die Vorspannung des Flüssigkraftstoffrückschlagventils 34, bevor er in der unteren Kammer 33 des Nadelsteuerungsventilhohlraums 32 ankommt. Wenn der unter Druck gesetzte Flüssigkraftstoff in die Kammer 33 eintritt, baut sich ein Druck im Hohlraum 32 auf und das Gaskraftstoffrückschlagventil wird geschlossen. Der Flüssigkraftstoff fahrt mit dem Eindringen in die untere Kammer 33 des Hohlraums 32 solange fort, bis er ein statisches Druckgleichgewicht mit dem im Hohlraum 32 nach dem vorhergehenden Einspritzvorgang verbleibenden Gas erreicht.
Die Menge des dem Hohlraum 32 zugeführten Flüssigkraftstoffs kann durch Beeinflussen des Druckdifferentials zwischen dem Flüssig- und Druckkraftstoff manipuliert werden. Insbesondere wenn ΔP dem Druck des Flüssigkraftstoffs P_L minus dem Druck des Gaskraftstoffs P_G gleichkommt, erhöht ein ansteigendes ΔP die Menge des dem Hohlraum 32 zugeführten Kraftstoffs und ein fallendes ΔP verringert die Menge des dem Hohlraum 32 zugeführten Kraftstoffs.
Nachdem die untere Kammer 33 des Nadelsteuerungsventilhohlraums 32 mit Flüssigkraftstoff gefüllt ist, wird Strom der Magnetvorrichtung 21 zugeführt und das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 wird geschlossen oder nach oben in die Gasladungsposition bewegt, wie oben angesprochen und in der 2 gezeigt. Das Schließen des Flüssigkraftstoffsteuerungsventils 15 reduziert den Druck im Flüssigkraftstoffdurchlass 16 und im Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass 36 durch Aussetzen beider Durchlässe dem Ablauf 47, wie in der 2 gezeigt.
Wenn der Druck hinter dem Rückschlagventil 34 und der Vorspannkammer 37 durch den Ablaufkanal 47 abfällt, schließt sich das Rückschlagventil 34 und das Nadelsteuerungsventil 41 öffnet sich, was weiter den Druck im Nadelsteuerungsventilhohlraum 32 reduziert und was das Gaskraftstoffrückschlagventil 35 öffnet. Gaskraftstoff strömt durch den Durchlass 28, am Rückschlagventil 34 vorbei und in die obere Kammer 31 des Nadelsteuerungsventilhohlraums 32 wenn der Einspritzvorgang beginnt.
Wenn Strom weiterhin durch die Spule 24 fließt, wird das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 in der 2 gezeigten geschlossenen oder Gasladungsposition gehalten und Gaskraftstoff tritt weiterhin in den Hohlraum 32 ein. In der geschlossenen oder Gasladungsposition der 2 wird der Leser bemerken, dass das Aussetzen des Flüssigkraftstoffströmungsdurchlasses 36 dem Ablauf 47 den Druck in der Vorspannkammer 37 reduziert. Mit dem reduzierten Druck in der Vorspannkammer 37 wirkt der in der oberen Kammer 31 des Nadelsteuerungsventilhohlraums 32 befindliche Gaskraftstoff auf die sich anhebende Hydraulikfläche 57, die das Nadelsteuerungsventil 41 dazu bringt, sich nach oben gegen die Vorspannung der Feder 38 zu bewegen, wodurch das Nadelsteuerungsventil 41 für einen Einspritzvorgang geöffnet wird. An diesem Punkt ist das Gaskraftstoffrückschlagventil 35 geöffnet und unter Druck gesetzter Flüssig- und Gaskraftstoff im Nadelsteuerungsventilhohlraum 32 tritt über die Düsenauslässe 42 aus dem Kraftstoffinjektor 10 aus.
Die Menge des während einem Einspritzvorgang in den Zylinder zugeführten Gaskraftstoffs kann durch Steuern der Zeitspanne, während der die Magnetvorrichtung 21 unter Spannung steht, beeinflusst werden. Ein Erhöhen der Zeit, während der die Spule 24 unter Spannung steht, erhöht die Menge des während einem Einspritzvorgangs zugeführten Gases, wobei ein Verringern der Zeit, während der die Spule 24 unter Spannung steht, die Menge des während einem Einspritzvorgang zugeführten Gases verringert.
Der Einspritzvorgang wird beendet, wenn die Spule 24 spannungslos ist. Der Läufer 22 bewegt sich nach oben, wenn sich die Feder 25 in Richtung ihrer entspannten Position zurückzieht und das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 25 in die in der 1 gezeigten geschlossenen Position zurückkehrt. Mit dem weiterhin geschlossenen Flüssigkraftstoffrückschlagventil 34 baut sich ein Druck im Vorspannhohlraum 37 auf, der in Kombination mit der Feder 38 das Nadelsteuerungsventil 41 schließt. Das Schließen des Nadelsteuerungsventils 41 wird von einem Öffnen des Flüssigkraftstoffrückschlagventils 34 gefolgt, wenn sich der Druck im Durchlass 16 aufbaut. Die Durchlässe 16 und 36 können mit angemessenen Begrenzungen und Spalte zum Gewährleisten ausgebildet sein, dass sich das Nadelsteuerungsventil 41 schließt, bevor sich das Flüssigkraftstoffrückschlagventil 34 öffnet, so dass kein Flüssigkraftstoff am Ende eines Einspritzvorgangs zugeführt wird. Der Flüssigkraftstoff ist dazu angedacht, als Pilot- oder Zündkraftstoff für den Gaskraftstoff zu dienen, da Gaskraftstoffe dazu tendieren, zu klopfen, wenn sie komprimiert und durch konventionelle Dieselmotoren gezündet werden.
Wenn Flüssigkraftstoff in die Kammer 33 des Hohlraums 32 nachgefüllt wird, baut sich Druck im Hohlraum 32 auf und das Gaskraftstoffrückschlagventil 35 wird geschlossen. Flüssig- und Gaskraftstoff wird, wie oben beschrieben, dem Nadelsteuerungsventilhohlraum 32 wieder sequentiell zugeführt.
Unter Verweis auf die 3 und 4 ist ein Kraftstoffinjektor 100 mit einem Flüssigkraftstoffbypassdurchlass 61 gezeigt. Der Durchlass 61 führt dem Gaskraftstoffdurchlass 28 Flüssigkraftstoff zu, wenn die Zufuhr von Gaskraftstoff unterbrochen oder verringert wird oder wenn die Gaskraftstoffzufuhr einen niedrigeren Druck erfahrt, was der Fall sein während einem Kaltwetterstart sein kann. In der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform wird Flüssigkraftstoff als Ersatz für den verringerten Gaskraftstoff verwendet, was es dem Bediener ermöglicht, die Ausrüstung zurück nach Hause oder zu einer Gaskraftstoffversorgungsstation zu bringen.
Der Flüssigkraftstoffbypassdurchlass 61 weist ein Bypassrückschlagventil 62 auf, das geschlossen verbleibt, solange ein Druck im Gaskraftstoffdurchlass 28 vorhanden ist. Der Gaskraftstoffdurchlass 28 ist mit einem zusätzlichen Rückschlagventil 63 ausgestattet. Wenn die Zufuhr 27 von Gaskraftstoff unterbrochen wird oder wenn die Gaskraftstoffversorgung 27 verringert wird, wird der Druck in den Gaskraftstoffdurchlässen 26, 28 abfallen, was das Bypassrückschlagventil 62 dazu bringt, sich wie in der 4 gezeigt zu öffnen. In der in der 4 gezeigten offenen Position und mit dem in die geschlossene Position bewegten Flüssigkraftstoffsteuerungsventil 15 steht der Flüssigkraftstoffeinlass 12 mit dem Flüssigkraftstoffbypassdurchlass 61 in Verbindung, wodurch dem Durchlass 28 Flüssigkraftstoff zugeführt wird. Die Präsenz von unter Druck gesetztem Flüssigkraftstoff im Durchlass 28 öffnet das Rückschlagventil 35 und ermöglicht es Flüssigkraftstoff in die obere Kammer 31 des Nadelsteuerungsventilhohlraums 32 einzutreten. Folglich, sogar wenn die Zufuhr von Gaskraftstoff unterbrochen wird, wird eine ausreichende Menge an Flüssigkraftstoff durch beide Durchlässe 28 und 16 für einen angemessenen Einspritzvorgang zugeführt. Der Kraftstoffinjektor 100 der 3 bis 4 ist nochmals hilfreich für Kaltstartbedingungen, wo der Druck des Gaskraftstoffs niedrig sein kann oder in Situationen, wo die Gaskraftstoffversorgung verringert ist und der Flüssigkraftstoff (z. B. Diesel) für den Transport des Fahrzeugs zurück nach Hause oder zu einer Gaskraftstoffversorgungsstation benötigt wird.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ist noch ein weiterer Kraftstoffinjektor 200 offenbart, wobei der Flüssigkraftdurchlass 160 zum Zuführen von Flüssigkraftstoff in die obere Kammer 31 des Nadelsteuerungsventilhohlraums 32 geführt wird. Der Gaskraftstoffdurchlass 28 wird außerdem weiterhin zum Zuführen von Kraftstoff in die obere Kammer 31 geführt. Zum Verbessern des Mischen von Flüssig- und Gaskraftstoff sind ein oder mehrere spiralförmige Schlitze 64 um einen Mittelbereich des Nadelsteuerungsventils 141 vorgesehen. Die durch die spiralförmigen Schlitze 64 bereitgestellte Mischung sieht eine verbesserte Zerstäubung des Flüssigkraftstoffes vor.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Es sind verbesserte Kraftstoffinjektoren offenbart, die dazu fähig sind, gleichzeitig Flüssig- und Gaskraftstoff in die Verbrennungskammer eines Kompressionszündungsmotors zuzuführen, obwohl der Flüssig- und Gaskraftstoff sequentiell und separat in den Nadelsteuerungsventilhohlraum zugeführt wird. Beispielsweise sind Kraftstoffinjektoren offenbart, die Flüssigdieselkraftstoff, als Pilotflüssigkeit, neben einem Gaskraftstoff, wie beispielsweise Erdgas oder andere verfügbare Kraftstoffe, die Gase unter atmosphärischem Druck und Umgebungstemperatur sind, zuzuführen. Kraftstoffe werden über dem Nadelsteuerungsventilhohlraum über separate Durchlässe zugeführt. Die Zufuhr von unter Druck gesetztem Flüssigkraftstoff gefolgt von der Zufuhr von Gaskraftstoff wird durch einen einzigen Aktuator betätigt, der für jeden Kraftstoffinjektor vorgesehen ist. Der Aktuator kann ein magnetischer oder ein piezoelektrischer oder ein anderer geeigneter Aktuator sein, wie es dem Fachmann bekannt sein wird. Ein Flüssigkraftstoffsteuerungsventil steuert in Kombination mit dem Aktuator und einem Flüssigkraftstoffrückschlagventil die Zufuhr des Pilotflüssigkraftstoffs in den Nadelsteuerungsventilhohlraum.
Mit dem Flüssigkraftstoffsteuerungsventil in geöffneter oder in einer Flüssigkraftstoffladungsposition wird Flüssigkraftstoff in den Nadelsteuerungsventilhohlraum, an einem geöffneten Flüssigkraftstoffrückschlagventil vorbei aufgeladen und ein Gaskraftstoffrückschlagventil wird geschlossen, was ferner dazu dient, die Zufuhr des Gaskraftstoffs nach einem Einspritzvorgang abzuschotten. Nachdem der Flüssigkraftstoff im Nadelsteuerungsventilhohlraum mit dem im Hohlraum nach einem vorhergehenden Einspritzvorgang verbleibenden Gas ein statisches Druckgleichgewicht erreicht, unterbricht der dem Aktuator zugeführte Strom die Zufuhr von Flüssigkraftstoff in den Flüssigkraftstoffdurchlass und das Flüssigkraftstoffsteuerungsventil wird geschlossen. Der reduzierte Druck im Durchlass stromaufwärts des Flüssigkraftstoffrückschlagventils und des Vorspannhohlraums bringt das Flüssigkraftstoffrückschlagventil zum Schließen und das Nadelsteuerungsventil zum Öffnen. Ein verringerter Druck im Nadelsteuerungsventilhohlraum als Ergebnis der Nadelsteuerungsventilöffnung bringt das Gaskraftstoffrückschlagventil zum Öffnen. Der Gaskraftstoff kann durch das Gaskraftstoffrückschlagventil unter einem niedrigeren Druck als der Flüssigkraftstoff zugeführt werden und wird dem Kraftstoffinjektor ohne den Bedarf eines separaten Aktuators zugeführt. Wenn sich das Nadelsteuerungsventil öffnet, werden sowohl Flüssig- als auch Gaskraftstoff im Nadelsteuerungsventilhohlraum in eine Verbrennungskammer eingespritzt. Folglich wird Flüssig- und Gaskraftstoff dem Nadelsteuerungsventilhohlraum sequentiell zugeführt, werden aber in eine Verbrennungskammer gleichzeitig eingespritzt. Am Ende des Einspritzvorganges, mit dem geöffneten Flüssigkraftstoffsteuerungsventil, da der Strom zum Aktuator abgeschaltet ist, schließt sich zunächst das Nadelsteuerungsventil, gefolgt durch die Öffnung des Flüssigkraftstoffrückschlagventils und die Sequenz beginnt erneut.
Die offenbarten Kraftstoffinjektoren führen sowohl Flüssig- als auch Gaskraftstoff in eine Verbrennungskammer unter Verwendung eines einzigen Aktuators zu. Das offenbarte Design ist einfach und weist im Vergleich zu konkurrierenden Designs eine reduzierte Bauteilanzahl auf, was zu reduzierten Kosten und verbessertem Bauraum führt. Ein einziges Steuerungsventil wird zum Zuführen des Pilotflüssigkraftstoffs in den Nadelsteuerungsventilhohlraum verwendet.
Die Menge des dem Nadelsteuerungsventilhohlraums zugeführten Flüssigpilotkraftstoffs kann zu dem Druckdifferential zwischen dem Flüssig- (z. B. 40 MPa) und Gas-(z. B. 25 MPa)Kraftstoffverteilerrohren proportional sein und kann deshalb durch Beeinflussen von ΔP (= P_L – P_G; wenn sich ΔP erhöht, erhöht sich die Menge von zugeführtem Flüssigkraftstoff, wenn sich ΔP verringert, verringert sich die Menge von zugeführtem Flüssigkraftstoff) manipuliert werden. Für einen magnetischen Aktuator kann die Menge von zugeführtem Gaskraftstoff durch Beeinflussen der Dauer der Stromversorgung an den Aktuator manipuliert werden, d. h., Erhöhen der Zeit des unter Spannung Setzens erhöht die Menge von zugeführtem Gas; Verringern der Zeit des unter Spannung Setzens verringert die Menge von zugeführtem Gas. Natürlich kann ein Magnetaktuator zum Betreiben in einer entgegengesetzten Weise wie ein piezoelektrischer Aktuator ausgebildet sein und deshalb könnte eine umgekehrte Beziehung zwischen der Zeit des unter Spannung Setzens und der Menge von zugeführtem Gaskraftstoff auftreten (d. h. Verringern der Zeit des unter Spannung Setzens erhöht die Menge von zugeführtem Gas; Erhöhen der Zeit des unter Spannung Setzens verringert die Menge von zugeführtem Gas).
Falls die Gaszufuhr unterbrochen wird, ermöglicht ein zusätzliches Rückschlagventil im Gaskraftstoffdurchlass in Kombination mit einem Flüssigkraftstoffbypassdurchlass und einem Bypassrückschlagventil es dem Flüssigkraftstoff durch sowohl den Flüssigkraftstoffdurchlass als auch den Gaskraftstoffdurchlass dem Nadelsteuerungsventilhohlraum zugeführt zu werden. Dieses „Heimfahr”-Merkmal ist vorteilhaft, wenn die Gaskraftstoffzufuhr unterbrochen oder nicht verfügbar ist, oder während Kaltstartbedingungen, wenn der Druck des Gaskraftstoffs ungenügend sein kann. Zum Zurücksetzen des Bypassventils, wenn Gas wieder eingeführt wird, muss das Druckdifferential für eine Zeitspanne minimiert werden, um es dem Gas zu ermöglichen, wieder zur Düse zu strömen.
Der Flüssig- und Gaskraftstoff kann ferner im Nadelsteuerungsventilhohlraum durch Anbringen von spiralförmigen Schlitzen um das Nadelsteuerungsventil vorgemischt werden, was die Turbulenzen im Nadelsteuerungsventilhohlraum erhöht, wenn der Flüssig- und Gaskraftstoff in den Hohlraum eintritt. Der Flüssigkraftstoff kann außerdem in den Nadelsteuerungsventilhohlraum an einem Punkt eingespritzt werden, der an den Punkt angrenzt, wo der Gaskraftstoff in den Nadelsteuerungsventilhohlraum einspritzt wird oder einer erhöhten Position für erhöhte Turbulenzen und verbessertes Mischen.
Zuletzt wird außerdem angesprochen, dass das zweite Fluid, d. h. der Gaskraftstoff, auch ein zweiter Flüssigkraftstoff sein kann, der unter einem niedrigeren Druck als der Pilotflüssigkraftstoff zugeführt wird. Folglich können Kraftstoffe, die leichter als Diesel sind, den Gaskraftstoff ersetzen.

Claims

Kraftstoffinjektor (10) mit: einem Injektorkörper (11), der einen Flüssigkraftstoffeinlass (12), einen Gaskraftstoffeinlass (26) und einen Düsenauslass festlegt, einem Nadelsteuerungsventil (141), das innerhalb einem im Injektorkörper (11) gebildeten Hohlraum (32) angeordnet ist, wobei das Nadelsteuerungsventil (141) ein proximales Ende (44) und ein distales Ende (43) aufweist, wobei das distale Ende (43) angrenzend am Düsenauslass angeordnet ist, wobei das distale Ende (43) einen Ventilsitz (46) zum lösbaren Eingreifen der Schließfläche (45) und zum lösbaren Abdichten des Düsenauslasses aufweist, einem Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34), das innerhalb des Injektorkörpers (11) angeordnet ist und in selektiver Verbindung mit dem Flüssigkraftstoffeinlass (12) und dem Hohlraum (32) steht, einem Aktuator zum Bewegen des Flüssigkraftstoffrückschlagventils (34) zwischen einer offenen Position, in der das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) eine Verbindung zwischen dem Flüssigkraftstoffeinlass (12) und dem Hohlraum (32) herstellt, und einer geschlossenen Position, in der das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) den Flüssigkraftstoffeinlass (12) vom Hohlraum (32) abtrennt, wobei der Gaskraftstoffeinlass (26) mit dem Hohlraum (32) in Verbindung steht.
Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (32) ferner eine mit dem Gaskraftstoffeinlass (26) verbundene obere Kammer (31) und eine mit dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) in Verbindung stehende untere Kammer (33) aufweist, wobei die untere Kammer (33) zwischen dem Düsenauslass und der oberen Kammer (31) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flüssigkraftstoff unter einem höheren Druck als der Gaskraftstoff zugeführt wird.
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Flüssig- und Gaskraftstoff solange voneinander getrennt sind, bis sie den Hohlraum (32) erreichen.
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Aktuator eine Magnetvorrichtung (21) aufweist.
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Aktuator einen piezoelektronischen Aktuator aufweist.
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Flüssigkraftstoffdurchlass (16) das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) mit dem Hohlraum (32) verbindet, wobei der Flüssigkraftstoffdurchlass (16) außerdem mit einem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass (36) verbunden ist, wobei sich der Hohlraum (32) zwischen dem Düsenauslass und einer Vorspannkammer (37) erstreckt, wobei das distale Ende (43) des Nadelsteuerungsventils (141) auf den Düsenauslass gerichtet ist und das proximale Ende (44) des Nadelsteuerungsventils (141) auf die Vorspannkammer (37) gerichtet ist, wobei die Vorspannkammer (37) mit dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass (36) zum Vorspannen des Nadelsteuerungsventils (141) in Richtung des Düsenauslasses in Verbindung steht.
Kraftstoffinjektor (10) nach Anspruch 7, wobei die Vorspannkammer (37) außerdem eine Feder (25) des Nadelsteuerungsventils (141) aufnimmt, die das Nadelsteuerungsventil (141) in Richtung des Düsenauslasses vorspannt.
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Gaskraftstoffdurchlass (28) den Gaskraftstoffeinlass (26) mit dem Hohlraum (32) verbindet, wobei das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) außerdem mit einem Flüssigkraftstoffbypassdurchlass (61) verbunden ist, wobei der Flüssigkraftstoffbypassdurchlass (61) das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) mit dem Gaskraftstoffdurchlass (28) verbindet, wobei ein Bypassrückschlagventil (62) im Flüssigkraftstoffbypassdurchlass (61) angeordnet ist, wobei das Bypassrückschlagventil (62) in Richtung einer geschlossenen Position vorgespannt ist, die das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) vom Gaskraftstoffdurchlass (28) abtrennt, wobei, wenn der Druck im Gaskraftstoffdurchlass (28) unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, sich das Bypassrückschlagventil (62) zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) und dem Gaskraftstoffdurchlass (28) öffnet.
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Nadelsteuerungsventil (141) zumindest einen spiralförmigen Schlitz aufweist, der entlang des Nadelsteuerungsventils (141) zum Unterstützen des Mischens des Flüssig- und Gaskraftstoffes im Hohlraum (32) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Verhältnis des Flüssigkraftstoffs zu dem in den Hohlraum (32) zugeführten Gaskraftstoff zu einer Druckdifferenz des Flüssigkraftstoffs am Flüssigkraftstoffeinlass (12) und dem Gaskraftstoff am Gaskraftstoffeinlass (26) proportional ist.
Verfahren zum Zuführen eines Flüssigkraftstoffs und eines Gaskraftstoffs in eine Verbrennungskammer (33) unter Verwendung eines einzigen Kraftstoffinjektors (10) mit einem einzigen Aktuator, wobei das Verfahren aufweist: Vorsehen eines Kraftstoffinjektors (10) mit einem Injektorkörper (11), der einen Flüssigkraftstoffeinlass (12), einen Gaskraftstoffeinlass (26) und einen Düsenauslass festlegt, wobei der Kraftstoffinjektor (10) ferner ein Nadelsteuerungsventil (141), das innerhalb einem im Injektorkörper (11) gebildeten Hohlraum (32) angeordnet ist, wobei der Hohlraum (32) einen Düsenauslass an einem Ende und eine Vorspannkammer (37) am anderen Ende mit dem dazwischen angeordneten Nadelsteuerungsventil (141) aufweist, wobei das Nadelsteuerungsventil (141) eine an einem distalen Ende (43) des Nadelsteuerungsventils (141) angeordnete Schließfläche (45) aufweist, die auf den Düsenauslass zum lösbaren Abdichten des Düsenauslasses gerichtet ist, wobei das Nadelsteuerungsventil (141) außerdem ein auf die Vorspannkammer (37) gerichtetes proximales Ende (44) aufweist, wobei der Kraftstoffinjektor (10) ferner ein Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) aufweist, das innerhalb des Injektorkörpers (11) angeordnet ist und teilweise mit dem Flüssigkraftstoffeinlass (12) und dem Hohlraum (32) über einen Flüssigkraftstoffdurchlass (16) in Verbindung steht, wobei der Flüssigkraftstoffdurchlass (16) außerdem mit einem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass (36) verbunden ist, wobei der Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass (36) mit der Vorspannkammer (37) in Verbindung steht, wobei der Kraftstoffinjektor (10) außerdem einen Aktuator zum Bewegen des Flüssigkraftstoffrückschlagventils (34) zwischen einer offenen Position, in der das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) eine Verbindung zwischen dem Flüssigkraftstoffeinlass (12), dem Flüssigkraftstoffdurchlass (16) und dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass (36) herstellt, und einer geschlossenen Position aufweist, in der das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) den Flüssigkraftstoffeinlass (12) vom Flüssigkraftstoffdurchlass (16) und dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass (36) abtrennt, wobei der Gaskraftstoffeinlass (26) mit dem Hohlraum (32) durch einen Gaskraftstoffdurchlass (28) in Verbindung steht, wobei das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) den Flüssigkraftstoffdurchlass (16) schließt, wenn das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) geschlossen ist, wodurch eine Verbindung zwischen dem Flüssigkraftstoffdurchlass (16), dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass (36) und dem Ablaufkanal (47) hergestellt wird, wobei der Gaskraftstoffdurchlass (28) ein Gaskraftstoffrückschlagventil (35) aufweist, das schließt, wenn ein Druck im Hohlraum (32) über ein vorbestimmtes Niveau ansteigt, nachdem das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) geschlossen ist, Zuführen von Flüssigkraftstoff durch das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34), durch das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) und in den Hohlraum (32) und Zuführen von Gaskraftstoff durch das Gaskraftstoffrückschlagventil (35) und in den Hohlraum (32), wenn das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) in der offenen Position ist, Betätigen des Aktuators zum Schließen des Flüssigkraftstoffrückschlagventils (34), wodurch eine Verbindung zwischen dem Ablaufkanal (47) und sowohl dem Flüssigkraftstoffdurchlass (16) als auch dem Flüssigkraftstoffströmungsdurchlass (36) hergestellt wird, wodurch das Flüssigkraftstoffrückschlagventil (34) geschlossen wird, der Druck in der Vorspannkammer (37) reduziert wird, wodurch die Schließfläche (45) des Nadelsteuerungsventils (141) vom Düsenauslass angehoben und das Gaskraftstoffrückschlagventil (35) geschlossen wird.