DE69812926T2 - Hydraulisch betätigtes einspritzventil für gasförmige kraftstoffe oder für zwei kraftstoffe - Google Patents

Hydraulisch betätigtes einspritzventil für gasförmige kraftstoffe oder für zwei kraftstoffe Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine neuartige, hydraulisch betätigte Einspritzvorrichtung für gasförmige oder duale Kraftstoffe für eine Verbrennungskraftmaschine. Genauer bezieht sich die Anmeldung auf einen hydraulisch betätigten Gasinjektor oder eine Einspritzvorrichtung, jeweils zum Einspritzen eines gasförmigen Kraftstoffes und eines Steuerkraftstoffes in eine Diesel-Verbrennungskraftmaschine zu unterschiedlichen Zeiten unter kontrolliertem Druck.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Aufgrund seiner Verfügbarkeit, der geringen Kosten und des Potenfials zur Reduzierung von Partikelemissionen ist Erdgas ein vielversprechender Kandidat für die Betankung von Dieselmaschinen. Verfahren, die verwendet werden können, um eine Dieselmaschine (eine Kompressionszündungsmaschine) für den Verbrauch von Erdgas umzurüsten, fallen in drei Kategorien. Eine ist, die Maschine zu einer Funkenzündungsmaschine mit stöchiometrischer oder magerer Verbrennung umzurüsten. Als zweite Option kann die Maschine auf Erdgas umgerüstet werden, indem eine "Dualkraftstoff"-Technik verwendet wird, bei der das Erdgas mit der gesamten Einlassluft oder mit einem Teil derselben gemischt wird und mittels Dieselkraftstoff gezündet wird, der am Ende des Kompressionshubes eingespritzt wird. Ein drittes Verfahren ist die direkte Einspritzung des Erdgaskraftstoffes in die Brennkammer mit einer Zündquelle. Das bevorzugte Verfahren, wie im folgenden beschrieben wird, ist das direkte Einspritzungsverfahren, das das einzige Verfahren ist, das die inhärenten, günstigen Betriebseigenschaften und den hohen Wirkungsgrad von Dieselmaschinen bewahrt.
  • (1) Betanken von Dieselmaschinen mit vorgemischter Luft und Erdgas Funkenzündung
  • Eine Dieselmaschine kann auf Erdgas umgerüstet werden, indem das Erdgas mit der Einlassluft eingespritzt wird und dem Gemisch erlaubt wird, durch das Einlassventil in die Kammer einzutreten. Das Gemisch, stöchiometrisch oder mager, kann anschließend nahe dem oberen Totpunkt unter Verwendung von Zündkerzen gezündet werden. Um jedoch eine Explosion des Gemisches zu vermeiden, muss das Kompressionsverhältnis der Maschine reduziert werden. Eine Reduktion des Kompressionsverhältnisses wird von einer Reduktion des Wirkungsgrades begleitet, oder äquivalent von einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. Um ferner die Stärke des Gemisches unter allen Bedingungen aufrechtzuerhalten, muss die Einlassluft gedrosselt werden, was Pumpverluste und eine weitere Erhöhung des Kraftstoffverbrauches, der zum Aufrechterhalten einer äquivalenten Leistung erforderlich ist, bewirkt. Diese Verluste treten insbesondere bei geringer Last oder Teillast auf, was die vorherrschenden Betriebsbedingungen von Kraftfahrzeugmaschinen sind. Typischerweise bietet die Umrüstung von Dieselmaschinen auf stöchiometrische oder magere Verbrennung von Erdgas mit Funkenzündung eine deutliche Reduktion schädlicher Emissionen, führt jedoch zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs.
  • (2) Betanken von Dieselmaschinen mit vorgemischter Luft und Erdgas Steuerzündung
  • Bei diesem Verfahren wird das Erdgas im allgemeinen der Einlassluft zugemischt und tritt durch die Einlassöffnungen oder das Ventil in die Brennkammer ein. Das Gemisch wird nahe dem oberen Totpunkt durch Einspritzen von Steuerdieselkraftstoff (Zünd-Dieselkraftstoff) gezündet. Bei diesem Verfahren gibt es jedoch grundsätzliche Komplikationen:
    • 1. Bei niedriger Last mit ungedrosseltem Dieselbetrieb ist das Gaskraftstoff- und Luft-Gemisch für eine zufriedenstellende Verbrennung zu mager. Der Kraftstoffverbrauch steigt unter diesen Bedingungen an, wobei die Kohlenwasserstoffemissionen ebenfalls ansteigen. Abhilfemaßnahmen für diese Situation umfassen:
    • a. Rückkehr zum Dieselkraftstoffbetrieb bei geringen Lasten – in bestimm ten Anwendungen, bei denen wesentliche Teillastbedingungen existieren, hebt diese Abhilfemaßnahme den Zweck der Kraftstoffsubstitution auf.
    • b. Drosseln der Einlassluft, was kompliziert ist, wenn die Maschine mit Turboladern ausgestattet ist, aufgrund der Gefahr eines Kompressorstoßes (obwohl dies bei modernen, elektronisch geregelten Abgasklappen vermieden werden kann). In jedem Fall beseitigt eine solche Drosselung einen inhärenten Vorteil des Dieselbetriebs.
    • c. Überspringzündung, was nicht die Zündung der Zylinder bei jedem Zyklus sondern, bei jedem zweiten Zyklus umfasst. Dieses Verfahren erlaubt gewöhnlich, keinen gleichmäßigen Maschinenbetrieb, insbesondere bei Vierzylindermaschinen, und ist üblicherweise zu instabil für den Leerlauf, der einen direkten Dieselbetrieb erfordert.
    • 2. Da während der Kompression ein vorgemischtes Kraftstoff-Luft-Gemisch existiert, besteht die Gefahr des Klopfens (einer unkontrollierten Verbrennung des Gemisches) mit einer möglichen Maschinenbeschädigung. Somit kann eine Reduktion des Kompressionsverhältnisses erforderlich sein. Wenn eine Reduktion des Kompressionsverhältnisses gewählt wird, wird die Maschineneffizienz geopfert. Wenn das Kompressionsverhältnis aufrechterhalten wird, muss die unter der jeweiligen Bedingung verwendete Menge an Erdgas begrenzt werden, so dass das gebildete Gemisch nicht zum Klopfen neigt. Dies bedeutet, dass mehr Dieselkraftstoff verwendet werden muss, um Fälle mit hoher Last zu unterstützen.
  • Dieses Steuerzündungsverfahren und das vorher beschriebene Funkenzündungsverfahren sind für Zweitaktmaschinen kaum geeignet, da eine wesentliche Menge der Einlassladung in Zweitaktmaschinen durch das Auslassventil hinausströmt und verschwendet wird. Um diese Überströmung zu vermeiden, und um die Verbrennungseigenschaften bei geringer Last zu verbessern, wurde vorgeschlagen, das Erdgas direkt in die Brennkammer einzuspritzen, nachdem alle Ventile oder Öffnungen geschlossen worden sind, jedoch noch ein relativ geringer Druck vorherrscht. Dies ergibt zusätzliche Schwierigkeiten, da eine neue Einspritzsystemsteuerung erforderlich ist, Modifikationen am Kopf oder Motorblock erforderlich sind und eine Dosierung des gasförmigen Kraftstoffes und die Sicherstellung der Schichtung schwierig sind.
  • Soweit bekannt ist, hat sich das zweite Verfahren als fähig erwiesen, die Effizienz über einen weiten Bereich von Last und Drehzahlen aufrechtzuerhalten, indem nur eine wesentliche Menge an Dieselkraftstoff zurückbehalten wird, um die obigen Probleme zu kompensieren.
  • 3) Direkteinspritzung von Erdgas in Dieselmaschinenzylinder
  • Der große Vorteil der direkten Einspritzung von Kraftstoff in die Maschinenzylinder im Dieselbetrieb ist, dass sie über den gesamten Lastbereich eine effiziente und stabile Verbrennung erlaubt. Dies liegt daran, dass die Verbrennung in lokalen Regionen stattfindet, in denen das Kraftstoff-Luft-Verhältnis innerhalb der vorgeschriebenen Entflammbarkeitsgrenzen liegt. Erdgas hat gegenüber Dieselkraftstoff den Vorteil, dass es keine Zerstäubung in Mikrotröpfchen erfordert und somit keine sehr hohen Einspritzdrücke erfordert. Für die Dieseleinspritzung sind Drücke von etwa 1.000 at für den effizientesten Betrieb erforderlich. Für Erdgas sind Drücke von 200 at ausreichend. Die Hauptschwierigkeit bei der direkten Einspritzung von Erdgas besteht darin, dass das Gas bei dem typischen Temperatur- und Druckbereich einer Dieselmaschine nicht selbst zündet, wie es Dieselkraftstoff tut. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, muss eine weitere Zündquelle vorgesehen sein. Beispiele von Zündquellen sind eine bestimmte kleine Menge an selbstzündendem Steuerdieselkraftstoff, der mit oder separat von dem Erdgas eingespritzt wird, Glühkerzen oder heisse Oberflächen und dergleichen. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es wünschenswert, die an der Maschine erforderlichen Modifikationen zu begrenzen. Diesbezüglich ist eine Zündquelle vorteilhaft, die durch einen einzigen Injektor mit dem Erdgas oder anderen gasförmigen Kraftstoffen eingespritzt werden kann.
  • Überblick über den Stand der Technik
  • Der erfolgreiche Betrieb von Dieselmaschinen mit großer Bohrung und direkter Einspritzung von komprimiertem Erdgas wurde in Nordamerika demonstriert, wie in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben ist:
    • 1. J. F. Wakenell, G. B. O'Neal und Q. A. Baker, "High Pressure Late Cycle Direct Injection of Natural Gas in a Rail Medium Speed Diesel Engine", SAE Technical Paper 872041;
    • 2. M. L. Willi, B. G. Richards, "Design and Development of a Direct Injected, Glow Plug Ignition Assisted, Natural Gas Engine", ICE, Bd. 22, Heavy Duty Engines: A look at the Future, ASME 1994; und
    • 3. D. P. Meyers, G. D. Bourn, J. C. Hedrick, J. T. Kubesh, "Evaluation of Six Natural Gas Systems for LNG Locomotive Applications", SAE Technical Paper 972967.
  • Meyers u. a. am South West Research Institute demonstrierten die Überlegenheit der Direkteinspritzung von Erdgas gegenüber anderen Mitteln der Betankung einer Lokomotivenmaschine mit Erdgas. Die Direkteinspritzung von Erdgas führt zum besten thermischen Wirkungsgrad für die beabsichtigte Reduktion von Stickoxidemissionen. Sie verwendeten zwei Injektoren, um die Einspritzung der zwei Kraftstoffe zu bewerkstelligen. Der Gasinjektor wurde hydraulisch betätigt und elektronisch gesteuert und war in einem Winkel in der Brennkammer montiert. Es wurde der ursprüngliche Dieselkraftstoffinjektor verwendet, jedoch mit kleineren Löchern, um die Menge des eingespritzten Dieselstrahlkraftstoffes zu reduzieren.
  • Die Arbeit von Wakenell u. a., ausgeführt am South West Research Institute, verwendet die direkte Einspritzung von Erdgas in eine Lokomotiven-Zweitakt-Dieselmaschine mit großer Bohrung (8,5 Zoll). Das Erdgas wurde in flüssiger Form (LNG) gespeichert und anschließend mit hohen Drücken von 5.000 psi (340 at) gepumpt. Die volle Nennleistung wurde mit weniger als 2 % Steuerdieselkraftstoff (98 % Erdgas) erreicht, wobei der thermische Wirkungsgrad etwas weniger als 100 % des Dieselbetriebes betrug. Der Gasinjektor ersetzte den Dieselinjektor, wobei ein kleiner Dieselinjektor im "Testhahn"-Loch im Zylinderkopf installiert wurde. Der Gasinjektor war ein hydraulisch betätigter Gasinjektor, wobei der hohe Druck mittels einer unabhängigen Hydraulikpumpe zugeführt wurde.
  • Willi und Richards bei Caterpillar demonstrierten die Möglichkeit der Verwendung von Glühkerzen zum Zünden des direkt eingespritzten Erdgases in einer Dieselmaschine. Die Ergebnisse zeigten gleiche oder bessere thermische Wirkungsgrade und Stickoxidemissionen sowie reduziertes Partikelmaterial. Der für diese Anmeldung verwendete Injektor ist ein modifizierter HEUI-Injektor von Caterpillar (der Gegenstand der SAE-Papiere 930270 und 930271 ist und folglich in den US-Patenten 5.181.494 und 5.191.867 und 5.245.970 und 5.143.291). Der Injektor, der nur für die Gaseinspritzung ausgelegt ist, enthält einen Mechanismus zum Formen der Injektionsrate der gasförmigen Injektion. Drucköl wird von einer gewöhnlichen Pumpe zugeführt und innerhalb des Injektors verstärkt. Es scheint kein Mittel zum Injizieren eines Steuerkraftstoffes oder irgendeine Druckbegrenzungsvorrichtung vorhanden zu sein.
  • Die folgenden norwegischen Publikationen offenbaren die Einspritzung von gasförmigen Kraftstoff in Dieselmaschinen:
    • 1. P. M. Einang, S. Korea; R. Kvamsdal, T. Hansen und A. Sarsten, "High-Pressure, Digitally Controlled Injection of Gaseous Fuel in a Diesel Engine, with Special Reference to Boil-Off from LNG Tankers", Proceedings CIMAC Conf., Juni 1983;
    • 2. P. M. Einang, N. Engja, H. Vestergren, "Medium Speed 4-stroke Diesel Engine Using High Pressure Gas Injection Technology", Proceedings CIMAC Conf., 1987.
  • Einang. u. a. [1983] in Norwegen führten Tests durch, bei denen die direkte Einspritzung von Erdgas in eine Zweitakt-Marinedieselmaschine durch einen separaten Gasinjektor verwendet wurde, wobei der ursprüngliche Dieselkraftstoffinjektor für die Steuerzündung verwendet wurde. Mit 73 Erdgasanteil war der thermische Wirkungsgrad der mit Erdgas betankten Maschine etwas besser als bei Dieselbetankung. Die NOx-Emissionen wurden um etwa 24 % reduziert. Es wurden keine Einzelheiten über den Gasinjektor angegeben. Die anschließende Arbeit [1987] nutzte die direkte Einspritzung von Erdgas mit Steuerdieselkraftstoff in einer Viertaktmaschine.
  • Es wurde ein kombiniertes Gas/Öl-Einspritzventil verwendet, jedoch sind keine Einzelheiten dieses Injektors in der Publikation offenbart.
  • In Finnland ist die folgende Publikation von Interesse:
    • 1. R. Verstergren, "The Merits of the Gas-Diesel Engine", ASME ICE, Bd. 25-3, 1995.
  • Die finnische Arbeit bei Wartsila Diesel International bezieht sich auf die Verwendung von direkt eingespritztem Erdgas mit Steuerdieselkraftstoff und zeigt das Potential der Technik, um Erdgas zu verwenden, während die hohe Ausgangsleistung von Dieselmaschinen aufrechterhalten wird. Dualkraftstoffinjektoren sind im Papier nicht genauer erläutert, erscheinen jedoch in mehreren Patenten, wie später beschrieben wird.
  • Aus Japan und Dänemark sind die folgenden Veröffentlichungen von Interesse:
    • 1. M. Miyake, Y. Endo, T. Biwa, S. Mizuhara, O. Grone, P. S. Pendersen, "Recent Developement of Gas Injection Diesel Engines", CIMAC Conf., Warschau, 1987;
    • 2. T. Biwa, O. Beppu, P. S. Pendersen, O. Grone, O. Schnohr, M. Fogh, "Developement of the 28/32 Gas Injection Engine", MAN B&W;
    • 3. M. Miyake, T. Biwa, Y. Endoh, M. Shimotsu, S. Murakami, T. Komoda, "The Developement of High Output, Highly Efficient Gas Burning Diesel Engines", 15th CIMAC Conference, Paris, 1983, Proceedings Bd. A2, S. 1193-1216;
    • 4. T. Fukuda, T. Komoda, K. Furushima, M. Yanagihara, Y. Ito, "Developement of Highly Efficient Gas Injection Diesel Engin with Glow Plug Ignition Assist for Cogeneration Systems", JSME-ASME International conference in Power Engineering, ICOPE-93.
  • Die japanische Arbeit von Miyake u. a. (Mitsui Engineering and Shipbuilding Co.) zeigte gute Ergebnisse mit einer äquivalenten Maschineneffizienz bei 85 % Maschinenlast unter Verwendung von 5 % Steuerdieselkraftstoff in einer großen Dieselmaschine (420 mm Bohrung). Es wurden zwei Einspritzsysteme präsentiert; das erste nutzt zwei separate Injektoren. In diesem Beispiel wird ein Gasinjektorentwurf beschrieben, der auf einer hydraulisch betätigten Nadel beruht. Die Hydraulikbetätigungsquelle ist eine maschinenbetriebene Aktuatorpumpe. Ein Einzelinjektorentwurf, der sowohl den Steuerdieselkraftstoff als auch das Erdgas einspritzen kann, wird ebenfalls präsentiert. Der Injektor wird ebenfalls durch eine externe Druckölquelle betätigt und beruht auf konzentrischen Nadeln. Die schematischen Entwürfe enthalten keine Druckbegrenzung. Ferner ist der Entwurf für kleinere Dieselmaschinen nicht gut geeignet, da die Nadelsitze sieh nicht an der Spitze des Injektors. befinden. Dies bedeutet, dass eine wesentliche Menge an Kraftstoff im Injektor bleibt und spät im Expansionshub eingespritzt werden kann. Diese Situation ist bei einer Maschine mit einem hohen Kraftstoffverbrauch nicht sehr wichtig, führt jedoch in einer kleineren Maschine, die von Leerlauf bis zur Nenndrehzahl betrieben wird, auch zu, erhöhten Verschmutzungsemissionen und zu einem Verlust an Wirkungsgrad.
  • Dieselben japanischen Autoren präsentierten im Jahr 1987 weitere Verfeinerungen und Tests. Ein neu kombinierter Injektor wurde auf der Grundlage zweier separater Nadelventile präsentiert, die stromaufseitig der Injektorspitze angeordnet sind, wobei eine den Steuerdieselkraftstoff kontrolliert und die andere das Erdgas kontrolliert. Wie oben erwähnt worden ist, ist dieser Entwurf nicht gut für kleinere Maschinen geeignet, aufgrund der Kraftstoffmenge, die zwischen dem Nadelventil und der Injektorspitze festsitzt, was zu einer Späteinspritzung führt. Ferner ist es schwierig, eine feine Zerstäubung des Steuerdieselkraftstoffes mit einem Nadelventil zu bewerkstelligen, das von der Spitze abgesetzt angeordnet ist.
  • Das Mitsui-Konstruktionsteam hat ferner ein System getestet, das die direkte Einspritzung von Erdgas nur mit Glühkerzenzündung verwendet. In diesem Fall wurde ein Gaseinspritzventil verwendet, jedoch bietet das schematische Diagramm wenig Informationen über das Nadelventil, das mittels Hochdrucköl betätigt wird, welches von einer externen Pumpe geliefert wird.
  • Die Arbeit des japanischen und des dänischen Teams an der 28/30-Maschine (MAN B&W Diesel und Mitsui) weist ebenfalls einen einzelnen Injektor auf, der Steuerdieselkraftstoff und Erdgaskraftstoff handhaben kann. Hier beruht der Entwurf auf zwei separaten Nadelventilen, die stromaufseitig von der Düse angeordnet sind. Der Entwurf weist Hochdrucköl als Mittel zum Einschließen des Hochdruckerdgases auf. Die 28/32-Maschine ist eine Maschine mit ziemlich großer Bohrung (280 mm), die für Generatoren und in Marineanwendungen verwendet wird. Das Betätigungsöl wurde ebenfalls von einer unabhängigen Pumpe zugeführt. Der Injektorentwurf enthält ein Nadelventil gut stromaufseitig der Düse, was für kleinere Maschinen ungeeignet ist, wie vorher erläutert wurde.
  • Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine sind seit vielen Jahren bekannt. Mehrere Patente offenbaren Kraftstoffinjektoren:
    Das US-Patent Nr. 4.543.930, von Baker, offenbart eine Maschine, die einen Hauptkraftstoffinjektor und einen Steuerkraftstoffinjektor enthält. Der Steuerkraftstoff und der Hauptkraft können derselbe Kraftstoff sein. Der Steuerinjektor injiziert zwischen 5 und 15 % des gesamten Kraftstoffes zu verschiedenen Zeitpunkten, in Abhängigkeit von der Menge des injizierten Steuerkraftstoffs, der Kraftstoffcetanzahl und der Drehzahl und Last. Der Steuerkraftstoffinjektor ist in Richtung zur Mittellinie des Dieselzylinders und in einem Winkel zur Richtung der Oberseite des Kolbens gerichtet. Dies meidet die Wände des Zylinders. Die Schichtung des früh eingespritzten Steuerkraftstoffs ist erforderlich, um die Kraftstoff-Luft-Mischrate zu reduzieren, einen Verlust an Steuerkraftstoff an Löschzonen zu verhindern und das Kraftstoff-Luft-Gemisch davor zu bewahren, zu mager zu werden, um wirksam zu werden. Der Steuerkraftstoffinjektor kann ein einzelnes Loch zum Einspritzen des Kraftstoffes enthalten und ist auf etwa 48° unterhalb des Kopfes des Zylinders gerichtet.
  • Das US-Patent Nr. 4.416.229, von Wood, offenbart ein System, bei dem Dieselkraftstoff dem Hohlraum eines Injektors an einer Stelle nahe dem Ventilsitz zugeführt wird. Alternativ wird Kraftstoff dem Hohlraum des Injektors zugeführt. Der Dieselkraftstoff wird mit einem relativ niedrigen Druck zugeführt, der das Ventilelement nicht in die offene Position bewegt. Der alternative Kraftstoff wird mit einem relativ hohen Druck zugeführt, der ausreicht, um das Ventilelement in die offene Position zu bewegen, in Intervallen unmittelbar vor der Bewegung des Kolbens des Zylinders der Brennkammer, in die der Kraftstoff eingespritzt werden soll, in eine hohe Zentralposition während seines Kompressionshubes. Die Kraftstoffzufuhr verhindert den Rückfluss des Kraftstoffes und hält somit den Hohlraum mit Kraftstoff gefüllt, mit Ausnahme dann, wenn alternativer Kraftstoff innerhalb des Hohlraums durch die Zufuhr von Dieselkraftstoff verdrängt wird. Eine Schwade beider Kraftstoffe mit dem Dieselkraftstoff an der Spitze wird in die Kammer eingespritzt, um dem Dieselkraftstoff zu ermöglichen, durch die Kompression in der Kammer gezündet zu werden, wobei der alternative Kraftstoff durch den Dieselkraftstoff gezündet wird.
  • Das US-Patent Nr. 4.724.801, von Kelgard, offenbart eine Dual-Kraftstoff-Maschine, die mit direktem Dieselkraftstoff oder mit gasförmigem Kraftstoff und Steuereinspritzung von Dieselkraftstoff betrieben wird. Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Dual-Kraftstoff-Maschinen für die Verwendung in Straßenfahrzeugen, hat jedoch auch andere Anwendungsgebiete. Die Erfindung betrachtet ferner die Verwendung von Wärme von Kühlwasser von den Hüllen der Maschine, um einen flüssigen Kraftstoff in einen gasförmigen Zustand zu verdampfen, welcher anschließend direkt in die Zylinder der Maschine während des Betriebs im Dual-Kraftstoff-Zyklus eingespritzt wird.
  • Das US-Patent Nr. 5.067.467, von Hill u. a., offenbart eine neuartige Vorrichtung zum Komprimieren und Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff von. einer Gaskraftstoffzuführung mit variablem Druck in eine Kraftstoffaufnahmevorrichtung. Der Verstärkungsinjektor komprimiert und injiziert gasförmigen Kraftstoff von einer Quelle mit veränderlichem Druck in den Zylinder einer Maschine mit Zwangsverdrängung. Der Verstärkungsinjektor für gasförmige Kraftstoffe in einer Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Vorrichtung, die ein komprimiertes Gas von der Kammer der Verbrennungskraftmaschine oder ein komprimiertes Fluid oder Gas von einem externen Kompressor nutzt, um ein Verstärkungsmittel anzutreiben, das den Druck des Kraftstoffgases, das der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird, für eine schnelle Spätzykluseinspritzung in den Zylinder der Verbrennungskraftmaschine anhebt. In dieser Vorrichtung werden der gasförmige Kraftstoff und der flüssige Steuerkraftstoff miteinander vermischt und durch dieselben Löcher eingespritzt.
  • Das US-Patent Nr. 5.315.973, von Hill u. a., offenbart eine verwandte Vorrichtung zum Komprimieren und Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff aus einer Gaskraftstoffzuführung mit veränderlichem Druck in die Kraftstoffaufnahmevorrichtung. Der Verstärkungsinjektor für gasförmige Kraftstoffe in einer Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Mechanismus, der das komprimierte Gas von einem externen Kompressor nutzt, um ein Verstärkungsmittel anzutreiben, das den Druck des der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Brennstoffgases für eine schnelle Spätzykluseinspritzung in den Zylinder der Verbrennungskraftmaschine anhebt. In dieser Vorrichtung werden der gasförmige Kraftstoff und der flüssige Steuerkraftstoff miteinander vermischt und durch dieselben Löcher eingespritzt.
  • Das US-Patent Nr. 5.329.908, von Tarr u. a., offenbart einen verwandten Kraftstoffinjektor, der einen Gasakkumulator mit einem Volumen aufweist, der wenigstens gleich dem zehnfachen der maximalen Kraftstoffmenge ist, die hierdurch einspritzbar sein muss. Ein solenoidbetätigtes Tellerventil mit einer Stirnfläche, die sich in den Verbrennungszylinder öffnet und die so geformt ist, dass sie einen Teil des eingespritzten Kraftstoffes in direkten Kontakt mit der Zündkerze bringt, wird ebenfalls offenbart. In einer ersten Ausführungsform, die eine veränderliche Kraftstoffzuführung verwendet, steuert eine elektronische Steuereinheit (ECU) den Einspritzzeitpunkt, um das komprimierte Gas in die jeweiligen Zylinder einzuspritzen, wenn die jeweiligen Kolben der Zylinder sich ihren oberen Totpunkten nähern, um dieselmaschinenartige Wirkungsgrade zu erreichen, solange der Zuführungsdruck des komprimierten Gases ausreichend hoch ist. Wenn der Zuführungsdruck des komprimierten Gases für den hocheffizienten Betrieb zu niedrig wird, ändert die ECU die Betriebsweise, so dass der Kraftstoff in die Maschine eingespritzt wird, wenn der Kolben sich nahe seinem unteren Totpunkt befindet, so dass er mit der Luft vor der Zündung gemischt werden kann, um ottomotorartige Wirkungsgrade zu erzeugen.
  • Baker (US-Patent Nr. 4.543.930) und Kelgard (US-Patent Nr. 4.472.801) verwenden zwei Injektoren anstelle des einen, wie in der vorliegenden Anmeldung. Wood (US-Patent Nr. 4.416.229), Hill u. a. (US-Patent Nr. 5.067.467) und Hill u. a. (US-Patent Nr. 5.315.973) injizieren die zwei Kraftstoffe gemeinsam statt separat wie in der vorliegenden Anmeldung: Tarr u. a. (US-Patent Nr. 5.329.908) verwendet eine Solenoidbetätigung nur eines Gasinjektors.
  • Wartsila Diesel International Oy, Finnland, besitzt die folgenden Patente und Patentanmeldungen, die sich auf Dual-Kraftstoff-Injektoren beziehen:
    • 1. Europäische Patentanmeldung 92305415.9, eingereicht, am 12. Juni 1992 mit dem Titel "Improved Fuel Injection Valve Arrangement and Engine Using Such an Arrangement";
    • 2. US-Patent Nr. 5.199.398, eingereicht am 8. Juni 1992 mit dem Titel "Fuel Injection Valve Arrangement";
    • 3. EP0778410, eingereicht am 12. Juni 1996, mit dem Titel "Injection Valve Arrangement for an Internal Combustion Engine";
    • 4. EP0787900, eingereicht am 28. Januar 1997, mit dem Titel "Injection Valve Arrangement";
    • 5. EP0718489, eingereicht am 12. Juni 1996, mit dem Titel "Injection Valve Arrangement for an Internal Combustion Engine"; und 6. US-Patent Nr. 5.060.610, eingereicht am 21. September 1990, mit dem Titel "Combustion Process for Internal Combustion Engine Using Gaseous Fuel".
  • Das US-Patent Nr.5.199.398, von Nylund, und das europäische Patent Nr. 0.520.659 A1, von Nylund, offenbaren eine Kraftstoffeinspritzventilanordnung für sogenannte Dual-Kraftstoff-Maschinen, die eine Steuerkraftstoffnadel und ein axial bewegliches, im wesentliches hohles Ventilelement verwenden, das die Einspritzung eines gasförmigen Kraftstoffes erlaubt. Die zwei Nadeln sind separat steuerbar.
  • Das europäische Patent Nr. 0.778.410, von Nylund, offenbart eine Einspritzventilanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, die eine Steuernadel und wenigstens zwei Ventile für die Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffes verwendet. Die Steuerkraftstoffeinspritzung wird außerhalb des Injektors gesteuert, während ein Hauptventil dem Hydraulikfluid gestattet, die Gasnadeleinspritzventile zu betätigen.
  • Das europäische Patent Nr. 0.718.489 A1, von Hellen, offenbart eine Einspritzanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, die eine Steuernadel und ein separat steuerbares Ventil für die Einspritzung eines verschiedenen Mediums verwendet. Die Steuerkraftstoffeinspritzung wird außerhalb des Injektors gesteuert, während ein Hauptventil den Zugang von Hydraulikfluid steuert, um das Einspritzventil für das verschiedene Medium zu betätigen.
  • Das europäische Patent Nr. 0.787.900, von Jay und Prillwitz, offenbart eine Einspritzventilanordnung mit zwei Einspritzventilen zum Einspritzen eines zusätzlichen Druckmediums in die Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine.
  • Nylund (U.S. 5.199.398, EP 0 .520.659 A1, EP 0.778.410), Hellen ( EP 0 .718.489 A1), sowie Jay und, Prillwitz ( EP 0 .787.900), verwenden zwei verschiedene Quellen eines Betätigungsfluids für die Betätigung des gewöhnlichen flüssigen Kraftstoffs und diejenige des Zusatzkraftstoffs. In der vorliegenden Anmeldung wird eine einzelne Quelle eines Hydraulikfluids betrachtet. Ferner wird die Dosierung des flüssigen Kraftstoffs oder Steuerkraftstoffs in den obigen Patenten außerhalb des Injektors durchgeführt, während sie in der vorliegenden Anmeldung intern durchgeführt wird. Ferner braucht die obige Offenbarung nicht auf einer Druckbegrenzungsvorrichtung beruhen, die in der vorliegenden Anmeldung benötigt wird.
  • Die folgenden Patente der Vereinigten Staaten offenbaren Dual-Kraftstoff-Injektoren und Einheitsinjektoren für die Verwendung mit Kolbenverdrängungsmaschinen:
  • Dual-Kraftstoff-Injektoren
  • 4.736.712 offenbart einen selbstspülenden Dual-Kraftstoff-Injektor, der sequentiell zwei Kraftstoffe durch dieselbe Reihe von Löchern einspritzt. Da dieselbe Reihe von Löchern für beide Kraftstoffe verwendet wird, müssen die Kraftstoffe eine ähnliche Dichte aufweisen, um eine vernünftige Einspritzdauer zu erhalten. Die offenbarte Erfindung beschreibt nicht die Betätigung der verwendeten Nadel.
  • Die EP-Patentanmeldung 0 546 985, die das neueste Dokument des Standes der Technik ist, aus dem die vorliegende Erfindung hervorgeht, offenbart eine hydraulisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die unter anderem für das Einspritzen eines Hauptkraftstoffes in Form eines Gases und eines Steuerkraftstoffes in Form eines Dieselkraftstoffes verwendet wird. Diese bekannte Einspritzvorrichtung weist ein Injektorgehäuse auf, das eine Ventilkammer mit einer Injektordüse an dem Ende nahe der Brennkammer definiert, wobei die Injektordüse wenigstens eine Öffnung in die Brennkammer aufweist. Außerdem ist ein erstes verschiebbares Einspritzventil innerhalb der Ventilkammer vorgesehen und in Schließstellung gegen einen Ventilsitz gedrängt, der. in der Ventilkammer zum Einspritzen eines Hauptkraftstoffs in die Brennkammer ausgebildet ist. Ein zweites verschiebbares Einspritzventil ist ebenfalls innerhalb der Ventilkammer vorgesehen und in Schließstellung gegen einen Ventilsitz gedrängt, der in der Ventilkammer zum Einspritzen eines Steuerkraftstoffs in die Brennkammer ausgebildet ist. Mehrere Öffnungen zum Einleiten eines Hauptkraftstoffes, eines Steuerkraftstoffes und eines Hydraulikmittels sind ebenfalls in der Ventilkammer vorgesehen. Die Einspritzung des Steuerkraftstoffs und des Hauptkraftstoffs wird mittels verschiedener Steuerpumpen ausgeführt, d. h. das Gas als Hauptkraftstoff wird von einem Kompressor unter Druck gesetzt, während der Dieselkraftstoff als Steuerkraftstoff durch eine Injektorpumpe unter Druck gesetzt wird.
  • Einheitsinjektoren
  • 5.558.067 zeigt ein Doppelpuls-Elektronik-Einheitsinjektor-Solenoidventil zum Füllen der Steuerkammer vor der Dosierkammer.
  • 5.245.970 zeigt ein Anlasserreservoir und eine Volumenkompensationsvorrichtung für ein hydraulisches Einheitsinjektor-Kraftstoffsystem.
  • 5.191.867 offenbart ein hydraulisch betätigtes, elektronisch gesteuertes Einheitsinjektor-Kraftstoffsystem mit veränderlicher Steuerung des Betätigungsfluiddrucks.
  • 5.181.494 zeigt einen hydraulisch betätigten, elektronisch gesteuerten Einheitsinjektor mit hubgesteuertem Kolben und Betriebsverfahren.
  • 5.143.291 zeigt einen zweistufigen, hydraulischen, elektrisch gesteuerten Einheitsinjektor.
  • 5.096.121 offenbart einen zweistufigen, hydraulischen, elektrisch gesteuerten Einheitsinjektor. 4.811.715 zeigt einen elektronischen Einheitsinjektor.
  • 4.699.320 zeigt einen einzelnen Solenoid-Einheitsinjektor.
  • 4.531.672 offenbart einen solenoidbetätigten Einheitsinjektor mit ausgeprägten Steuer-, Dosierungs- und Einspritzperioden.
  • 4.494.696 offenbart einen Einheitsinjektor.
  • 4.427.152 zeigt einen druck-zeit-gesteuerten Einheitsinjektor.
  • 4.418.867 zeigt einen elektronisch gesteuerten Einheitsinjektor.
  • 4.420.116 offenbart einen Einheitsinjektor, der eine hydraulisch gesteuerte Zeitsteuerung und eine Kraftstoffabschaltung verwendet.
  • 4.402.456 zeigt einen Doppeldeponie-Einzelsolenoid-Einheitsinjektor.
  • 4.235.374 offenbart einen elektronisch gesteuerten Diesel-Einheitsinjektor.
  • Die obigen Patente beziehen sich hauptsächlich auf Flüssigkraftstoffinjektoren, und teilen nicht dieselben Anforderungen für eine Druckbegrenzungsvorrichtung und eine DualßKraftstoff-Fähigkeit wie diejenigen, die in dieser Anmeldung präsentiert werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung ist auf eine hydraulisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung gerichtet, wie in Anspruch 1 beansprucht ist.
  • Der Betätigungsmechanismus kann durch die Kolbenverdängungsmaschine oder eine maschinenbetriebene Vorrichtung betätigt werden und kann elektrisch oder mechanisch betrieben werden. Der Betätigungsmechanismus kann einen ansteigenden Hydraulikimpuls erzeugen, um die Einspritzventile zu bewegen, und kann eine Zeitsteuerung zur Erzeugung des Impulses zu einem vorgegebenen Zeitpunkt enthalten.
  • Eine Pumpe kann einen ansteigenden Hydraulikdruckimpuls für eine vorgegebene Zeit und eine Dauer erzeugen, um somit die Einspritzventile zu betätigen. Die Pumpe kann maschinengetrieben oder elektrisch angetrieben sein. Der Einspritzzeitpunkt und die Menge des eingespritzten Kraftstoffes können mittels eines elektrisch oder mechanisch betätigten Ventils reguliert werden.
  • Ein Hydraulikfluid kann über ein elektrisch oder mechanisch betätigtes Ventil, dessen Position den Zeitpunkt und die Dauer bestimmen kann, in die Einspritzvorrichtung geleitet werden. Ein Hydraulikfluid, das einen von einer Pumpe zu einem vorgegebenen Zeitpunkt und mit einer vorgegebenen Dauer erzeugten ansteigenden Druckimpuls führt, kann durch eine Öffnung in den Injektor geleitet werden. Ein Nocken- und Kolbenmechanismus, der von der Maschine angetrieben wird, kann das Hydraulikfluid unter Druck setzen.
  • Die Druckbegrenzungsvorrichtung kann ein Rückschlagventil sein. Die Druckbegrenzungsvorrichtung kann eine Überlauföffnung umfassen, die geöffnet werden kann, wenn sich das Einspritzventil an einer vorgegebenen Stelle vorbeibewegt.
  • Jedes der Einspritzventile kann eine Nadel sein, die sich von einer geschlossenen in eine offene Position hin und her bewegt, um zu erlauben, dass Kraftstoff durch die Einspritzvorrichtung in eine Brennkammer der Maschine gelangt, wenn der Druck des Hydraulikfluids den vorgegebenen Pegel erreicht. Wenn sich die Nadel in eine offene Position bewegt, wenn der Druck des Hydraulikfluids den vorgegebenen Pegel erreicht, kann der Kraftstoff durch die Löcher in einer Spitze einer Düse strömen.
  • Der Injektor bzw. die Einspritzvorrichtung kann einen Steuerkraftstoff und einen Hauptkraftstoff in die Maschine einspritzen. Der Steuerkraftstoff kann eine Flüssigkeit sein, während der. Hauptkraftstoff ein Gas sein kann. Der Injektor kann Steuerdieselkraftstoff und Erdgas als Hauptkraftstoff in die Maschine einspritzen.
  • Der Injektor kann ein zweites Einspritzventil zum Einspritzen von Steuerkraftstoff in die Maschine enthalten. Der Injektor kann eine zweite Nadel zum Einspritzen von Steuerkraftstoff in die Maschine enthalten. Der Injektor kann zwei Kraftstoffe in die Maschine durch separate Öffnungen einspritzen. Der Injektor kann eine Steuerkraftstoffdosierungsvorrichtung enthalten.
  • Das unter Druck stehende Hydraulikfluid kann eine Steuernadelfeder überwinden, wodurch die Steuerkraftstoffnadel geöffnet werden kann und Steuerkraftstoff in die Brennkammer der Maschine geleitet werden kann. Die Steuernadelfeder kann die Steuernadel schließen, wenn der Druck des Hydraulikfluids unter einen zweiten vorgegebenen Druck fällt, wodurch die Steuerkraftstoffeinspritzung beendet wird.
  • Die Steuerkraftstoffdosierungsvorrichtung kann eine Einlassöffnung enthalten, die den Injektor füllen kann und die verschlossen werden kann, wenn ein verschiebungsbegrenzter Kolben in eine Position bewegt wird, die die Einlassöffnung abdeckt. Die Steuerkraftstoffdosierungsvorrichtung kann einen verschiebungsbegrenzten Kolben und eine Rückholfeder zum Zurückholen des Kolbens in seine Ausgangsstellung, sobald die Einspritzung abgeschlossen ist, enthalten. Die Steuerkraftstoffdosierungsvorrichtung kann ein Einlassventil enthalten, das ermöglichen kann, dass das Hydraulikfluid bei Bedarf zwischen der Dosierungsvorrichtung und dem Steuernadelventil wieder aufgefüllt wird.
  • Die zwei Kraftstoffe können in die Maschine mit einem konzentrischen Doppelnadeleinspritzsystem oder mittels eines Doppelnadelsystems mit nebeneinander angeordneten Nadeln eingespritzt werden.
  • Das Einspritzventil kann an einem Ende des Injektors nahe einer Brennkammer der Maschine angeordnet sein. Die Nadel kann an einem Ende des Injektors nahe einer Brennkammer der Maschine angeordnet sein.
  • Eine oder mehrere Komponenten des Injektors können durch Hydraulikfluiddichtungen gegeneinander abgedichtet sein.
  • Der Steuerkraftstoff kann Dieselkraftstoff sein, der als Hydraulikfluid dienen kann.
  • Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Kolbenverdrängungsmaschine gerichtet, wie in Anspruch 24 beansprucht ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen, die spezifische Ausführungsformen der Erindung darstellen, die jedoch nicht als den Erfindungsgedanken oder Umfang der Erfindung einschränkend aufgefasst werden sollen, zeigen:
  • 1 und 2 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Injektors für nur den Hauptkraftstoff mit einer externen Hydraulikbetätigungsquelle für zwei verschiedene Mechanismen der Druckbegrenzungsvorrichtung, wobei diese Ausführungsform nicht zu der hier offenbarten Erfindung gehört und verwendet wird, um das Verständnis der Erfindung zu unterstützen;
  • 3 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Injektors für nur den Hauptkraftstoff mit einer internen Quelle einer elektronisch gesteuerten Hydraulikbetätigung, wobei diese Ausführungsform nicht zu der hier offenbarten Erfindung gehört und verwendet wird, um das Verständnis der Erfindung zu unterstützen
  • 4 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Injektors für Hauptkraftstoff und Steuerkraftstoff mit einer externen Hydraulikbetätigungsquelle und mit einer Steuervolumenkontrollvorrichtung und mit konzentrischer Doppelnadelanordnung;
  • 5 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Injektors für gasförmigen Kraftstoff und Steuerkraftstoff mit einer internen Quelle der elektronisch gesteuerten Hydraulikbetätigung und mit einer Steuervolumenkontrollvorrichtung und mit konzentrischer Doppelnadelanordnung;
  • 5a eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Injektors für Hauptkraftstoff und Steuerkraftstoff mit einer internen Quelle der mechanisch gesteuerten hydraulischen Betätigung und mit Steuervolumenkontrollvorrichtung und mit konzentrischer Doppelnadelanordnung;
  • 5b einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Injektors für gasförmigen Kraftstoff und flüssigen Steuerkraftstoff mit einer externen Hydraulikdruckquelle und internem elektrisch gesteuerten Ventil für die Zuführung des Hochdruck-Betätigungsöls;
  • 6 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Injektors für Hauptkraftstoff und Steuerkraftstoff mit einer internen Quelle der elektronisch gesteuerten Hydraulikbetätigung und mit Steuervolumenkontrollvorrichtung und mit einem verschiedenen Mittel zum Anheben der Gasnadel und mit konzentrischer Doppelnadelanordnung;
  • 7 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Injektors für Hauptkraftstoff und Steuerkraftstoff mit einer internen Quelle der elektronisch gesteuerten Hydraulikbetätigung und mit Steuervolumenkontrollvorrichtung und mit konzentrischer Doppelnadelanordnung und mit einem verschiedenen Mittel zum Öffnen der Gasnadel;
  • 7a und 7b Seitenschnittansicht und Draufsicht der konzentrischen Doppelnadelkonstruktion;
  • 8 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Injektors für Hauptkraftstoff und Steuerkraftstoff mit interner Quelle der elektrisch gesteuerten Hydraulikbetätigung und mit Steuervolumenkontrollvorrichtung und mit Doppelnadelanordnung mit nebeneinanderliegenden Nadeln; und
  • 8a und 8b Seitenschnittansicht und Draufsicht der Doppelnadelkonstruktion mit nebeneinanderliegenden Nadeln.
  • GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Verbrennungskraftmaschinen, einschließlich Dieselmaschinen und Ottomotoren, sind seit etwa einem Jahrhundert bekannt. Dieselmaschinen sind die Arbeitspferde der Wirtschaftswelt. Obwohl Dieselmaschinen effizient und kostengünstig zu betreiben sind, verbrennen sie jedoch schweren Dieselkraftstoff, der eine Quelle von lungenschädigenden Partikeln und Stickoxiden ist, welche zu Industriedunst und saurem Regen beitragen.
  • Die hier offenbarte und beanspruchte Erfindung ist auf einen hydraulisch betätigten Gasinjektor oder eine Einspritzvorrichtung für die Verwendung mit einer Kolben- oder Zwangsverdrängungsmaschine wie z. B. einer Dieselmaschine gerichtet. Der Injektor enthält die folgenden neuartigen Konzepte:
    • 1. Ein hydraulisches Druckentlastungssystem, das mit einem Hauptkraftstoff-Nadelbetätigungsmechanismus verwendet wird;
    • 2. Eine konzentrische Doppelnadelanordnung, die einen Steuerkraftstoff und einen Hauptkraftstoff an der Injektorspitze dosiert und eine sequentielle Einspritzung erlaubt;
    • 3. Eine Doppelnadelanordnung mit nebeneinander angeordneten Nadeln, die einen Steuerkraftstoff und einen Hauptkraftstoff an der Injektorspitze dosiert und eine sequentielle Einspritzung erlaubt;
    • 4. Einen Mechanismus, der die bei jedem Hub eingespritzte Steuerkraftstoffmenge kontrolliert; und
    • 5. Ausgewählte Verfahren zum Betätigen der Hauptgaskraftstoffnadel.
  • Die Hydraulikdruckentlastung ist in einem hydraulisch betätigten Gaskraftstoffinjektor erforderlich, um den Druckanstieg im Injektor zu begrenzen. In einem Dieselkraftstoffinjektor wird der Druck abgebaut, wenn die Einspritzung stattfindet. Die Hydraulikdruckentlastung ist ebenfalls in der vorliegenden Erfindung eines Gasinjektors mit Steuerkraftstoffähigkeit erforderlich, da die Steuereinspritzung nur für eine kurze Dauer zu Beginn der Einspritzperiode stattfindet und nicht ausreicht, um den Druck abzubauen. Wenn der Druck nicht abgebaut wird, und wenn das System mit feinen Toleranzen zwischen den gepaarten Oberflächen der bewegten Teile hergestellt wird, wie es für eine geeignete Injektorantwort sein sollte, können die bei hohen Lasten erreichten Druckpegel die Injektorteile beschädigen.
  • Die Schlüsselelemente der Nadelanordnungen in dieser Erfindung, die sich auf einen zum Einspritzen eines Hauptkraftstoffes und eines Steuerkraftstoffes fähigen Injektor bezieht, sind:
    • 1. Die Fähigkeit des Einspritzens von Steuerkraftstoff (der flüssig sein kann) durch kleine Löcher und bei einem vernünftig hohen Druck für eine feine Zerstäubung;
    • 2. Die Fähigkeit des Einspritzens eines Hauptkraftstoffs (der gasförmig sein kann) durch eine separate Reihe von Löchern mit unterschiedlichen Abmessungen, um die Dichtedifferenz zwischen dem Hauptkraftstoff und dem Steuerkraftstoff zu kompensieren;
    • 3. Die Fähigkeit des Einspritzens des Steuerkraftstoffs vor dem Hauptkraftstoff mittels einer Zeitverzögerung, die durch die Auswahl von Federn und Betätigungsdrücken einstellbar ist;
    • 4. Die Fähigkeit des Einspritzens eines begrenzten Volumens am Steuerkraftstoff unabhängig von der Last, wobei das Volumen so gesteuert wird, dass eine gleichmäßige Zündung des Hauptkraftstoffes aufrechterhalten wird;
    • 5. Die Fähigkeit des Einschließens einer Zeitverzögerung zwischen der Einspritzung des Steuerkraftstoffs und dem Hauptkraftstoff emuliert eine Ratenformung, eine Technik, die bei einzelnen Kraftstoffen verwendet wird, um Stickoxide und Geräusche von Dieselmaschinen zu reduzieren. Die Fähigkeit des Einspritzens nur eines festen Volumens des Steuerkraftstoffs erlaubt, den Verbrauch des Steuerkraftstoffs und dessen zugehörige Emissionen zu kontrollieren, während eine gute Zündung beibehalten wird.
  • 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Injektors nur für Hauptkraftstoff mit einer externen Hydraulikdruckquelle. Der Hauptkraftstoff kann gasförmig sein. Er weist den Basisinjektorentwurf für den Betrieb nur mit Hauptkraftstoff auf. Wie in 1 gezeigt ist, wird Hydrauliköl von einer (nicht gezeigten) Leitungs-Kraftstoffeinspritzpumpe oder von einer (nicht gezeigten) Verteilertyp-Kraftstoffeinspritzpumpe durch die Öffnung 1 zugeführt. Wenn die Pumpe das Öl für die Injektorbetätigung unter Druck setzt, wird eine Kraft unter der Gasnadel 2 ausgeübt. Wenn der Druck einen ausreichend hohen Pegel erreicht hat, wird die Feder 3 überwunden und die Gasnadel 2 wird angehoben. Der über die Öffnung 4 zugeführte Hochdruckhauptkraftstoff kann durch die Injektordüse 6 in die Brennkammer 5 strömen wenn die Nadel 2 angehoben wird. Es kann eine beliebige Anzahl von Einspritzlöchern vorhanden sein. Sobald die Nadel 2 geöffnet ist, steigt der Hydraulikdruck weiter an, bis die Pumpe den effektiven Betätigungshub für diesen Injektor beendet, der Druck absinkt und die Nadel 2 schließt, d. h. mittels der Feder 3 in ihre Ausgangsposition zurückkehrt. Für eine lange Einspritzdauer steigt der Druck zwischen dem Zeitpunkt der Öffnung der Nadel 2 und dem Ende der Einspritzung deutlich an, wobei dieser Druck abgebaut werden muss, um die Integrität der Injektorkomponenten (Federn, Sitze, Öffnungen) zu bewahren. Ein Druckabbau ist in dieser Ausführungsform mittels eines Entlastungsventils 7 vorgesehen, das bei einem vorgegebenen maximalen Druckpegel öffnet. Das Entlastungsventil 7 öffnet sich in eine Kraftstoff/Hydraulik-Rückführungsleitung 12. Der Hochdruck-Hauptkraftstoft muss davor bewahrt werden, in das Betätigungsfluid auszutreten, was in dieser Ausführungsform mittels einer Hochdruckflüssigkeitsdichtung 8 bewerkstelligt wird, die durch die Öffnung 9 und mit einem höheren Druck als der Hauptkraftstoff zugeführt wird. Eine Alternative zur Hochdruckflüssigkeitsdichtung 8 ist die Verwendung einer geeigneten Weichmaterialdichtung. Ein Austreten des Hauptkraftstoffs in das Hydraulikfluid würde zu einer langsamen Antwort oder einem Versagen der Betätigung führen. Jeder Austritt von Hydraulikfluid in die Federkäfige 10 und 11 wird über die Rückführungsöffnung 12 abgeleitet.
  • 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Injektorentwurfes, der die in 1 gezeigten Merkmale aufweist, wobei jedoch das Entlastungsventil (7 und 11 in 1) durch eine einfache Überlauföffnung 7 und 12 ersetzt ist. Die Überlauföffnung 7 ist unbedeckt, wenn die Nadel angehoben wird, was effektiv den Hub der Nadel und den Druck im Injektor begrenzt. Die für den obigen Injektor verwendete Verteiler- oder Leitungs-Kraftstoffeinspritzpumpe kann mechanisch oder elektronisch gesteuert sein.
  • 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Injektorentwurfes, der die in 1 dargestellten Merkmale aufweist, jedoch eine interne (statt einer externen) Betätigungsquelle enthält. In der gezeigten Ausführungsform ist die Betätigung mittels eines maschinenbetriebenen Nockens 15 und mittels eines elektronisch gesteuerten Ventils vorgesehen. Wie in 3 gezeigt ist, wird Hydrauliköl mit niedrigem Druck über ein Ventil 1 in die Kammer 13 geleitet. Das Ventil 1 wird mittels eines Solenoids 14 gesteuert. Wenn das Solenoid 14 erregt wird, schließt das Ventil 1. Ein maschinengetriebener Nocken 15 setzt das Hydrauliköl in der Kammer 13 durch die Operation eines Hauptkolbens 16 unter Druck. Wenn der Hydraulikdruck des Hydrauliköls in der Kammer 13, die unterhalb der Nadel 12 verbunden ist, einen gewissen Pegel erreicht, wird die Schraubenfeder 13, die die Gasnadel 12 in einer unteren Position hält, überwunden. Die Gasnadel 2 wird dann angehoben und lässt somit Erdgas, das durch den Kanal 4 zugeführt wird, durch die Löcher 6 an der Spitze 18 des Injektors in die Brennkammer 5 entweichen. Ein Hydraulikdruckbegrenzungs-Entlastungsventil 7 ist in dieser Ausführungsform erforderlich, wie oben in Zusammenhang mit 1 erläutert worden ist. Es kann jedoch auch eine Überlauföffnung, wie in 2 gezeigt, verwendet werden. Ferner werden eine Dichtung 8, Federkäfige 10 und 11 und eine Ableitung 12 verwendet, wie oben in Zusammenhang mit 1 beschrieben worden ist.
  • 4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Injektorentwurfes, der die in 1 dargestellten Merkmale aufweist, mit Bezug auf einen Hauptkraftstoff, jedoch mit der Ergänzung eines Steuerkraftstoffeinspritzsystems, das eine Steuerkraftstoffnadel 22, ein Steuerkraftstoffdosierungsventil 19, ein Einlassventil 26 und ein Rückschlagventil 21 umfasst. In der in 4 gezeigten Ausführungsform sind die Steuer- und Hauptkraftstoffnadeln konzentrisch. 4 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem, das durch eine Kraftstoffeinspritzpumpe gesteuert wird. Wie in 4 gezeigt ist, wird das Hydrauliköl von einer Leitungs-Kraftstoffeinspritzpumpe oder einer Verteilertyp-Kraftstoffeinspritzpumpe (nicht gezeigt) durch die Öffnung 1 und die Kammer 13 zugeführt. Wenn die Pumpe das Öl für die Injektorbetätigung unter Druck setzt, wird eine Kraft auf das Steuerdosierungsventil 19 ausgeübt. Das Dosierungsventil 19 bewegt sich nach unten, um somit seine Einlassöffnung 20 zu blockieren und das Öl darunter unter Druck zu setzen. Das Drucköl strömt durch das Rückschlagventil 21 unter die Steuerkraftstoffnadel 22, durch spezielle Öffnungen 25 in der Hauptgaskraftstoffnadel 2, die sich unterhalb der Feder 3 befindet und in einer Schnittansicht gezeigt ist. Wenn . der Druck hoch genug ist, so dass die Steuernadelfeder 23 überwunden wird, wird die Steuernadel 22 angehoben und Steuerkraftstoff wird durch die Löcher 24 an der Spitze 18 des Injektors eingespritzt. Es kann eine beliebige Anzahl solcher Löcher 24 an der Spitze des Injektors vorhanden sein. Das Dosierungsventil 19 besitzt einen begrenzten Hub, wobei bei Erreichen des Endes dieses Hubes der Druck nicht mehr aufgebaut wird. Wenn Kraftstoff eingespritzt wird, sinkt der Druck schnell ab und die Steuernadel schließt sich. Das Rückschlagventil 21 verhindert, dass Kraftstoff von unterhalb der Nadel 22 zurückgesaugt wird, um somit eine schnelle und wiederholbare Betätigung bei jedem Hub sicherzustellen. Der Druck in der Kammer 13 steigt jedoch weiterhin an, wobei nach einer Zeitverzögerung der Druck hoch genug ist, um die Hauptfeder 3 zu überwinden, die normalerweise die Hauptgasnadel 2 in einer unteren Position in Stellung hält. Wenn die Hauptnadel 2 angehoben wird, strömt der durch die Öffnung 4 und den Kanal 17 zugeführte Hauptkraftstoff durch die Löcher 6 in die Brennkammer 5. Es kann eine beliebige Anzahl von Löchern 6 vorgesehen sein, wobei eine optimale Anzahl die besten Verbrennungseigenschaften bietet. Die Gesamtfläche der Löcher 6 ist im allgemeinen größer als die. Gesamtfläche der Steuerkraftstofflöcher 24, um die Dichtedifferenz zwischen dem Hauptkraftstoff und dem Steuerkraftstoff zu kompensieren. Die Ausführungsform in 4 enthält ferner, wie in der obigen Beschreibung in Bezug auf 1 erläutert worden ist, eine Druckbegrenzungsvorrichtung 11, eine Dichtung 8 und Ableitungen 12 für die Federkäfige 10 und 11. Wenn der effektive Hub der Pumpe für den Injektor beendet ist, sinkt der Druck in der Kammer 13 ab, wobei die Hauptnadel 2 schließt, indem sie mittels der Hauptnadelfeder 3 auf ihren Sitz zurückgedrückt wird. Ein Einlassventil 26 ist erforderlich, um dem Dosierungskolben die Rückkehr in seine Position zu erlauben. Das Einlassventil 26 wird durch Niedrigdrucköl betätigt.
  • 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Injektorentwurfs, der die in 3 dargestellten Merkmale aufweist, jedoch mit der Ergänzung eines Steuerkraftstoffeinspritzsystems, das eine Steuerkraftstoffnadel 22, ein Steuerkraftstoffdosierungsventil 19, ein Einlassventil 26 und ein Rückschlagventil 21 umfasst. Die Hauptkraftstoffnadel 2 ist im Schnitt gezeigt. In der in 5 gezeigten Ausführungsform sind die Steuer- und Hauptnadeln 2 und 22 konzentrisch. 5 bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem, das intern durch einen maschinenbetriebenen Nocken 15 und ein elektronisch gesteuertes Solenoid 14 gesteuert wird. Die Operation der Ausführungsform in 5 ist der in 4 beschriebenen Operation ähnlich, mit der Ausnahme, dass das Hochdrucköl im Zylinder 13 vom nockengetriebenen Kolben 16 bei Erregung des Solenoids 14 bereitgestellt wird.
  • 5a zeigt eine Ausführungsform eines Injektors ähnlich derjenigen in 5, jedoch mit einer mechanischen Betätigung statt einer Solenoidbetätigung des Ventils 1. Als Beispiel einer mechanischen Betätigung betätigt ein Zahnschienen- und Ritzel-Mechanismus 40 ein Ventil 1 mit einer Schraubenliniennut 41, so dass während ihres Verlaufs das. Ventil 1 geöffnet oder geschlossen werden kann. Eine ähnliche mechanische Betätigung kann auch bei Bedarf auf die in den 3, 6, 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen angewendet werden.
  • 5a zeigt eine Ausführungsform eines Injektors ähnlich derjenigen in 5, jedoch mit (nicht gezeigter) externer Druckbeaufschlagung des Betätigungsöls und internen Mitteln zum Zuführen des Hochdrucköls zum Injektor. Als Beispiel des internen Mittels zum Zuführen des Hochdrucköls ist ein elektrisch betätigtes Ventil 1 gezeigt. Hochdrucköl, das von einer externen Pumpe unter Druck gesetzt wird, wird mittels der Öffnung dem Ventil 1 zugeführt. Ähnliche Kombinationen der externen Druckbeaufschlagung und des internen Zugangsventils können bei Bedarf auch auf die in den 3, 6, 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen angewendet werden.
  • 6 zeigt ein Ausführungsform eines Injektorentwurfes, der die in 5 dargestellten Merkmale aufweist, jedoch mit einem verschiedenen Verfahren zur Betätigung der Hauptnadel 2. In 5 wird die Hauptnadel 2 durch die auf den Hauptnadelkopf 28 wirkende Druckdifferenz betätigt. Dieser Entwurf erfordert eine sehr gute Passung zwischen der Hauptnadel 2 und der Injektorbohrung auf zwei verschiedenen Durchmessern. In 6 wird die Hauptnadel 2 mittels des Kolbens 28 betätigt, der auf den. Hauptnadelkopf 28 nach oben einwirkt. Obwohl in 6 ein Kolben 27 gezeigt ist, können zwei oder mehr Kolben verwendet werden, um die Hauptnadel 2 zu betätigen. Diese Ausführungsform eliminiert die Notwendigkeit einer präzisen Passungsbearbeitung von zwei Durchmessern der Nadeln.
  • 7 zeigt eine Ausführungsform eines Injektorentwurfes, der die in 5 dargestellten Merkmale aufweist, jedoch mit einem verschiedenen Verfahren der Betätigung der Hauptnadel 2. In dieser Ausführungsform verschiebt sich die Hauptnadel 2 nach unten, statt nach oben. Die Operation ist so, wie oben für die in 5 gezeigte Ausführungsform beschrieben worden ist, jedoch wirkt das Hochdrucköl auf die Oberseite der Nadel 2 und verschiebt diese nach unten, wenn der Druck ausreicht, um die Feder 29 zu überwinden. Der Hauptkraftstoff wird durch die Öffnung 4 zur Hauptnadel 2 befördert und läuft in vertikalen Kanälen 30 zur Injektorspitze 18. Wenn die Hauptnadel 2 nach unten gedrückt wird, werden die Enden der Kanäle 30 freigelegt und der Hauptkraftstoff strömt in die Brennkammer 5. Die Kanäle 30 werden verwendet, um als diskrete Löcher um den Umfang der Basis der Nadel 2 zu dienen. Die Hauptnadel 2 dichtet gegen die Oberfläche 31 ab.
  • Die 7a und 7b zeigen genaue Drauf- und Seitenschnittansichten der in 7 dargestellten, invertiert konzentrischen Doppelnadelkonstruktion. 7a zeigt die Reihe von Kanälen 30 um den Umfang der Nadel 2. 7b zeigt, die Dichtung 31 an der Grenzfläche zwischen der Basis der Nadel 2 und den Kanälen 30.
  • 8 zeigt eine Ausführungsform eines Injektorentwurfes, der die in 5 dargestellten Merkmale aufweist, jedoch mit zwei Nadeln, die in einer nebeneinanderliegenden Konfiguration angeordnet sind, statt in einer konzentrischen Konfiguration, wie in den 5 und 7 gezeigt ist. Die 8a und 8b zeigen Seitenschnitt- und Draufsichten der Konstruktion mit nebeneinanderliegenden Nadeln. Die in 8 gezeigte Ausführungsform weist alle Merkmale auf, die in 5 gezeigt sind. Eine Hochdruckflüssigkeitsdichtung 8 ist weiterhin zwischen dem Kanal 17 und der Hydraulikbetätigungsfläche der Hauptnadel 2 erforderlich, um einen Austritt des Hauptkraftstoffes in das Hydrauliköl zu verhindern. Die Einspritzdüse an der Basis erfordert eine spezielle Konfiguration, wie in 8 und auch in den 8a und 8b gezeigt ist. Die Einspritzlöcher 32 (siehe 8b), die in einer beliebigen Anzahl vorhanden sind, müssen so verteilt sein, dass sie die Steuereinspritzspitze 33 freilassen (siehe 8b), die ihrerseits eine beliebige Anzahl von Steuerkraftstoffeinspritzlöchern aufweist.
  • In anderen Ausführungsformen des Injektors kann die Quelle der Hydraulikbetätigung eine interne Nocken- und Kolbeneinrichtung oder eine externen Pumpeinrichtung enthalten. In anderen Ausführungsformen des Injektors kann das Zeitsteuermittel mechanisch oder elektrisch sein und kann entwe der intern in der Injektoreinheit oder außerhalb der Injektoreinheit angeordnet sein.
  • In anderen Ausführungsformen kann der hydraulisch betätigte Kraftstoffinjektor Nadeloperationskomponenten enthalten, die folgendes umfassen:
    • 1. nebeneinanderliegende Nadeln anstelle von konzentrischen Nadeln;
    • 2. Nadeln, die nach oben statt nach unten verschoben werden;
    • 3. einen Kolben zum Anheben der Hauptnadel; und
    • 4. ein Rückschlagventil, um einen hohen Hydraulikdruck im Steuernadelbereich aufrechtzuerhalten.
  • Wie für Fachleute in Bezug auf die vorangehende Offenbarung offensichtlich ist, sind viele Änderungen und Modifikationen bei der Ausführung dieser Erfindung möglich, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang derselben abzuweichen. Dementsprechend ist der Umfang der Erfindung entsprechend dem durch die folgenden Ansprüche definierten Inhalt auszulegen.

Claims (42)

  1. Hydraulisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen eines Kraftstoffes in eine Verbrennungskammer (5) einer Kolbenverdrängungsmaschine, enthaltend: (a) ein Einspritzgehäuse, welches eine Ventilkammer mit einer Einspritzdüse (18) an einem Ende in der Nähe der Verbrennungskammer (5) bildet, wobei die Einspritzdüse (18) zumindest eine Öffnung (6) in die Verbrennungskammer (5) besitzt; (b) ein erstes verlagerbares Einspritzventil (2) zum Einspritzen eines Hauptkraftstoffes in die Verbrennungskammer (5), wobei das erste verlagerbare Einspritzventil (2) innerhalb der Ventilkammer angeordnet ist und in Schließstellung gegen einen Ventilsitz, welcher in der Ventilkammer ausgebildet ist, gedrängt wird; (c) ein zweites verlagerbares Einspritzventil (22) zum Einspritzen eines Steuerkraftstoffes in die Verbrennungskammer (5), wobei das zweite verlagerbare Einspritzventil (22) innerhalb der Ventilkammer angeordnet ist und in Schließstellung gegen einen Ventilsitz, welcher in der Ventilkammer ausgebildet ist, gedrängt wird; (d) eine erste Öffnung (4) zum Einbringen des Hauptkraftstoffes in die Ventilkammer; (e) eine zweite Öffnung (9) zum Einbringen eines Hydraulikfluids in die Ventilkammer; und (f) eine dritte Öffnung zum Einbringen des Steuerkraftstoffes in die Ventilkammer; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin enthält: (g) eine Druckbegrenzungseinrichtung (7), welche innerhalb des Einspritzgehäuses zur Druckentlastung für das Hydraulikfluid bei Erreichen eines vorbestimmten Druckpegels angeordnet ist, und einen Betätigungsmechanismus zum Erzeugen eines ansteigenden Hydraulikdruckpulses in einem Hydraulikfluid, um das erste Einspritzventil (2) zu verlagern, wenn das Hydraulikfluid einen ersten vorbestimmten Druckpegel erreicht, und um das zweite Einspritzventil (22) getrennt zu verlagern, wenn das Hydraulikfluid einen zweiten vorbestimmten Druckpegel erreicht, um hierdurch den Steuerkraftstoff und den Hauptkraftstoff in die Verbrennungskammer einzuspritzen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine zweite Ventilkammer mit einer zweiten Einspritzdüse an einem Ende in der Nähe der Verbrennungskammer (5) innerhalb des Einspritzgehäuses zur Aufnahme des zweiten verlagerbaren Einspritzventils (22) vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der sowohl das erste als auch das zweite Einspritzventil (2, 22) eine Nadel ist, wobei jede Nadel aus einer Schließposition in eine Öffnungsposition verlagerbar ist, wobei die erste Nadel (2) dem Hauptkraftstoff ermöglicht, durch die Ventilkammer in die Verbrennungskammer (5) zu gelangen, und wobei die zweite Nadel (22) dem Steuerkraftstoff ermöglicht, durch die Ventilkammer in die Verbrennungskammer (5) zu gelangen, wenn der Druck des Hydraulikfluids die jeweils vorbestimmten Pegel erreicht.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Steuerkraftstoff und der Hauptkraftstoff durch getrennte Öffnungen (6, 24) in die Verbrennungskammer (5) eingespritzt werden.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin enthaltend eine Steuerkraftstoff-Dosiereinrichtung (19).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuerkraftstoff-Dosiereinrichtung (19) verschließbar ist, wenn ein vorbestimmtes Volumen an Kraftstoff dosiert worden ist, um das Einspritzen des Steuerkraftstoffes zu beenden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, weiterhin enthaltend eine Einlassöffnung, die öffenbar ist, um die Kraftstoffdosiereinrichtung (19) zu starten, und die verschließbar ist, wenn ein vorbestimmtes Volumen an Kraftstoff dosiert worden ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Steuerkraftstoff-Dosiereinrichtung (19) einen verschiebungsbegrenzten Kolben und eine Rückholfeder enthält, um den Kolben zu seiner Ausgangsposition zurückzuholen, sobald der Einspritzvorgang beendet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der die Steuerkraftstoff-Dosiereinrichtung (19) ein Einlassventil (26) aufweist, welches dem Steuerkraftstoff ermöglicht, entsprechend einer Anforderung zwischen der Dosiereinrichtung (19) und dem zweiten verlagerbaren Einspritzventil (22) nachgefüllt zu werden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der ein Rückschlagventil (21) zwischen der Steuerkraftstoff-Dosiereinrichtung (19) und dem zweiten verlagerbaren Einspritzventil (22) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Hauptkraftstoff und der Steuerkraftstoff in die Verbrennungskammer (5) mit einem konzentrischen Doppelnadel-Einspritzsystem. eingespritzt werden.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der 2 Kraftstoffe in die Verbrennungskammer (5) durch ein Doppelnadelsystem mit nebeneinander angeordneten Nadeln eingespritzt werden.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der zumindest eines der Bauteile der Kraftstoffeinspritzvorrichtung durch hydraulische Fluiddichtungen (8) voneinander abgedichtet sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Steuerkraftstoff flüssig ist und der Hauptkraftstoff ein Gas ist.
  15. Vorrichtung nach. Anspruch 14, bei der der Steuerkraftstoff Diesel und der Hauptkraftstoff Erdgas ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Steuerkraftstoff Diesel ist, welcher gleichzeitig als Hydraulikfluid dient.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der der Betätigungsmechanismus eine Zeitsteuerung (14) enthält, um das Hydraulikfluid zu einer vorbestimmten Zeit und für eine vorbestimmte Dauer einzulassen.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der der Betätigungsmechanismus eine Pumpe ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die Zeitsteuerung und die Menge des Hauptkraftstoffes, welcher eingespritzt wird, durch ein elektrisch betätigtes Ventil gesteuert werden.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Zeitsteuermittel ein elektrisches oder mechanisch betätigtes Ventil (16) ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Betätigungsmechanismus einen Nocken- (15) und Kolbenmechanismus ist, der durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, um das Hydraulikfluid unter Druck zu setzen.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei der die Druckbegrenzungseinrichtung (7) eine Überlauföffnung enthält, die nicht abgedeckt ist, wenn sich das verlagerbare Einspritzventil (2) an einer vorbestimmten Position vorbeibewegt.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei der die Einspritzdüse (18) mehrere Öffnungen (6, 24) besitzt, die darin ausgebildet sind.
  24. Verfahren zum Einspritzen eines Kraftstoffes in eine Kolbenverdrängungsmaschine, enthaltend die folgenden Schritte: (a) Einbringen eines Steuerkraftstoffes in die Ventilkammer; (b) Einbringen eines Hauptkraftstoffes in die Ventilkammer; und (c) Einbringen eines Hydraulikfluids in die Ventilkammer; gekennzeichnet durch (d) Erzeugen eines ansteigenden Hydraulikdruckes in dem Hydraulikfluid, um ein Steuerkraftstoff-Einspritzventil zu verlagern, wenn das Hydraulikfluid einen vorbestimmten Druckpegel erreicht, wodurch dem Steuerkraftstoff ermöglicht wird, in die Verbrennungskammer eingespritzt zu werden, und getrenntes Verlagern eines Hauptkraftstoff-Einspritzventils, wenn der Druck des Hydraulikfluids einen zweiten vorbestimmten Pegel erreicht, wodurch der Hauptkraftstoff in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, und Freigeben des Druckes des Hydraulikfluids, wenn der Druck einen dritten vorbestimmten Pegel erreicht.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem sowohl das Steuerkraftstoff- als auch das Hauptkraftstoff-Einspritzventil eine Nadel ist, wobei jede Nadel aus einer Schließposition in eine Öffnungsposition verlagerbar ist, wobei die Steuerkraftstoffnadel dem Steuerkraftstoff ermöglicht, durch die Ventilkammer in die Verbrennungskammer zu gelangen, und wobei die Hauptkraftstoffnadel dem Hauptkraftstoff ermöglicht, durch die Ventilkammer in die Verbrennungskammer zu gelangen, wenn der Druck des Hydraulikfluids die entsprechend vorbestimmten Pegel erreicht.
  26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem der Steuerkraftstoff und der Hauptkraftstoff durch getrennte öffnungen in die Verbrennungskammer eingespritzt werden.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, weiterhin enthaltend den Schritt des Dosierens des Steuerkraftstoffes durch eine Steuerkraftstoff-Dosiereinrichtung.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das Dosieren des Steuerkraftstoffes nach einer vorbestimmten Dauer beendet wird, wodurch der Druck des Hydraulikfluids zwischen der Dosiereinrichtung und dem Steuerkraftstoff-Einspritzventil abnimmt, so dass das Steuerkraftstoff-Einspritzventil geschlossen wird und das Einspritzen des Steuerkraftstoffes beendet wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, weiterhin enthaltend den Schritt des Startens der Steuerkraftstoff-Dosiereinrichtung durch Öffnen einer Einlassöffnung und durch anschließendes Verschließen der Einlassöffnung, wenn ein vorbestimmtes Volumen an Kraftstoffen dosiert worden ist.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, bei dem das Dosieren des Steuerkraftstoffes durch das Verlagern eines verschiebungsbegrenzten Kolbens, welcher das Volumen des Steuerkraftstoffes, welcher einzuspritzen ist, bestimmt, sowie einer Rückholfeder zum Rückholen des Kolbens zu seiner Ausgangsposition, sobald das Einspritzen beendet ist, ausgeführt wird.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, weiterhin enthaltend das Ergänzen des Steuerkraftstoffes, entsprechend einer Anforderung zwischen der Dosiereinrichtung und dem Steuerkraftstoff-Einspritzventil durch Öffnen eines Einlassventils.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, bei dem der Hauptkraftstoff und der Steuerkraftstoff in die Verbrennungskammer durch ein konzentrisches Doppelnadelsystem eingespritzt werden.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, bei dem der Hauptkraftstoff und der Steuerkraftstoff in die Verbrennungskammer durch ein Doppelnadelsystem mit nebeneinander angeordneten Nadeln eingespritzt wird.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 32, weiterhin enthaltend den Schritt des Abdichtens von zumindest einigen der Bauteile der Kraftstoffeinspritzvorrichtung voneinander durch hydraulische Fluiddichtungen.
  35. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 32 oder 34, bei dem der Steuerkraftstoff Diesel ist, welcher gleichzeitig als Hydraulikfluid dient.
  36. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 32 oder 35, bei dem der Steuerkraftstoff eine Flüssigkeit ist und der Hauptkraftstoff ein Gas ist.
  37. Verfahren nach Anspruch 36, bei dem der Steuerkraftstoff Diesel ist und der Hauptkraftstoff Erdgas ist.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 37, weiterhin enthaltend den Schritt des Steuerns der Zeit und Dauer des hydraulischen Fluidstromes.
  39. Verfahren nach Anspruch 24 oder 38, bei dem die Zeit und die Menge des Hauptkraftstoffes, der eingespritzt wird, durch ein elektrisch oder mechanisch betätigtes Ventil gesteuert wird.
  40. Verfahren nach Anspruch 38, bei dem die Zeitsteuerung ein elektrisch oder mechanisch betätigtes Ventil ist.
  41. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 40, bei dem das Hydraulikfluid durch einen Nocken- und Kolbenmechanismus, welcher durch die Maschine angetrieben wird, unter Druck gesetzt wird.
  42. Verfahren nach Anspruch 41, bei dem Druck des Hydraulikfluids durch eine Überlauföffnung verringert wird, welche freigegeben ist, wenn sich das Einspritzventil an einer vorbestimmten Stelle vorbeibewegt.
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