EP3221572A1 - Dual-fuel-kraftstoffinjektor - Google Patents

Dual-fuel-kraftstoffinjektor

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Publication number
EP3221572A1
EP3221572A1 EP15783960.6A EP15783960A EP3221572A1 EP 3221572 A1 EP3221572 A1 EP 3221572A1 EP 15783960 A EP15783960 A EP 15783960A EP 3221572 A1 EP3221572 A1 EP 3221572A1
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EP
European Patent Office
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fuel
injector
dual
mode
memory
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15783960.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Kalenborn
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Woodward LOrange GmbH
Original Assignee
LOrange GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP3221572A1 publication Critical patent/EP3221572A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a dual-fuel fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • the dual-fuel fuel injector is particularly suitable for use with a first gaseous fuel gas and a second liquid fuel injector
  • Fuel or liquid fuel provided.
  • the present invention is based on the object to provide a dual-fuel fuel injector, which is suitable to provide the required storage space with a small space.
  • a dual-fuel fuel injector which, for example, is usable with a large engine, for example in a motor vehicle such as a ship, a locomotive, a truck or a different commercial vehicle, or is provided for example for a stationary device, e.g. for a combined heat and power plant, an (emergency) generating set, especially for industrial applications.
  • the dual-fuel fuel injector according to the invention has a first injector unit which is equipped with a first (main) fuel for a first injector mode (in particular an operating mode in which the first injector unit is active or in particular an injection or injection mode) provided for use therewith.
  • the first injector unit is used for operation with fuel gas, i. as a fuel gas injector, provided so far for a selective fuel gas ejection.
  • the first injector mode with the present invention is preferably an ignition jet mode in which fuel gas is exhausted as a first main fuel (while still also dispensing a liquid fuel as an auxiliary fuel, i.e., in particular with a second injector unit to be explained later). It is conceivable, e.g. however, also a pure fuel gas operation in the first injector mode, e.g. with hydrogen as fuel gas. As the gaseous fuel, fuel gas may further be used e.g. Natural gas, landfill gas, biogas or a different gas may be provided. Generally, however, in the first injector mode, liquid fuel may also be provided as first main fuel for delivery via the first injector unit, e.g. Methanol.
  • the first injector unit is preferably a hydraulically servo-controlled injector unit, that is to say a nozzle valve of the first injector unit can be selectively open-controlled by means of a particularly liquid control fluid and a servo valve (pilot valve), the control fluid preferably being connected to the dual injector unit.
  • Fuel fuel injector used is liquid fuel.
  • the dual-fuel fuel injector according to the invention further comprises a second injector unit, which for a second injector mode (in particular a mode in which the second injector unit is active or out; In particular, an injection mode) with a second (main) fuel, in particular liquid fuel, provided or intended for use therewith.
  • the second injector unit is preferably provided for the selective ejection of liquid fuel.
  • the second injector mode is preferably an operating mode in which only the second main fuel is discharged via the dual-fuel injector or its second injector, with the use of liquid fuel preferably diesel fuel, heavy oil or bio-oil is provided.
  • the second injector unit is in the context of the present invention and in particular analogous to the first injector preferably also a hydraulic servo-controlled injector, that is, a nozzle valve of the second injector unit can be selectively controlled open by means of a particular liquid control fluid and a servo valve (pilot valve), wherein the control fluid again, in turn, the one used with the dual-fuel fuel injector
  • Liquid fuel is.
  • the dual-fuel fuel injector further has an injector memory or injector pressure accumulator, which is provided in particular as a single-pressure accumulator or as an injector-specific accumulator on the injector.
  • the injector memory is provided, in particular, to compensate for pressure fluctuations associated with injection processes and, in particular, to receive or store a high-pressure main fuel quantity.
  • the injector memory is connected to the injector-internal (high pressure (HP)) fuel supply system.
  • the dual-fuel injector is further adapted to inject the injector in response to the respective injector mode (first or second injector mode) with either the first or second main fuel to fill (ie to apply).
  • the dual-fuel fuel injector is preferably configured to fill the injector reservoir with the first main fuel - preferably fuel gas - during the first injector mode, and also to fill the injector reservoir with the second main fuel - preferably liquid fuel - during the second injector mode.
  • the respective main fuel for an injection operation to be completed therewith or the respective injector mode of operation can always be supplied from the injector reservoir as required and, in addition, kept ready for a pulsation damping.
  • a nozzle volume of the first injector unit may preferably be brought into communication with the injector accumulator and the dual-fuel injector further configured to bring a nozzle volume of the second injector unit into communication with the injector accumulator in the second injector mode.
  • the proposed dual-fuel fuel injector is also adapted for refilling the injector memory, i. for a displacement of a main fuel from the
  • a refilling is in each case provided in each case with a changeover or change between the injector modes (first and second injector mode). With a transition or switching from the first injector mode in the second
  • the main fuel of the first injector mode can be displaced from the injector memory and the injector memory can be filled with the main fuel of the second injector mode.
  • the main fuel of the second injector mode is displaced from the injector store and the injector store is filled with the main fuel of the first injector mode.
  • the injector memory may be formed in the manner of a piston accumulator.
  • the injector accumulator may have a first (storage) side with an inlet for the first main fuel and a second (storage) side with an inlet for the second
  • a separating element (piston, separating piston) displaceable in the injector reservoir can in this case separate the first and second sides from one another.
  • the separator may be slidably sealed against an injector storage wall, for example via piston (tight) rings.
  • the dual-fuel fuel injector is further configured to bring the inlet of the injector memory for the first main fuel into communication with a first high-pressure supply path of the dual-fuel fuel injector for the first injector mode which high pressure supply path continues to communicate with a nozzle volume of the first injector unit.
  • the dual-fuel fuel injector is preferably also set up to be able to bring the inlet of the injector storage for the second main fuel into communication with a second high-pressure supply path of the dual-fuel fuel injector for the second injector mode, which second high-pressure supply path continues with a nozzle volume of the second liquid fuel Injector unit communicates.
  • a respective inlet via a respective high-pressure supply path can be filled in a simple manner or even refilled.
  • the dual-fuel fuel injector is hereby preferably also adapted to relieve the second side of the injector memory for the first injector mode and further to relieve the first side of the injector memory for the second injector mode.
  • the main fuel is in this case each displaced by means of the separating element and further preferably pushed out via the inlet of the side of the main fuel to be displaced.
  • the dual-fuel fuel injector is also configured to be able to block a respective inlet.
  • the separating element may be provided, in particular designed such that it can obstruct the inlet for the first main fuel in a first end position and obstruct the inlet for the second main fuel in a second end position.
  • the dual-fuel fuel injector in particular for an actively controlled refilling associated with a change of operating mode, can be a reversing have device.
  • a reversing device may in particular have a pressure-controlled valve, for example, a (controlled switchable) shut-off valve.
  • the dual-fuel fuel injector can also be set up for a passive reversal, for example, the injector memory in FIG.
  • a dual-fuel fuel injection system which has at least one as explained above dual-fuel BCinnstoffinjektor, in particular a plurality thereof.
  • the dual-fuel fuel injection system for performing a Um colllung the injector memory in the context of a switching between the modes, i. the first and second Injektorsetriebsart established.
  • the dual-fuel fuel injection system is arranged to control the reversing device of the dual-fuel fuel injector to the injector memory corresponding to a injector mode to be filled either with the first or the second main fuel, ie in particular active.
  • at least one valve of the reversing device can be actuated via a control unit of the fuel injection system.
  • the dual-fuel Kj aftscherinspritzsystem can be configured, the injector memory corresponding to a designated injector mode pressure controlled with either the first or the second main fuel to fill.
  • the dual-fuel fuel injection system can be set up, a (supply) pressure level of the first main fuel and / or a (supply) pressure level of the second main fuel, in particular by means of a control of the dual-fuel Kiaftscherinspritzsystems, the dual-fuel injector (at fuel inlets) suitable.
  • the invention also provides that the dual-fuel fuel injection system is set up to keep the amount of energy required for injection events during switching between the injector modes constant or largely unchangeable by means of a transition strategy.
  • a transition strategy for a number of injections associated with switching between the injector modes and, to that extent, refilling, may be provided to balance an injection amount of the one main fuel, which may be behind the target, with an increased injection amount of the other main fuel. For example, by a prolonged injection duration.
  • the invention further proposes an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine has a dual-fuel fuel injector as explained above and / or a dual-fuel fuel injection system as explained above. Also, a method is specified, which is advantageously carried out with the dual-fuel fuel injector.
  • FIG. 1 shows an example and schematically a structural diagram of a dual-fuel fuel injector according to a possible embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows by way of example and schematically a structural diagram of a dual-fuel fuel injector according to another possible embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows an example and schematically a structural diagram of a dual-fuel fuel injector according to yet another possible embodiment of the invention.
  • the same reference numerals correspond to elements of the same or comparable function.
  • FIG. 1 shows by way of example and schematically a dual-fuel fuel injector according to the invention (two-component nozzle or two-substance injector) 1.
  • the dual-fuel-force fuel injector 1 has a first injector unit 3.
  • the first injector mode injection mode
  • first (main) fuel in the form of gaseous fuel or fuel gas
  • Injector unit 3 is hydraulically servo-controlled, that is, a nozzle valve 5 of the first
  • Injector unit 3 is controlled indirectly via a servo or pilot valve 7 and control fluid, that is to say in a manner known per se.
  • the fuel gas for example natural gas
  • the fuel gas can be supplied via an inlet or fuel gas inlet 9 of the dual-fuel fuel injector 1 and a first high-pressure supply path 11 to a nozzle volume 13 or a gas nozzle space of the first injector unit 3 (first nozzle volume 13).
  • the first high-pressure supply path 11 leads from the inlet 9 for the first main fuel or the fuel gas inlet 9 to the gas nozzle chamber 13.
  • main fuel for example with a
  • a fuel gas reservoir 15 may be connected to the inlet 9, for example in the form of a pressure tank and also a dual-fuel fuel injector used with the dual-fuel injector 1, preferably a gas common rail Fuel injection device, or an internal combustion engine.
  • the dual-fuel fuel injector 1 further comprises a second injector unit 17, which is provided for displaying a second injector mode (in particular injection mode) with a second (main) fuel.
  • the second main fuel is in particular liquid fuel, preferably diesel fuel, heavy oil or bio-oil.
  • the second injector unit 17 is hydraulically servo-controlled, that is, a nozzle valve 19 of the second injector unit 17 is controlled indirectly via another servo or pilot valve 21 of the fuel injector 1 and control fluid, that is again in a known manner ,
  • the liquid fuel is via a further inlet 23 and liquid fuel inlet of the dual-fuel fuel injector 1 and a second high-pressure supply path 25 to a nozzle Volume 27 and a liquid fuel nozzle space of the second injector unit 17 can be supplied (second nozzle volume 27).
  • the second high-pressure supply path 25 leads from the inlet 23 for the second main fuel or the liquid fuel inlet to the nozzle volume 27 of the second injector unit 17.
  • the Inlet 23 with a supply device 29 are in communication, for example, a rail or a high-pressure generating unit (a used with the dual-fuel injector 1 dual-fuel Kjaftstoffeinspritz sensible), which can promote the second main fuel to the inlet 23.
  • a control chamber 43 or 45 is formed at a nozzle-distal end of the guided in an axial bore nozzle needle 31, 33, which is acted upon with harness horrin-control fluid in the form of the second main fuel via a feed branch 47 and 49 (with inlet throttle) and can exert a force in the closing direction on the nozzle needle 31, 33 over this.
  • the control chamber 43, 45 is further depressurized via a discharge branch 51, 53 (with outlet throttle), that is to say via a leakage flow path 51, 53, the servo or pilot valve 7, 21 being provided for a selective opening of the discharge branch 51, 53 is, over which the flow branch 51, 53 is guided (towards the low pressure side ND).
  • the servovalve 7, 21 is preferably a solenoid-actuated valve, as shown, for example, a 2/2-way valve (which may be controlled via a controller of a fuel injector used with the dual-fuel injector 1).
  • the nozzle needle 31, 33 experience via pressurized fuel in the nozzle chamber 13, 27, a force in ⁇ ffhungsplatz, via battlechristbeaufschlagten fuel in the control chamber 43, 45 continue to force in the closing direction (for Example also supported by a closing spring).
  • the nozzle valve 5, 19 opens in the context of an injection operation (injection process), if a closing force equilibrium at the
  • Nozzle needle 31, 33 is dissolved, that is, as soon as a force in the opening direction outweighs what the servo valve 7, 21 can be controlled open. With the opening of the servo valve 7, 21, fuel can flow out of the control chamber 43, 45 to the low-pressure side (LP) and the pressure in the control chamber 43, 45 can be reduced. With locks of the servo valve 7, 21, the pressure in the control chamber 43, 45 builds up again and the nozzle needle 31, 33 returns to its seat (injection end).
  • LP low-pressure side
  • the dual-fuel fuel injector 1 furthermore has an injector reservoir 55 formed as a (high) pressure accumulator.
  • the injector memory 55 is provided as a single-pressure accumulator or injector-individual memory of the injector 1, wherein in
  • Injector 55 a storage volume 57 is formed.
  • the injector accumulator 55 has a first inlet 61 for the first main fuel (fuel gas inlet) which communicates with the first high-pressure supply path 11 via a first inlet branch 63, i.e. branching off from node A, so that the injector memory 55 and its first side 59 is filled via the first inlet 61 with the first main fuel.
  • the injector accumulator 55 further includes a second inlet 67 for the second main fuel (liquid fuel inlet) which communicates with the second high pressure supply path 25 via a second inlet branch 69, i.e. branching from the node B, so that the injector memory 55 and the second memory side 65 can be filled via the second inlet 67 with the second main fuel.
  • a separating element 71 is arranged in the injector reservoir 55 or the storage volume 57 thereof, in particular in the form of a separating piston.
  • the separating element 71 is arranged between the first memory side 59 of the injector memory 55 and the second memory side 65 of the injector memory 55, wherein the separating element 71 is displaceable in particular between a first and a second end position (at the stop), i. in a direction of displacement C. Shown is the separating element 71 in the second end position.
  • the separating element 71 indicates (In the direction of displacement C) opposite ends 73 and 75 each have a sealing profile 77, which is configured to cooperate with the injector memory 55 as a sealing partner, ie over a circumference.
  • a first diameter or active cross section of the separating element 71 that can be flowed in via the inlet 61, 67 is selected to be larger on the side 73 facing the first inlet 61 than a second diameter or effective cross section on the side 75 which faces the second inlet 67 and can be flowed over it
  • the separating element 71 may have, on the side 75 facing the second inlet 67, a spring-loaded valve rod 79 which provides the sealing diameter 77 or effective cross-section at the end.
  • the separator 71 received in the injector accumulator 55 acts as a valve adapted to selectively block the first 61 or the second 67 inlet.
  • the separating piston 71 is slidably sealed against the wall of the injector memory 55, i.e.
  • a stripping element 83 may also preferably be provided next to it.
  • the thus configured dual-fuel fuel injector 1 is inventively configured to fill the injector memory 55 corresponding to a respective injector mode with either the first or the second main fuel.
  • the injector accumulator 55 is filled with the second main fuel or liquid fuel, ie at the liquid fuel side 65, between the second inlet 67 and the separator piston 71.
  • the separating piston 71 is located in the first end position (fuel gas stop) and blocks the first inlet 61.
  • the injector memory 55 is filled only with the second main fuel.
  • the gas pressure is preferably increased to a maximum supply pressure value (fuel gas supply pressure (at the fuel gas inlet 9), for example 400 bar), while the liquid fuel supply pressure (hydraulic pressure at the liquid fuel inlet 23) is in particular briefly exposed to a (slightly) below the fuel gas.
  • Supply pressure lying value is lowered (for example, 350-380 bar).
  • the separating element 71 in the injector accumulator 55 is displaced towards the second inlet 67 and now closes it.
  • the injector reservoir 55 is now filled with fuel gas, that is to say via the first inlet 61 or on the first side 59 (between the first inlet 61 and the separating piston 71), while the liquid fuel via the second inlet 67 by means of the separating element 71 in this case is ejected.
  • the amount of fuel gas to be expelled is preferably increased with each working cycle (with which the fuel gas volume taken up in the injector accumulator 55 is also increased), that is, while the liquid fuel injection quantity is gradually reduced.
  • the separator 71 reliably holds the second inlet 67 closed, e.g. against a pressure of 600-1000 bar. This pressure range is sufficient for the liquid fuel injection in the first injector mode (Zündstrahl ist) regularly.
  • the dual-fuel fuel injector 1 automatically to a Filling the Injektor arrivess 55 with liquid fuel plus a displacement of the fuel gas therefrom, ie to a refilling, wherein the fuel gas is expelled from the injector memory 55 against its current constant supply pressure, in particular via the first inlet 61.
  • the first injector unit 3 remains operable in this way even with continuously decreasing fuel gas volume in the injector memory 55, so that a switchover of the injector mode during idling or in the partial load can be effected without problems.
  • transient strategy which may include adjusting the liquid fuel injection from one cycle to the next (eg pilot-controlled from a map), or high engine load, as far as the amount of exhausted gas continues to decrease with subsequent cycles.
  • FIG. 2 illustrates by way of example and schematically a dual-fuel fuel injector 1 according to a further preferred embodiment of the invention, wherein the storage filling can be actively reversed in particular with a change of the injector mode, for which a reversing device is preferably provided.
  • a switching can be advantageous, in particular also in full load operation of a
  • the dual-fuel fuel injector according to FIG. 2 also has an injector reservoir 55, which is accessible from two sides, that is, from both the first side 59 and the fuel gas side and from the second page 65 and liquid fuel side is filled. Furthermore, in accordance with the injector memory 55, a separating element 71 is received, again in the manner of a separating piston, which can move back and forth between a first and second end position or is displaceable in a displacement direction C and exerts a shut-off function in the respective end position.
  • the separating element 71 in turn has circumferential sealing surfaces 77 on opposite sides 73, 75 (viewed in the direction of displacement C), which cooperate sealingly with the injector accumulator 55 in a respective end position.
  • the separating piston 71 has a substantially constant cross-section, furthermore a cylindrical shape, so that the opposite end surfaces 73, 75 which can be inflowed via a respective inlet also have in particular identical diameter or effective cross-section.
  • the separating element 71 in turn comprises circumferentially arranged pistons (tightly) rings 81, wherein the separating element 71 is likewise slidable in the injector memory 55 or on its inner wall, wherein a scraper element next to it is also conceivable. Also in this embodiment, the separating element 71 continues to act in the injector memory 55 in particular as
  • Valve which is capable of selectively or pressure-controlled shut off the first 61 or second 67 inlet can.
  • the dual-fuel fuel injector 1 further comprises a reversing device, which in the present case is preferably formed by means of a pressure-controlled valve 85 and which further provides a selectively disclosed valve or shut-off valve 87.
  • the pressure-controlled valve 85 is connected as a 3/2-way valve (pneumatically actuated) in front of the second inlet 67 of the injector memory 55, that is in the inlet flow branch 69, so that the second inlet 67 in this case depending on the respective switching position of the valve 85 can be flowed.
  • the pressure-controlled valve 85 may switch the second inlet 67 in communication with the second high-pressure supply path 25, in a further, second switching position of the valve 85, the second inlet 67 in Communication with the low pressure side (ND) connected, ie via the node B in
  • the pressure-controlled valve 85 preferably has a piston actuation 89 with a piston 91, which is guided in a working space 93, wherein a changeover from the first to the second switching position by means of pressure loading of the piston 91 on a drive side 95 can take place.
  • the working space 93 communicates with the first high-pressure supply path 11, that is to say via a flow connection 97, which branches off between the shut-off valve 87 and the first nozzle volume 13, at a node D.
  • the pressure-controlled Valve 85 piston-actuated switched (from the first to the second switching position), the threshold is exceeded, the first switching position is automatically resumed (by means of a spring load).
  • the pressure-controlled valve 85 may further be provided 99 a leakage discharge.
  • the reversing device further comprises a shut-off valve 87, via which the first high-pressure supply path 11 is guided, and over which the first high-pressure supply path 11 is selectively interruptible.
  • the shut-off valve 87 is preferably actuatable via e.g. a control device of a dual-fuel fuel injection system or an internal combustion engine.
  • the check valve 87 is disposed downstream of the node A and upstream of the branch D of the flow connection 97 of the pressure-controlled valve 85 in the first high-pressure supply path 11.
  • the thus arranged shut-off valve 87 is thus able, in the first illustrated switching position (blocking position) to shut off the first high-pressure supply path 11 to the node A or switch through in a second switching position (passage position).
  • FIG. 2 shows the dual-fuel fuel injector 1 in the second injector mode, for example, according to a 100% diesel full load operation.
  • the pilot valve 7 of the first injector unit 3 is in the blocking position, via the also in blocking position check valve 87, the first injector unit 3 is depressurized, ie due to the thereby interrupted first high-pressure supply path 11.
  • At the second high-pressure supply path 25 is injection pressure, for example up to 2500 bar ,
  • the shut-off valve 87 With a switch to the first injector mode (preferably Zündstrahl ist) the shut-off valve 87 is opened by reversing into the second switching position, in particular at maximum possible applied gas pressure (of about 350 - 400 bar). As a result, the gas pressure in said height is also at the nozzle volume 13 of the first injector unit 3, in particular within a working cycle.
  • the pneumatically controlled valve 85 now interrupts the liquid fuel supply to the second storage side 65 by reversing to the first switching position and in this case switches the second storage side 65 to the leakage drain line, ie depressurized (hence the second storage side 65 can now be emptied become).
  • the separating piston 71 pressurized with the fuel gas pressure via the first storage side 59 pushes the liquid fuel via the inlet 67 into the (ND) leakage system of the dual-fuel fuel injector 1 (and, for example, back into a tank).
  • the high pressure supply of the second injector 17 (control chamber 45 and nozzle volume 27) is maintained so that it is still possible without significant pressure drop Zündöl- and part load -Inject fuel quantities for a fuel gas or a fuel gas-liquid fuel mixed operation.
  • a preferred operational transition strategy provides that the total energy equivalent to be injected remains essentially at least constant. It is proposed for this purpose, one - due to the not yet completed but continuously increasing storage gas filling - to compensate for missing fuel gas either by a longer time fuel gas Ausdüsung or, in particular then, if no time reserve is available (engine is running, for example, already at rated speed) to compensate for such a lack of gas through an additional amount of liquid fuel.
  • a switching operation between the first and second injector mode takes place in the reverse order (as explained in more detail below). However, the shift should only be considered up to the engine part load to avoid a noticeable load drop.
  • the liquid fuel supply pressure (preferably starting from the Zündstrahl istsdruck, about 600-1000 bar) to the maximum value (eg 2500 bar) initially increased to a rapid refilling of Lnjektorados 55 during the change of Injector mode.
  • the pressure-controlled valve 85 is transferred by discharge on the drive side 95 back to the first switching position, so that the second memory page 65 now back in communication is with the second high-pressure supply path 25, is thus flowed with liquid fuel.
  • the fuel gas located in the injector memory 55 is pushed out via the inlet 61 into the first high-pressure supply path 11 and the injector accumulator 55 is all filled with liquid fuel.
  • the injection pressure at the second injector unit 17 increases again, so that the injection operation in the second
  • the liquid-fuel injection quantity is further increased to the nominal injection quantity, in particular immediately, by the supply which is interrupted by interrupting the first high-pressure supply path 11
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the dual-fuel fuel injector 1 which approximates FIG. 2, wherein, in contrast to the embodiment according to FIG. 2, the shut-off valve 87
  • injector mode analogous to the statements made above for the embodiment of FIG. 2, but the use of remaining in the injector memory 55 first main fuel or fuel gas for a switching operation with a gas-diesel mixing operation is possible. This is advantageous in that it is easier to follow up with the liquid fuel injection quantity. The fuel gas pressure remains during the
  • the shut-off valve 87 in front of the node A also simultaneously represents a safety valve which is suitable for switching off the first injector unit 3 together with the fuel gas side 59 of the injector accumulator 55.
  • this shut-off valve 87 by a (flow-controlled) quantity limiting function (in the sense of a quantity limiting valve).
  • a switchover time could be 3-5s for a high-speed diesel engine.

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Abstract

1. Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) aufweisend: - eine erste Injektoreinheit (3), welche für eine erste Injektorbetriebsart mit einem ersten Hauptkraftstoff bereitgestellt ist; - eine zweite Injektoreinheit (17), welche für eine zweite Injektorbetriebsart mit einem zweitem Hauptkraftstoff bereitgestellt ist; - einen Injektorspeicher (55); dadurch gekennzeichnet, dass der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, den Injektorspeicher (55) in Abhängigkeit der jeweiligen Injektorbetriebsart entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen.

Description

BESCHREIBUNG
Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor ist insbesondere für die Verwendung mit einem ersten, gasförmigen Kraftstoff bzw. Brenngas sowie mit einem zweiten, flüssigen
Kraftstoff bzw. Flüssigkraftstoff vorgesehen.
Mit der Verwendung von Dual-Fuel-Kraftstoffinjektoren, insbesondere mit Großmotoren, stellt sich regelmäßig die Frage, wie unter Beachtung der jeweiligen Einbausituation am Motor neben einem Speichervolumen für Flüssigkraftstoff auch ein großes Gas-Speichervolumen, insbeson- dere je im Rahmen eines (Hochdruck-)Einzeldruckspeichers, am Injektor unterzubringen ist.
Große Gasspeichervolumina sind anzustreben, um einen Druckabfall während der Gasausdüsung gering zu halten, insbesondere als sich aufgrund des sich über den Kolbenhub ändernden Differenzdruckniveaus zwischen Gas- und Brennraumdruck ohnehin schon erhebliche
Schwierigkeiten ergeben, die gewünschte Gasmenge in den Brennraum auszubringen.
Wenn es aus konstruktiver Sicht nicht möglich ist, für die 100 %-Motorvolllast benötigte Gas- und Flüssigkraftstoffspeicher in einem Injektor zu integrieren, müssen hinsichtlich der Speichergrößen Kompromisse eingegangen werden. Diese gehen bei einem Motor, welcher sowohl für den Brenngas-Betrieb als auch für einen Flüssigkraftstoff-Betrieb ausgelegt ist, entweder zu Lasten beider Betriebsarten oder - sehr viel stärker - zu Lasten nur einer Betriebsart. Hieraus kann in nachteiliger Weise eine Betriebsart mit eingeschränkter Motorleistung resultieren.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Dual-Fuel- Kraftstoffinjektor anzugeben, welcher geeignet ist, mit geringem Bauraum den geforderten Speicherbedarf bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor, welcher z.B. mit einem Großmotor verwendbar ist, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug wie etwa einem Schiff, einer Lok, einem LKW oder einem davon verschiedenen Nutzfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung vorgesehen ist, z.B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat, insbesondere auch für Industrieanwendungen. Der erfindungsgemäße Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor weist eine erste Injektoreinheit auf, welche für eine erste Injektorbetriebsart (insbesondere eine Betriebsart, in welcher die erste Injektoreinheit aktiv ist bzw. ausdüst; insbesondere eine Einspritz- bzw. Einblasbetriebsart) mit einem ersten (Haupt-) Kraftstoff bereitgestellt bzw. zur Verwendung damit vorgesehen ist. Bevorzugt wird die erste Injektoreinheit für einen Betrieb mit Brenngas verwendet, d.h. als Brenngas- Injektoreinheit, insoweit bereitgestellt für eine selektive Brenngasausdüsung.
Die erste Injektorbetriebsart ist mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine Zündstrahlbetriebsart, im Rahmen derer Brenngas als erster Hauptkraftstoff ausgedüst wird (während weiterhin auch ein Flüssigkraftstoff als Hilfskraftstoff ausgedüst wird, i.e. insbesondere mit einer nachfolgend noch erläuterten zweiten Injektoreinheit). Denkbar ist z.B. jedoch auch ein reiner Brenngasbetrieb in der ersten Injektorbetriebsart, z.B. mit Wasserstoff als Brenngas. Als gasförmiger Brennstoff bzw. Brenngas kann weiterhin z.B. Erdgas, Deponiegas, Biogas oder ein davon verschiedenes Gas vorgesehen sein. Allgemein kann in der ersten Injektorbetriebsart jedoch auch ein Flüssigkraftstoff als erster Hauptkraftstoff zur Ausbringung über die erste Injektoreinheit vorgesehen sein, z.B. Methanol.
Die erste Injektoreinheit ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine hydraulisch- servogesteuerte Injektoreinheit, das heißt ein Düsenventil der ersten Injektoreinheit kann mittels eines insbesondere flüssigen Steuerfluids und einem Servoventil (Pilotventil) selektiv offen ge- steuert werden, wobei das Steuerfiuid bevorzugt mit dem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor verwendeter Flüssigkraftstoff ist.
Der erfindungsgemäße Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor weist weiterhin eine zweite Injektoreinheit auf, welche für eine zweite Injektorbetriebsart (insbesondere eine Betriebsart, in welcher die zweite Injektoreinheit aktiv ist bzw. ausdüst; insbesondere eine Einspritzbetriebsart) mit einem zweiten (Haupt-)Kraftstoff, insbesondere Flüssigkraftstoff, bereitgestellt bzw. zur Verwendung damit vorgesehen ist. Die zweite Injektoreinheit ist bevorzugt für das selektive Ausdüsen von Flüssigkraftstoff vorgesehen.
Die zweite Injektorbetriebsart ist vorzugweise eine Betriebsart, in welcher ausschließlich der zweite Hauptkraftstoff über den Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor bzw. dessen zweite Injektoreinheit ausgebracht wird, wobei mit der Verwendung von Flüssigkraftstoff bevorzugt Dieselkraftstoff, Schweröl oder Bioöl vorgesehen wird.
Die zweite Injektoreinheit ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung und insbesondere analog zur ersten Injektoreinheit bevorzugt auch eine hydraulisch-servogesteuerte Injektoreinheit, das heißt ein Düsenventil der zweiten Injektoreinheit kann mittels eines insbesondere flüssigen Steuerfluids und einem Servoventil (Pilotventil) selektiv offen gesteuert werden, wobei das Steuerfluid bevorzugt wiederum der mit dem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor verwendete
Flüssigkraftstoff ist.
Der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor weist weiterhin einen Injektorspeicher bzw. Injektordruckspeicher auf, welcher insbesondere als Einzeldruckspeicher bzw. als injektorindividueller Speicher am Injektor bereitgestellt ist. Der Injektorspeicher ist insbesondere dazu vorgesehen, mit Einspritzvorgängen einhergehende Druckschwankungen zu kompensieren und insbesondere, eine hochdruckbeaufschlagte Hauptkraftstoffmenge aufzunehmen bzw. zu bevorraten. Insoweit ist der Injektorspeicher an das injektorinterne (Hochdruck (HD))-Kraftstoffversorgungssystem angebunden.
In die Erfindung kennzeichnender Weise ist der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor weiterhin dafür eingerichtet, den Injektorspeicher in Abhängigkeit der (i.e. korrespondierend mit der) jeweiligen (gegenwärtigen bzw. gewählten) Injektorbetriebsart (erste oder zweite Injektorbetriebsart) entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen (i.e. zu beaufschlagen). Somit wird es mit der Erfindung möglich, mittels lediglich eines (einzigen) Injektorspeichers
(Einheitshochdruckspeicher) den jeweils für die entsprechende Betriebsart notwendigen (Haupt-) Kraftstoff mit der insbesondere für Volllast vorzuhaltenden Kapazität speichern zu können. Dies geht mit einem vorteilhaft äußerst geringen Bauraumbedarf einher. Bevorzugt ist der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor hierbei dazu eingerichtet, den Injektorspeicher während der ersten Injektorbetriebsart mit dem ersten Hauptkraftstoff - bevorzugt Brenngas - zu befüllen und weiterhin, den Injektorspeicher während der zweiten Injektorbetriebsart mit dem zweiten Hauptkraftstoff - bevorzugt Flüssigkraftstoff - zu befüllen. Somit kann der jeweilige Hauptkraftstoff für einen damit zu absolvierenden Einspritzbetrieb bzw. die jeweilige Injektorbetriebsart bedarfsgerecht stets aus dem Injektorspeicher versorgt und daneben für eine Pul- sationsdämpfung vorgehalten werden. Bevorzugt kann hierfür z.B. in der ersten Injektorbetriebsart ein Düsenvolumen der ersten Injektoreinheit in Kommunikation mit dem Injektorspeicher gebracht werden und der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor weiterhin dazu eingerichtet sein, in der zweiten Injektorbetriebart ein Düsenvolumen der zweiten Injektoreinheit in Kommunikation mit dem Injektorspeicher zu bringen.
Der vorgeschlagene Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor ist insbesondere auch für ein Umbefüllen des Injektorspeichers eingerichtet, d.h. für eine Verdrängung eines Hauptkraftstoffs aus dem
Inj ektorspei eher mittels des jeweils anderen Hauptkraftstoffs, wobei der Injektorspeicher im
Zuge der Verdrängung mit dem jeweils anderen Hauptkraftstoff befüllt wird. Ein Umbefüllen ist hierbei insbesondere je mit einem Umschalten bzw. Wechsel zwischen den Injektorbetriebsarten (erste und zweite Injektorbetriebsart) vorgesehen. Mit einem Übergang bzw. Umschalten von der ersten Injektorbetriebsart in die zweite
Injektorbetriebsart kann hiernach der Hauptkraftstoff der ersten Injektorbetriebsart aus dem Injektorspeicher verdrängt und der Injektorspeicher mit dem Hauptkraftstoff der zweiten Injektorbetriebsart befüllt werden. Analog ist vorgesehen, dass mit einem Übergang von der zweiten Injektorbetriebsart in die erste Injektorbetriebsart der Hauptkraftstoff der zweiten Injektorbetriebsart aus dem Injektorspeicher verdrängt wird und der Injektorspeicher mit dem Hauptkraftstoff der ersten Injektorbetriebsart befüllt wird.
Allgemein bevorzugt kann der Injektorspeicher in der Art eines Kolbenspeichers gebildet sein. Der Injektorspeicher kann eine erste (Speicher-) Seite mit einem Einlass für den ersten Haupt- kraftstoff aufweisen, sowie eine zweite (Speicher-)Seite mit einem Einlass für den zweiten
Hauptkraftstoff. Ein im Injektorspeicher verschiebliches Trennelement (Kolben; Trennkolben) kann hierbei die erste und zweite Seite voneinander trennen. Das Trennelement kann gegen eine Injektorspeicherwand hierbei gleitgedichtet sein, zum Beispiel via Kolben(dicht)ringe. Bei bevorzugten Ausgestaltungen des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors und in Weiterbildung der Erfindung ist der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors ferner dazu eingerichtet, für die erste Injektorbetriebsart den Einlass des Injektorspeichers für den ersten Hauptkraftstoff in Kommunikation mit einem ersten Hochdruckversorgungspfad des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors bringen zu können, welcher Hochdruckversorgungspfad weiterhin mit einem Düsenvolumen der ersten Injektoreinheit kommuniziert.
Hierbei ist der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor bevorzugt auch eingerichtet, für die zweite Injektorbetriebsart den Einlass des Injektorspeichers für den zweiten Hauptkraftstoff in Kommunikation mit einem zweiten Hochdruckversorgungspfad des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors bringen zu können, welcher zweite Hochdruckversorgungspfad weiterhin mit einem Düsenvolumen der zweiten Flüssigkraftstoff-Injektoreinheit kommuniziert. Im Rahmen einer derartigen Ausgestaltung kann ein jeweiliger Einlass über einen jeweiligen Hochdruckversorgungspfad (eines jeweiligen Hauptkraftstoffs) auf einfache Weise befüllt bzw. auch umbefüllt werden.
Für eine Verdrängung, z.B. mit einer Umbefüllung, - des jeweils anderen Hauptkraftstoffs - ist der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor hierbei bevorzugt auch dazu eingerichtet, die zweite Seite des Injektorspeichers für die erste Injektorbetriebsart zu entlasten und weiterhin dazu, die erste Seite des Injektorspeichers für die zweite Injektorbetriebsart zu entlasten. Im Zuge einer Entlastung einer jeweiligen Seite kann der daraus zu verdrängende Hauptkraftstoff bei derartigen Ausgestaltungen durch Druckbeaufschlagung bzw. Befüllen der anderen Injektorspeicherseite mit dem anderen Hauptkraftstoff unproblematisch ausgeschoben bzw. verdrängt werden. Bevorzugt wird der Hauptkraftstoff hierbei je mittels des Trennelements verdrängt und weiterhin bevorzugt über den Einlass der Seite des zu verdrängenden Hauptkraftstoffs ausgeschoben.
Mit der Erfindung weiterhin bevorzugt ist der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor auch eingerichtet, einen jeweiligen Einlass versperren zu können. Hierfür kann insbesondere das Trennelement vorgesehen sein, insbesondere derart ausgestaltet, in einer ersten Endlage den Einlass für den ersten Hauptkraftstoff versperren zu können und in einer zweiten Endlage den Einlass für den zweiten Hauptkraftstoff versperren zu können.
Um den Injektorspeicher wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Hauptkraftstoff zu beaufschlagen bzw. zu befüllen, kann der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor, insbesondere für eine aktiv gesteuerte, mit einem Betriebsartenwechsel einhergehende Umbefüllung, eine Umsteuer- einrichtung aufweisen. Eine solche Umsteuereinrichtung kann insbesondere ein druckgesteuertes Ventil aufweisen, zum Beispiel weiterhin ein (gesteuert schaltbares) Absperrventil.
Alternativ zu einer aktiven Umsteuermöglichkeit kann der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor auch zu einer passiven Umsteuerung eingerichtet sein, zum Beispiel derart, den Injektorspeicher in
Abhängigkeit der jeweiligen Injektorbetriebsart druckgesteuert mit dem ersten oder dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen, insbesondere ausschließlich druckgesteuert (bevorzugt über anliegende Kraftstoff- Versorgungsdruckniveaus des ersten und zweiten Hauptkraftstoffs). Mit der Erfindung wird auch ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen, welches wenigstens einen wie vorstehend erläuterten Dual-Fuel-BCraftstoffinjektor aufweist, insbesondere eine Mehrzahl derselben. Bevorzugt ist das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem für die Durchführung bzw. Steuerung eines Umbefüllens des Injektorspeichers im Rahmen eines Umschaltens zwischen den Betriebsarten, d.h. der ersten und zweiten Injektorbetriebsart, eingerichtet.
Bei bevorzugten Ausgestaltungen des Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem, bei welchen der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor eine wie vorstehend erläuterte Umsteuereinrichtung aufweist, ist das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem zur Ansteuerung der Umsteuervorrichtung des Dual- Fuel-Kraftstoffinjektors eingerichtet, um den Injektorspeicher korrespondierend mit einer vorgesehenen Injektorbetriebsart entweder mit dem ersten oder dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen, i.e. insbesondere aktiv. Bei einer solchen Lösung kann vorgesehen sein, dass via ein Steuergerät des Kraftstoffeinspritzsystems wenigstens ein Ventil der Umsteuereinrichtung ansteuerbar ist. AJternativ und insbesondere mit Lösungen des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors einhergehend, Vielehe eine passive bzw. druckgesteuerte Umsteuerung vorsehen, kann das Dual-Fuel- Kj-aftstoffeinspritzsystem eingerichtet sein, den Injektorspeicher korrespondierend mit einer vorgesehenen Injektorbetriebsart druckgesteuert entweder mit dem ersten oder dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen. Hierzu kann das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem eingerichtet sein, ein (Versorgungs-)Druckniveau des ersten Hauptkraftstoffs und/oder ein (Versorgungs-) Druckniveau des zweiten Hauptkraftstoffs, insbesondere mittels einer Steuerungs des Dual-Fuel- Kiaftstoffeinspritzsystems, am Dual-Fuel-Injektor (an Kraftstoff-Einlässen) geeignet einzustellen. Mit der Erfindung ist auch vorgesehen, dass das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem eingerichtet ist, die für Einspritzereignisse während eines Umschaltens zwischen den Injektorbetriebsarten motorlastabhängig aufzuwendende Energiemenge mittels einer Übergangsstrategie konstant oder weitgehend unveränderlich zu halten. Im Rahmen einer solchen Strategie kann für eine Anzahl von Einspritzvorgängen, welche mit einem Umschalten zwischen den Injektorbetriebsarten und insoweit einem Umbefüllen einhergehen, vorgesehen sein, eine Einspritzmenge des einen Hauptkraftstoffs, welche gegebenenfalls hinter dem Soll zurückbleibt, durch eine gesteigerte Einspritzmenge des anderen Hauptkraftstoffs auszugleichen, zum Beispiel auch durch eine verlängerte Einspritzdauer.
Mit der Erfindung wird weiterhin ein Verbrennungsmotor vorgeschlagen, wobei der Verbrennungsmotor einen wie vorstehend erläuterten Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor und/oder ein wie vorstehend erläutertes Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem aufweist. Auch ein Verfahren ist angegeben, welches mit dem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor vorteilhaft ausführbar ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 exemplarisch und schematisch ein Strukturdiagramm eines Dual-Fuel-Kraftstoff- injektors gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 exemplarisch und schematisch ein Strukturdiagramm eines Dual-Fuel-Kraftstoff- injektors gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 exemplarisch und schematisch ein Strukturdiagramm eines Dual-Fuel-Kraftstoff- injektors gemäß noch einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
Fig. 1 zeigt exemplarisch und schematisch einen erfindungsgemäßen Dual-Fuel-Kraftstoff- injektor (Zweistoffdüse bzw. Zweistoff-Injektor) 1.
Zur Darstellung einer ersten Injektorbetriebsart (Einblas- bzw. Einspritzbetriebsart), welche mit einem ersten (Haupt-)Kraftstoff in Form von gasförmigem Kraftstoff bzw. Brenngas vorgesehen ist, weist der Dual-Fuel-Kraft Stoffinjektor 1 eine erste Injektoreinheit 3 auf. Die erste
Injektoreinheit 3 ist hydraulisch-servogesteuert, das heißt ein Düsenventil 5 der ersten
Injektoreinheit 3 wird über ein Servo- bzw. Pilotventil 7 und Steuerfluid indirekt gesteuert, das heißt auf an sich bekannte Weise.
Das Brenngas, zum Beispiel Erdgas, ist über einen Einlass bzw. Brenngas-Einlass 9 des Dual- Fuel-Kraftstoffinjektors 1 sowie einen ersten Hochdruckversorgungspfad 11 an ein Düsenvolumen 13 bzw. einen Gas-Düsenraum der ersten Injektoreinheit 3 versorgbar (erstes Düsenvolumen 13). Der erste Hochdruckversorgungspfad 11 führt dazu von dem Einlass 9 für den ersten Hauptkraftstoff bzw. dem Brenngaseinlass 9 zu dem Gas-Düsenraum 13. Zur Versorgung mit dem ersten, insbesondere hochdruckbeaufschlagten Hauptkraftstoff (z.B. mit einem
Druckniveau bis 400bar) bzw. dem Brenngas kann ein Brenngasvorrat 15 an den Einlass 9 angeschlossen sein, zum Beispiel in Form eines Drucktanks und weiterhin einer mit dem Dual- Fuel-Kraftstoffinjektor 1 verwendeten Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bevorzugt einer Gas-Common-Rail-Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bzw. einer Brennkraftmaschine. Der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 umfasst weiterhin eine zweite Injektoreinheit 17, welche zur Darstellung einer zweiten Injektorbetriebsart (insbesondere Einspritzbetriebsart) mit einem zweiten (Haupt-)Kraftsto ff bereitgestellt ist. Der zweite Hauptkraftstoff ist insbesondere Flüssigkraftstoff, bevorzugt Dieselkraftstoff, Schweröl oder Bioöl. Wie die erste Injektoreinheit 3 ist auch die zweite Injektoreinheit 17 hydraulisch-servogesteuert, das heißt ein Düsenventil 19 der zweiten Injektoreinheit 17 wird über ein weiteres Servo- bzw. Pilotventil 21 des Kraftstoffinjektors 1 und Steuerfluid indirekt gesteuert, das heißt wiederum auf an sich bekannte Weise.
Der Flüssigkraftstoff ist über einen weiteren Einlass 23 bzw. Flüssigkraftstoffeinlass des Dual- Fuel-Kraftstoffinjektors 1 sowie einen zweiten Hochdruckversorgungspfad 25 an ein Düsen- volumen 27 bzw. einen Flüssigkraftstoff-Düsenraum der zweiten Injektoreinheit 17 versorgbar (zweites Düsenvolumen 27). Dazu führt der zweite Hochdruckversorgungspfad 25 von dem Einlass 23 für den zweiten Hauptkraftstoff bzw. dem Flüssigkraftstoffeinlass zu dem Düsenvolumen 27 der zweiten Injektoreinheit 17. Zur Versorgung mit dem zweiten, insbesondere ebenfalls hochdruckbeaufschlagten Hauptkraftstoff bzw. dem Flüssigkraftstoff (z.B. bis 2500bar oder mehr) kann der Einlass 23 mit einer Zufördervorrichtung 29 in Kommunikation stehen, zum Beispiel einem Rail oder einem Hochdruckerzeugungsaggregat (einer mit dem Dual-Fuel- Kraftstoffinjektor 1 verwendeten Dual-Fuel-Kjaftstoffeinspritzeinrichtung), welches den zweiten Hauptkraftstoff an den Einlass 23 fördern kann.
Nachfolgend wird kursorisch auf die Ausgestaltung einer jeweiligen Injektoreinheit 3, 17 eingegangen.
Gebildet ist das Düsenventil 5 bzw. 19 mittels einer Düsennadel 31 bzw. 33, welche an einem düsennahen Ende gegen einen Düsenventilsitz 35 bzw. 37 wirkt, wobei ein Strömungsweg ausgehend von dem Düsenvolumen 13 bzw. 27 zu einer Düsenanordnung 39 bzw. 41 der Injektoreinheit 3, 17 dann offenbar ist, wenn die Düsennadel 31, 33 vom Düsenventilsitz 35, 37 abhebt. Zur selektiven Offensteuerung ist an einem düsenfernen Ende der in einer Axialbohrung geführten Düsennadel 31, 33 ein Steuerraum 43 bzw. 45 gebildet, welcher mit hochdruckbeauf- schlagtem Steuerfluid in Form des zweiten Hauptkraftstoffs über einen Zulaufzweig 47 bzw. 49 (mit Zulaufdrossel) beaufschlagbar ist und hierüber eine Kraft in Schließrichtung auf die Düsennadel 31, 33 ausüben kann.
Der Steuerraum 43, 45 ist weiterhin über einen Ablaufzweig 51, 53 (mit Ablaufdrossel) druck- entlastbar, das heißt über einen Leckageströmungsweg 51, 53, wobei für ein selektives Öffnen des Ablaufzweigs 51, 53 das Servo- bzw. Pilotventil 7, 21 bereitgestellt ist, über welches der Ablaufzweig 51, 53 geführt ist (hin zur Niederdruckseite ND). Das Servoventil 7, 21 ist bevorzugt ein magnetaktuiertes Ventil, wie dargestellt zum Beispiel ein 2/2-Wege- Ventil (welches über eine Steuereinrichtung einer mit dem Dual-Fuel-Kxaftstoffinjektor 1 verwendeten Kraftstoffeinspritzeinrichtung gesteuert werden kann).
Im Rahmen dieser Anordnung kann die Düsennadel 31, 33 via hochdruckbeaufschlagten Kraftstoff im Düsenraum 13, 27 eine Kraft in Öffhungsrichtung erfahren, über hochdruckbeaufschlagten Kraftstoff im Steuerraum 43, 45 weiterhin eine Kraft in Schließrichtung (zum Beispiel auch unterstützt durch eine Schließfeder). Das Düsenventil 5, 19 öffnet im Rahmen eines Einspritzbetriebs (Einspritzvorgang), falls ein Schließkräftegleichgewicht an der
Düsennadel 31, 33 aufgelöst ist, d.h sobald eine Kraft in Öffnungsichtung überwiegt, wozu das Servoventil 7, 21 offen gesteuert werden kann. Mit Öffnen des Servoventils 7, 21 kann Kraftstoff aus dem Steuerraum 43, 45 zur Niederdruckseite (ND) abströmen und der Druck im Steuerraum 43, 45 gemindert werden. Mit Sperren des Servoventils 7, 21 baut sich der Druck im Steuerraum 43, 45 wieder auf und die Düsennadel 31, 33 kehrt in ihren Sitz zurück (Einspritzende).
Wie Fig. 1 weiter veranschaulicht, weist der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 weiterhin einen als (Hoch-)Druckspeicher gebildeten Injektorspeicher 55 auf. Der Injektorspeicher 55 ist als Einzeldruckspeicher bzw. injektorindividueller Speicher des Injektors 1 bereitgestellt, wobei im
Injektorspeicher 55 ein Speichervolumen 57 gebildet ist.
An einer ersten Speicherseite 59, i.e. einer ersten Hauptkraftstoffseite bzw. (Brenn-)Gasseite, weist der Injektorspeicher 55 einen ersten Einlass 61 für den ersten Hauptkraftstoff (Brenngas- einlass) auf, welcher über einen ersten Einlasszweig 63 mit dem ersten Hochdruckversorgungspfad 11 kommuniziert, i.e. abzweigend vom Knoten A, so dass der Injektorspeicher 55 bzw. dessen erste Seite 59 über den ersten Einlass 61 mit dem ersten Hauptkraftstoff befüllbar ist. An einer zweiten Speicherseite 65, i.e. einer zweiten Hauptkraftstoffseite bzw Flüssigkraftstoffseite, weist der Injektorspeicher 55 weiterhin einen zweiten Einlass 67 für den zweiten Hauptkraftstoff (Flüssigkraftstoffeinlass) auf, welcher über einen zweiten Einlasszweig 69 mit dem zweiten Hochdruckversorgungspfad 25 kommuniziert, i.e. abzweigend von dem Knoten B, so dass der Injektorspeicher 55 bzw. dessen zweite Speicherseite 65 über den zweiten Einlass 67 mit dem zweiten Hauptkraftstoff befüllbar ist.
Wie Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, ist im Injektorspeicher 55 bzw. dem Speichervolumen 57 desselben ein Trennelement 71 angeordnet ist, insbesondere in Form eines Trennkolbens. Das Trennelement 71 ist zwischen der ersten Speicherseite 59 des Injektorspeichers 55 und der zweiten Speicherseite 65 des Injektorspeichers 55 angeordnet, wobei das Trennelement 71 insbesondere zwischen einer ersten und einer zweiten Endlage (je im Anschlag) verschieblich ist, d.h. in einer Verschieberichtung C. Dargestellt ist das Trennelement 71 in der zweiten Endlage.
Mit dem Ziel, in einer jeweiligen Endlage an dem ersten 61 bzw. zweiten 67 Einlass abdichten zu können, das heißt den jeweiligen Einlass 61, 67 zu versperren, weist das Trennelement 71 an (in Verschieberichtung C) entgegengesetzten Enden 73 bzw. 75 je ein Dichtprofil 77 auf, welches konfiguriert ist, mit dem Injektorspeicher 55 als Dichtungspartner zusammenwirken zu können, i.e. über einen Umfang. Ein über den Einlass 61, 67 anströmbarer erster Durchmesser bzw. Wirkquerschnitt des Trennelements 71 ist hierbei an der dem ersten Einlass 61 zuge- wandten Seite 73 größer gewählt als ein zweiter Durchmesser bzw. Wirkquerschnitt an der dem zweiten Einlass 67 zugewandten und darüber anströmbaren Seite 75. Insbesondere kann das Trennelement 71 an der dem zweiten Einlass 67 zugewandten Seite 75 eine federbelastete Ventilstange 79 aufweisen, welche den dichtenden Durchmesser 77 bzw. Wirkquerschnitt endseitig bereitstellt. Insoweit wirkt das im Injektorspeicher 55 aufgenommene Trennelement 71 als Ventil, welches geeignet ist, selektiv den ersten 61 oder den zweiten 67 Einlass zu versperren.
Wie Fig. 1 weiter veranschaulicht, ist der Trennkolben 71 gegen die Wandung des Injektorspeichers 55 gleitgedichtet, i.e. mittels wenigstens eines Kolbendichtrings 81, weiterhin kann daneben bevorzugt auch ein Abstreifelement 83 vorgesehen sein. Derart ist ein unbeabsichtigtes Überströmen eines Kraftstoffs von der ersten 59 zur zweiten 65 Seite und umgekehrt weitgehend vermieden.
Der derart ausgestaltete Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 ist erfindungsgemäß dazu eingerichtet, den Injektorspeicher 55 korrespondierend mit einer jeweiligen Injektorbetriebsart entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen. Hierbei macht der Dual-Fuel- Kraftstoffinjektor 1 bei dieser Ausgestaltung von einer passiven Umsteuerfunktionalität
Gebrauch, welche insbesondere eine (externe) Drucksteuerung für eine Umbefüllung vorsieht. Hierauf wird - für jeweilige Betriebssituationen mit zum Beispiel einer Dual- Fuel-Kraftstoff- einspritzeinrichtung bzw. einem Verbrennungsmotor - nachfolgend näher eingegangen.
In einer zweiten Injektorbetriebsart (nicht gemäß Fig. 1), entsprechend einem Flüssigkraftstoff- Einspritzbetrieb, zum Beispiel reinem Dieselbetrieb, ist der Injektorspeicher 55 mit dem zweiten Hauptkraftstoff bzw. Flüssigkraftstoff befüllt, d.h. an der Flüssigkraftstoffseite 65, zwischen dem zweiten Einlass 67 und dem Trennkolben 71. Der Trennkolben 71 befindet sich in der ersten Endlage (brenngasseitiger Anschlag) und versperrt den ersten Einlass 61. Mit anderen Worten ist der Injektorspeicher 55 lediglich mit dem zweiten Hauptkraftstoff befüllt. Um eine Umschaltung der zweiten Injektorbetriebsart auf die erste Injektorbetriebsart, bevorzugt Zündstrahlbetrieb, einhergehend mit einer Befüllung des Injektorspeichers 55 mit dem ersten Hauptkraftstoff zu bewirken (im Rahmen derer der zweite Hauptkraftstoff aus dem Injektorspeicher 55 auch verdrängt wird, d.h. der Injektorspeicher 55 umbefüllt wird), wird nunmehr ein Kräfteverhältnis durch Drucksteuerung umgekehrt, so dass die Kraft, welche das Trennelement 71 gasseitig an der Wirkfläche 73 erfährt, größer wird als die Kraft, welche das Trennelement 71 flüssigkraftstoffseitig (an der Wirkfläche 75) erfährt.
Hierzu wird der Gasdruck bevorzugt auf einen maximalen Versorgungsdruckwert (Brenngas- Versorgungsdruck (am Brenngaseinlass 9), zum Beispiel 400 bar) angehoben, während der Flüssigkraftstoff- Versorgungsdruck (hydraulischer Druck; am Flüssigkraftstoffeinlass 23) insbesondere kurzzeitig auf einen (geringfügig) unter dem Brenngas- Versorgungsdruck liegenden Wert abgesenkt wird (zum Beispiel 350-380 bar). Mit einem solchen hydraulischen Druckniveau kann die Einspritzmenge und die hydraulische Ansteuerung der Düsennadeln 31, 33 weiterhin sichergestellt werden. Eingestellt werden die jeweiligen Versorgungs-Druckniveaus für eine Injektorspeicher-Umbefüllung hierbei bevorzugt über eine Steuerung einer mit dem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 verwendeten Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzeinrichtung bzw. eines Verbrennungsmotors. Infolge des geringeren hydraulischen Drucks bzw. des damit einhergehenden Druckgefälles z wischen dem ersten 61 und dem zweiten 67 Einlass wird das Trennelement 71 im Injektorspeicher 55 hin zum zweiten Einlass 67 verschoben und verschließt denselben nunmehr. Damit einhergehend wird jetzt der Injektorspeicher 55 mit Brenngas befüllt, das heißt über den ersten Einlass 61 bzw. an der ersten Seite 59 (zwischen dem ersten Einlass 61 und dem Trennkolben 71), während der Flüssigkraftstoff über den zweiten Einlass 67 mittels des Trennelements 71 hierbei ausgeschoben wird.
Je nach Höhe der Motorlast wird im Rahmen des Umschaltens zwischen den Injektorbetriebsarten hierbei vorgesehen, über eine Dauer von mehreren Arbeitsspielen übergangsweise eine Fliissigkraftstoff-Brenngas-Mischbetriebsstrategie für den Betrieb des Verbrennungsmotors aruaiwenden, das heißt um einen Drehzahl- oder Lasteinbruch zu vermeiden. Bevorzugt wird hierbei die auszudüsende Brenngasmenge mit jedem Arbeitsspiel (mit dem sich auch das im Injektorspeicher 55 aufgenommene Brenngasvolumen vergrößert) erhöht, das heißt während die Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge schrittweise zurückgenommen wird. Ein Umschalten von der ersten Injektorbetriebsart, bevorzugt Zündstrahlbetrieb mit Brenngas als zweitem Hauptkraftstoff, in die zweite Injektorbetriebsart, bei welchem Umschalten der Injektorspeicher 55 nunmehr wieder mit dem ersten Hauptkraftstoff in Form von Flüssigkraftstoff befüllt wird, insbesondere im wesentlichen sämtlich, wird nachfolgend noch näher erläutert.
In der ersten Injektorbetriebsart hält das Trennelement 71 den zweiten Einlass 67 zuverlässig geschlossen, z.B. gegen einen Druck von 600-1000 bar. Dieser Druckbereich reicht für die Flüssigkraftstoffeinspritzung im Rahmen der ersten Injektorbetriebsart (Zündstrahlbetrieb) regelmäßig aus.
Wird - im Zuge des Umschaltens der Betriebsart - nunmehr eine Druckerhöhung im Rahmen der Flüssigkraftstoff- Versorgung aufgeschaltet, welche einen bestimmten Differenzschwellwert überschreitet (alternativ kann auch eine Gasdruckabsenkung vorgesehen werden), kommt es bei dieser Ausgestaltung des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors 1 selbstständig zu einem Befüllen des Injektorspeichers 55 mit Flüssigkraftstoff nebst einem Verdrängen des Brenngases daraus, d.h. zu einem Umbefüllen, wobei das Brenngas gegen seinen gegenwärtigen konstanten Versorgungsdruck insbesondere über den ersten Einlass 61 aus dem Injektorspeicher 55 ausgeschoben wird. Während der Umschaltphase bleibt die erste Injektoreinheit 3 hierbei auch mit kontinuier- lieh sinkendem Brenngasvolumen im Injektorspeicher 55 derart betriebsfähig, dass ein Umschalten der Injektorbetriebsart im Leerlauf oder in der Teillast unproblematisch erfolgen kann.
Vorgesehen ist auch hier die Anwendung einer Übergangsstrategie, welche inbegreifen kann, dass die Flüssigkraftstoffeinspritzung von einem Arbeitsspiel zum nächsten kontinuierlich (zum Beispiel vorgesteuert aus einem Kennfeld) angepasst bzw. hoher Motorlast erhöht wird, insoweit als die ausgedüste Gasmenge mit den folgenden Arbeitsspielen weiter abnimmt.
Fig. 2 veranschaulicht exemplarisch und schematisch einen Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Speicherbefüllung mit einem Wechsel der Injektorbetriebsart insbesondere aktiv umgesteuert werden kann, wozu bevorzugt eine Umsteuervorrichtung vorgesehen ist. Mit dem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 nach Fig. 2 kann ein Umschalten vorteilhaft insbesondere auch im Volllastbetrieb eines
Verbrennungsmotors erfolgen. Wie der anhand von Fig. 1 beschriebene Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 weist auch der Dual- Fuel-Kraftstoffinjektor nach Fig. 2 einen Injektorspeicher 55 auf, welcher von zwei Seiten, das heißt sowohl von der ersten Seite 59 bzw. Brenngasseite als auch von der zweiten Seite 65 bzw. Flüssigkraftstoffseite befüllbar ist. Weiterhin in Übereinstimmung ist in dem Injektorspeicher 55 ein Trennelement 71 aufgenommen, wiederum in der Art eines Trennkolbens, welches sich zwischen einer ersten und zweiten Endlage hin und her bewegen kann bzw. in einer Verschieberichtung C verschieblich ist und in der jeweiligen Endlage eine Absperrfunktion ausübt.
Hierfür weist das Trennelement 71 wiederum umfangsseitige Dichtflächen 77 an entgegen- gesetzten Seiten 73, 75 auf (in Verschieberichtung C betrachtet), welche mit dem Injektorspeicher 55 in einer jeweiligen Endlage abdichtend zusammenwirken. Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach Fig. 1 weist der Trennkolben 71 hierbei jedoch im Wesentlichen gleich bleibenden Querschnitt auf, weiterhin zylindrische Gestalt, so dass auch die entgegengesetzten, über einen jeweiligen Einlass anströmbaren Stirnflächen 73, 75 insbesondere identischen Durchmesser bzw. Wirkquerschnitt aufweisen.
Das Trennelement 71 umfasst wiederum über den Umfang angeordnete Kolben(dicht)Ringe 81, wobei das Trennelement 71 im Injektorspeicher 55 bzw. an dessen Innenwand ebenfalls gleitgedichtet verschieblich ist, wobei ein Abstreifelement daneben denkbar ist. Auch bei dieser Ausgestaltung wirkt das Trennelement 71 im Injektorspeicher 55 weiterhin insbesondere als
Ventil, welches befähigt ist, selektiv bzw. druckgesteuert den ersten 61 oder zweiten 67 Einlass absperren zu können.
Im Unterschied zur vorhergehend beschriebenen Ausfuhrungsform weist der Dual-Fuel- Kraftstoffinjektor 1 weiterhin eine Umsteuervorrichtung auf, welche vorliegend bevorzugt mittels eines druckgesteuerten Ventils 85 gebildet ist und welche weiterhin ein selektiv offenbares Ventil bzw. Absperrventil 87 vorsieht.
Das druckgesteuerte Ventil 85 ist als 3/2-Wege- Ventil (pneumatisch betätigbar) vor den zweiten Einlass 67 des Injektorspeichers 55 geschaltet, das heißt in den Einlass- Strömungszweig 69, so dass der zweite Einlass 67 hierbei in Abhängigkeit der jeweiligen Schaltstellung des Ventils 85 anströmbar ist. In einer ersten (dargestellten) Schaltstellung kann das druckgesteuerte Ventil 85 den zweiten Einlass 67 in Kommunikation mit dem zweiten Hochdruckversorgungspfad 25 schalten, in einer weiteren, zweiten Schaltstellung des Ventils 85 wird der zweite Einlass 67 in Kommunikation mit der Niederdruckseite (ND) geschaltet, d.h. über den Knoten B in
Kommunikation mit dem Leckageströmungsweg 53. In der zweiten Schaltstellung kann der Injektorspeicher 55 somit an der zweiten Seite 65 entlastet werden. Das druckgesteuerte Ventil 85 weist bevorzugt eine Kolbenbetätigung 89 mit einem Kolben 91 auf, welcher in einem Arbeitsraum 93 geführt ist, wobei eine Umschaltung von der ersten in die zweite Schaltstellung mittels Druckbelastung des Kolbens 91 an einer Ansteuerseite 95 erfolgen kann. Ansteuerseitig kommuniziert der Arbeitsraum 93 hierzu mit dem ersten Hochdruckversorgungspfad 11 , das heißt über eine Strömungsverbindung 97, welche daraus zwischen dem Absperrventil 87 und dem ersten Düsenvolumen 13 abzweigt, an einem Knoten D. Übersteigt das Druckniveau im Arbeitsraum 93 ansteuerseitig einen Schwellwert, wird das druckgesteuerte Ventil 85 kolbenbetätigt umgeschaltet (von der ersten in die zweite Schaltstellung), wird der Schwellwert unterschritten, wird die erste Schaltstellung selbsttätig (mittels einer Federlast) wieder eingenommen. Am druckgesteuerten Ventil 85 kann weiterhin eine Leckageableitung 99 vorgesehen sein.
Wie vorstehend bereits angemerkt, weist die Umsteuervorrichtung weiterhin ein Absperrventil 87 auf, über welches der erste Hochdruckversorgungspfad 11 geführt ist, und über welches der erste Hochdruckversorgungspfad 11 selektiv unterbrechbar ist. Ansteuerbar ist das Absperrventil 87 bevorzugt über z.B. eine Steuereinrichtung eines Dual-Fuel-Krafstoffeinspritzsystems oder eines Verbrennungsmotors.
Das Absperrventil 87 ist stromabwärts des Knotens A und stromaufwärts der Abzweigung D der Strömungsverbindung 97 des druckgesteuerten Ventils 85 in dem ersten Hochdruckversorgungs- pfad 11 angeordnet. Das derart angeordnete Absperrventil 87 vermag somit, in der ersten dargestellten Schaltstellung (Sperrstellung), den ersten Hochdruckversorgungspfad 11 nach dem Knoten A abzusperren oder in einer zweiten Schaltstellung (Durchlassstellung) durchzuschalten.
Mit dem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor nach Figur 2 kann ein Umschalten zwischen erster und zweiter Injektorbetriebsart wie auch mit dem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 nach Fig. 1 wiederum im laufenden Motorbetrieb erfolgen, neben einem Umschalten im Leerlauf oder in der Teillast insbesondere aber auch im Volllastbetrieb. Jeweilige Umschaltvorgänge, welche mit einem Umbefüllen des Injektorspeichers 55 einhergehen, werden nachfolgend näher erläutert. Fig. 2 zeigt den Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 in der zweiten Injektorbetriebsart, zum Beispiel entsprechend einem 100 %-Dieselvolllastbetrieb. Das Pilotventil 7 der ersten Injektoreinheit 3 ist in Sperrstellung, über das ebenfalls in Sperrstellung befindliche Absperrventil 87 ist weiterhin die erste Injektoreinheit 3 drucklos geschaltet, d.h. aufgrund des hierdurch unterbrochenen ersten Hochdruckversorgungspfads 11. Am zweiten Hochdruckversorgungspfad 25 liegt Einspritzdruck an, zum Beispiel bis 2500 bar.
Mit einem Umschalten auf die erste Injektorbetriebsart (bevorzugt Zündstrahlbetrieb) wird das Absperrventil 87 durch Umsteuern in die zweite Schaltstellung geöffnet, insbesondere bei maximal möglichem anliegendem Gasdruck (von ca. 350 - 400 bar). Hierdurch liegt auch am Düsenvolumen 13 der ersten Injektoreinheit 3 der Gasdruck in besagter Höhe an, insbesondere innerhalb eines Arbeitsspiels. Damit einhergehend unterbricht das pneumatisch angesteuerte Ventil 85 durch Umsteuern in die erste Schaltstellung nunmehr die Flüssigkraftstoff- Versorgung an die zweite Speicherseite 65 und schaltet hierbei die zweite Speicherseite 65 weiterhin an die Leckage- Ablaufleitung, das heißt druckklos (mithin kann nunmehr die zweite Speicherseite 65 entleert werden).
In diesem Zustand schiebt der über die erste Speicherseite 59 mit Brenngasdruck beaufschlagte Trennkolben 71 den Flüssigkraftstoff über den Einlass 67 in das (ND-)Leckagesystem des Dual- Fuel-Kraftstoffinjektors 1 (und hierüber zum Beispiel zurück in einen Tank). Mit Erreichen der zweiten Endlage bzw. des Endanschlags verschließt der Trennkolben 71 weiterhin den zweiten Einlass 67. Hierbei bleibt die Hochdruckversorgung der zweiten Injektoreinheit 17 (Steuerraum 45 und Düsen volumen 27) aufrechterhalten, so dass weiterhin ermöglicht ist, ohne nennenswerten Druckabfall Zündöl- und Teillast-Kraftstoffmengen für einen Brenngas- oder einen Brenngas-Flüssigkraftstoff-Mischbetrieb einzuspritzen.
Da das Brenngassystem während des Umschaltens wegen der über einen Zeitraum anhaltenden UmbefüUung des Injektorspeichers 55 bzw. der anhaltenden Befüllung mit Brenngas nicht sofort mit voller Kapazität bereitsteht, ist vorgesehen, eine Betriebsübergangsstrategie anzuwenden, welche hierbei einen Drehzahl-oder Lasteinbruch verhindern kann. Eine bevorzugte Betriebsübergangstrategie sieht vor, dass das einzuspritzende Gesamtenergieäquivalent im Wesentlichen mindestens konstant bleibt. Vorgeschlagen wird hierfür, eine - aufgrund der noch nicht abgeschlossenen aber kontinuierlich steigenden Speicher-Gasbefüllung - fehlende Brenngasmenge entweder durch eine zeitlich längere Brenngasausdüsung zu kompensieren oder, insbesondere dann, wenn keine Zeitreserve mehr zur Verfügung steht (Motor läuft zum Beispiel bereits mit Nenndrehzahl) eine solch fehlende Gasmenge durch eine zusätzliche Flüssigkraftstoffmenge auszugleichen. Ein Umschaltvorgang zwischen der ersten und zweiten Injektorbetriebsart erfolgt in umgekehrter Reihenfolge (wie nachfolgend näher erläutert). Der Umschaltvorgang sollte jedoch nur bis zur Motorteillast erwogen werden, um einen spürbaren Lastabfall zu vermeiden.
Vor einem Umsteuern des Absperrventils 87 in die erste Schaltstellung wird zunächst der Flüssigkraftstoff- Versorgungsdruck (bevorzugt ausgehend vom Zündstrahlbetriebsdruck, ca. 600-1000 bar) auf den Maximalwert (z.B. 2500 bar) erhöht, um eine zügige Umbefüllung des Lnjektorspeichers 55 während des Wechsels der Injektorbetriebsart zu ermöglichen. Mit dem Umschalten des Absperrventils 87 wird die Brenngas- Versorgung an den Düsenraum 13 der ersten Injektoreinheit 3 unterbrochen, weiterhin wird das druckgesteuerte Ventil 85 durch Entlastung an der Ansteuerseite 95 wieder in die erste Schaltstellung überführt, so dass die zweite Speicherseite 65 nunmehr wieder in Kommunikation mit dem zweiten Hochdruckversorgungspfad 25 steht, folglich mit Flüssigkraftstoff angeströmt wird. In diesem Zuge wird das im Injektorspeicher 55 befindliche Brenngas über den Einlass 61 in den ersten Hochdruckversorgungspfad 11 ausgeschoben und der Injektorspeicher 55 sämtlich mit Flüssigkraftstoff befüllt. Sobald der Injektorspeicher 55 mit Flüssigkraftstoff gefüllt ist, steigt der Einspritzdruck an der zweiten Injektoreinheit 17 wieder an, so dass der Einspritzbetrieb in der zweiten
Injektorbetriebsart nunmehr mit normalen Einspritzparametern fortgesetzt werden kann.
Mit Umschalten des Absperrventils 87 in die erste Schaltstellung wird weiterhin die Flüssig- kraftstoff-Einspritzmenge auf die Nenneinspritzmenge erhöht, insbesondere sofort, um die mit Unterbrechung des ersten Hochdruckversorgungspfads 11 ausbleibende Versorgung mit
Brenngas zu kompensieren. Erfolgen sollte dies weiterhin über die Verlängerung der
Einspritzzeit. Fig. 3 zeigt eine weitere, Fig. 2 nahekommende Ausgestaltung des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors 1 , wobei im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 2 das Absperrventil 87
stromaufwärts des Knotens A im ersten Hochdruckversorgungspfad 11 angeordnet ist. Mit dieser Ausgestaltung ergibt sich ein Umschaltvorgang von der ersten in die zweite
Injektorbetriebsart analog zu vorstehend für die Ausführungsform gemäß Fig. 2 gemachten Ausführungen, wobei jedoch die Verwendung des im Injektorspeicher 55 verbliebenen ersten Hauptkraftstoffs bzw. Brenngases für einen Umschaltvorgang mit einem Gas-Diesel- Mischbetrieb möglich ist. Vorteilhaft ist dies dahingehend, dass mit der Flüssigkraftstoff- Einspritzmenge besser nachgefolgt werden kann. Der Brenngasdruck bleibt während der
BefuUungsphase des Injektorspeichers 55 mit Flüssigkraftstoff gleich oder steigt geringfügig an. Vorteilhaft mit Verwendung des Restgases kann die Umschaltphase somit besser geglättet werden oder aber auch bei höheren Motorlasten oder sogar bei Volllast erfolgen.
Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 stellt das Absperrventil 87 vor dem Knoten A weiterhin gleichzeitig ein Sicherheitsventil dar, welches geeignet ist, die erste Injektoreinheit 3 samt der Brenngasseite 59 des Injektorspeichers 55 abzuschalten. Vorgesehen werden kann insoweit auch, dieses Absperrventil 87 um eine (durchflussgesteuerte) Mengenbegrenzungsfunktion (im Sinne eines Mengenbegrenzungsventils) zu erweitern.
Angemerkt sei abschließend, dass es mit der Erfindung grundsätzlich auch denkbar ist, ein Umschalten zwischen den Injektorbetriebsarten stets auch bei Volllast durchzuführen, wenn gewährleistet ist, dass beide Injektoreinheiten 3, 17 in Summe immer mehr als die benötigte Volllastenergiemenge einspritzen können. Hierbei würde zwar die Verbrennung über eine
Abfolge mehrerer Arbeitsspiele nicht optimal sein, könnte jedoch als Kompromiss hingenommen werden. Eine Umschaltdauer könnte bei einem schnell laufenden Dieselmotor zum Beispiel 3-5s betragen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) aufweisend:
- eine erste Injektoreinheit (3), welche für eine erste Injektorbetriebsart mit einem ersten
Hauptkraftstoff bereitgestellt ist;
- eine zweite Injektoreinheit (17), welche für eine zweite Injektorbetriebsart mit einem zweitem Hauptkraftstoff bereitgestellt ist;
- einen Injektorspeicher (55);
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, den Injektorspeicher (55) in Abhängigkeit der jeweiligen Injektorbetriebsart entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen.
2. Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, den Injektorspeicher (55) für die erste Injektorbetriebsart mit dem ersten Hauptkraftstoff zu befüllen; und
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, den Injektorspeicher (55) für die zweite Injektorbetriebsart mit dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen.
3. Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, in der ersten Injektorbetriebsart ein Düsenvolumen (13) der ersten Injektoreinheit (3) in Kommunikation mit dem
Injektorspeicher (55) zu bringen; und
- der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, in der zweiten
Injektorbetriebsart ein Düsenvolumen (27) der zweiten Injektoreinheit (17) in
Kommunikation mit dem Injektorspeicher (55) zu bringen.
4. Dual-Fuel-Kraftstoffinj ektor ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, mit einem Übergang von der ersten Injektorbetriebsart in die zweite Injektorbetriebsart den Hauptkraftstoff der ersten Injektorbetriebsart aus dem Injektorspeicher (55) zu verdrängen und weiterhin den Injektorspeicher (55) mit dem Hauptkraftstoff der zweiten Injektorbetriebsart zu befallen; und
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, mit einem Übergang von der zweiten Injektorbetriebsart in die erste Injektorbetriebsart, den Hauptkraftstoff der zweiten Injektorbetriebsart aus dem Injektorspeicher (55) zu verdrängen und weiterhin den Injektorspeicher (55) mit dem Hauptkraftstoff der ersten Injektorbetriebsart zu befüllen.
5. Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Injektorspeicher (55) eine erste Seite (59) mit einem Einlass (61) für den ersten Hauptkraftstoff aufweist;
der Injektorspeicher (55) eine zweite Seite (65) mit einem Einlass (67) für den zweiten Hauptkraftstoff aufweist;
der Injektorspeicher (55) ein verschiebliches Trennelement (71) aufweist, welches die erste (59) und die zweite (65) Seite voneinander trennt.
6. Dual-Fuel-Kraftstoffinj ektor ( 1 ) nach Anspruch 5 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, einen betriebsartabhängig aus dem Injektorspeicher (55) zu verdrängenden Kraftstoff mittels des Trennelements (71) zu verdrängen.
7. Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) nach einem der Ansprüche 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Trennelement (71) in einer ersten Endlage den Einlass (61) für den ersten
Hauptkraftstoff versperrt und in einer zweiten Endlage den Einlass (67) für den zweiten Hauptkraftstoff versperrt.
8. Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, für die erste Injektorbetriebsart den Einlass (61) des Injektorspeichers (55) für den ersten Hauptkraftstoff in
Kommunikation mit einem ersten Hochdruckversorgungspfad (11) des Dual-Fuel- Kraftstoffinjektors (1) zu bringen, welcher weiterhin mit einem Düsenvolumen (13) der ersten Injektoreinheit (3) kommuniziert; und
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, für die zweite Injektorbetriebsart den Einlass (67) des Injektorspeichers (55) für den zweiten Hauptkraftstoff in Kommunikation mit einem zweiten Hochdruckversorgungspfad (25) des Dual-Fuel- Kraftstoffinjektors (1) zu bringen, welcher weiterhin mit einem Düsenvolumen (27) der zweiten Flüssigkraftstoff- Injektoreinheit (17) kommuniziert.
9. Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, den Injektorspeicher (55) für die erste Injektorbetriebsart an der zweiten Seite (65) zu entlasten; und
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, den Injektorspeicher (55) für die zweite Injektorbetriebsart an der ersten Seite (59) zu entlasten.
10. Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) eine Umsteuereinrichtung (85, 87) aufweist, mittels welcher der Injektorspeicher (55) in Abhängigkeit der jeweiligen Injektorbetriebsart selektiv mit dem ersten oder dem zweiten Hauptkraftstoff befüllbar ist; und/oder - der Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) dazu eingerichtet ist, den Injektorspeicher (55) in Abhängigkeit der jeweiligen Injektorbetriebsart druckgesteuert mit dem ersten oder dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen.
1 1. Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem,
gekennzeichnet durch
wenigstens einen Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem für die Steuerung eines Umbefullens des Injektorspeichers (55) im Rahmen eines Umschaltens zwischen der ersten und zweiten Injektorbetriebsart eingerichtet ist.
13. Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem zur Ansteuerung einer Umsteuervorrichtung (85, 87) des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors (1) eingerichtet ist, um den Injektorspeicher (55) korrespondierend mit der vorgesehenen Injektorbetriebsart entweder mit dem ersten oder dem zweiten Hauptkraftstoff zu befallen; und/oder
das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem eingerichtet ist, den Injektorspeicher (55) korrespondierend mit der vorgesehenen Injektorbetriebsart druckgesteuert entweder mit dem ersten oder dem zweiten Hauptkraftstoff zu befüllen.
14. Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem eingerichtet ist, die für Einspritzereignisse während eines Umschaltens zwischen den Injektorbetriebsarten motorlastabhängig aufzuwendende Energiemenge mittels einer Übergangsstrategie unveränderlich zu halten.
15. Verbrennungsmotor,
gekennzeichnet durch
- wenigstens einen Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; und/oder
ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
16. Verfahren zur Ausführung mit einem Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit einem Umschalten zwischen erster und zweiter Injektorbetriebsart der
Injektorspeicher (55) umbefüllt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Umbefüllen während eines laufenden Betriebs des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors (1) erfolgt.
EP15783960.6A 2014-11-17 2015-10-15 Dual-fuel-kraftstoffinjektor Withdrawn EP3221572A1 (de)

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