WO2019219381A1 - Method for operating a fuel injector - Google Patents

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WO2019219381A1
WO2019219381A1 PCT/EP2019/061082 EP2019061082W WO2019219381A1 WO 2019219381 A1 WO2019219381 A1 WO 2019219381A1 EP 2019061082 W EP2019061082 W EP 2019061082W WO 2019219381 A1 WO2019219381 A1 WO 2019219381A1
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nozzle needle
fuel
control
opening
inner nozzle
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Gerhard Girlinger
Dieter BLATTERER
Roland Mitter
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel injector having the features of the preamble of claim 1.
  • a first fuel for example natural gas
  • a second fuel for example, the selkraftstoff
  • the fuel injector has for this purpose two coaxially arranged, nested nozzle needles.
  • NGDI G Natural Gas Direct Injection
  • natural gas or methane gas is injected under high pressure directly into the combustion chamber of an internal combustion engine, ignited by means of a previously discontinued diesel pilot injection and combusted diffusively.
  • This combustion process has the advantage over conventional diesel combustion that C0 2 emissions can be reduced by up to 25%. In addition, fuel costs can be lowered.
  • the combustion process also has a diesel-like combustion and thus torque characteristic, so that the integration into existing diesel engine systems is possible without having to make major changes to the system components.
  • each nozzle needle is associated with a control valve over the switching position of the control pressure can be influenced in a control room, so that the respective nozzle needle with a force acting in the closing direction hydraulic pressure is acted upon. Is lowered by opening a control valve, the control pressure in egg nem control room, thereby opening the respective nozzle needle be acts.
  • the control valves assigned to the nozzle needles are controlled independently of each other.
  • the inner nozzle needle leads mitge at least over a sectionhub Scheme when you open the äuße Ren nozzle needle. This leads to an undesirable increase in the control of the inner nozzle needle to control pressure, whereby a counterforce is generated, which slows down the opening of the outer nozzle needle.
  • the present invention has for its object to provide a method for operating a fuel injector with two coaxially arranged, nested Düsenna islands, which allows high needle opening speeds. In this way, the possibility should be created, the injection rate form bulgy gene conditions.
  • Proposed is a method for operating a fuel injector with two ko axially arranged, nested nozzle needles for introducing a first fuel, for example natural gas, and a second fuel, for example, the selkraftstoff, in a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the two nozzle needles with the aid of two control valves are opened at different times and when opening the outer nozzle needle, the inner nozzle needle is entrained at least ei nen Operahub Scheme.
  • the control valve associated with the outer nozzle needle for opening the outer nozzle needle. Needle the inner nozzle needle associated control valve at least temporarily also driven so that an increase in anlie on the inner nozzle needle lowing control pressure is counteracted without opening the inner nozzle needle.
  • the proposed method has the advantage that the principle of the Publ ubenshub the outer nozzle needle braking counterforce is significantly reduced, so that the outer nozzle needle opens faster.
  • the rate of injection rate can thus be designed to be more efficient.
  • the control valve associated with the inner nozzle needle can be actuated to be the same length or shorter than the control valve associated with the outer nozzle needle when the outer nozzle needle is opened. If the Anberichtdauer chosen shorter example, to prevent excessive drop in the control pressure and thus opening the inner Dü sennadel, both control valves can be controlled simultaneously or with a time delay. If the control is delayed, it may briefly cause a slight increase in the voltage applied to the inner nozzle needle control pressure. However, this is negligible, since it is degraded by time-delayed opening of the inner nozzle needle associated control valve immediately.
  • control valve associated with the inner nozzle needle is activated only so long that the control pressure applied to the inner nozzle needle does not increase or decrease further when the outer nozzle needle is released. It must be ensured that the inner nozzle needle does not open.
  • control valve associated with the inner nozzle needle is more often actuated during the opening phase of the outer nozzle needle, so that an increase of the control pressure applied to the inner nozzle needle is counteracted via a plurality of individual controls. Over several relatively short individual controls can be counteracted almost continuously an increase in the voltage applied to the inner nozzle needle control pressure. This proves to be an advantage, in particular, when the permanent control of the control valve associated with the inner nozzle needle during an opening stroke of the outer nozzle needle involves the risk that the pressure is applied to the inner nozzle needle. The control pressure applied to the nozzle needle drops so far that the inner nozzle needle opens.
  • the two control valves are opened by the control.
  • the two control valves are therefore preferably out as normally closed valves. With the opening of the two control valves continue to be preferred drain Dros released, via which the prevailing in the respective control chamber control pressure is built from.
  • the pressure reduction in the respective control chamber can be adjusted via the throttle cross-section of the outlet throttles.
  • the two control chambers via inlet throttles with the second fuel are applied. Restrict the flow and the inlet throttles are to match such that egg nelitz - when the outlet throttle - a possible rapid pressure reduction and hand on the other hand - with closed outlet throttle - the fastest possible pressure build-up in the respective control chamber be effected. This is especially true if the inlet throttle remains permanently open, so that continuously flows in via the inlet throttle fuel. Due to the use of the second fuel as the pressure medium no additional pressure medium must be kept, whereby the process is further simplified.
  • the second fuel preferably diesel fuel
  • the first fuel preferably natural gas
  • the proposed method may be, in particular, an NGDI method which has the advantages mentioned above.
  • solenoid valves are preferably used as control valves. These are relatively simple and compact, so that a kompakthneder fuel injector is created. drawing
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a fuel injector, which is suitable for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a first drive profile according to the inventions to the invention process
  • Fig. 3 is a schematic representation of a second drive profile according to which he inventive method and
  • Fig. 4 is a schematic representation of a known from the prior art An Kunststoffprofils.
  • the schematic representation of Fig. 1 is to be taken for carrying out the erfindungsge MAESSEN method suitable fuel injector.
  • the fuel injector has a nozzle body 17 and two coaxially arranged and nested nozzle needles 1, 2.
  • the outer nozzle needle 1, which serves for the release and closing of injection openings 11 for a gaseous fuel, is designed for this purpose as a hollow needle.
  • injection openings 12 are controllable, which serve the injection of a liquid fuel. Via the pressure chamber 16, the injection openings 12 liquid fuel is supplied.
  • the gaseous fuel passes via a pressure chamber 15 to the injection openings 11, which is bounded on the one hand by the nozzle body 17, on the other hand by the outer nozzle needle 1.
  • the gaseous fuel may in particular be natural gas or methane gas and the liquid fuel may be diesel fuel. Since the flash point of methane gas is so high that no auto-ignition takes place, diesel fuel is used for ignition.
  • the diesel fuel is introduced by way of a pilot injection shortly before the methane gas into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine. That is, the inner nozzle needle 2 is opened independently of the outer nozzle needle 1 to perform the pilot injection.
  • control pressure in a control chamber 6 is lowered by means of a control valve 4, which is acted upon via an inlet throttle 10 with the FLÜS-type fuel.
  • the control valve 4 which is embodied in the present case as a normally closed solenoid valve, is activated or opened, so that an outlet throttle 8 is released, via which fuel can flow out of the control chamber 8.
  • the outer nozzle needle 1 ge opens.
  • the control pressure is lowered in a control chamber 5 by means of a further control valve 3, which is also acted upon by an inlet throttle 9 with the liquid fuel.
  • the further control valve 3 is analogous to the previously described enclosed control valve 4 designed as a normally closed solenoid valve. If the control valve 3 is activated, it opens and releases an outlet throttle 7, so that fuel can flow out of the control chamber 5. As a result, the control pressure in the control chamber 5 decreases and the outer nozzle needle is able to open against the spring force of a Fe 13.
  • the two control chambers 5, 6 are presently separated by a sealing sleeve 18, so that the two nozzle needles 1, 2 are independently controllable.
  • Another sealing sleeve 19 separates the control chamber 5 from the pressure chamber 15, so that mixing of the two fuels is avoided.
  • the control of the two control valves 3, 4 for the independent opening of the two nozzle needles 1, 2 is shown schematically in FIG. 4.
  • the curve A represents the control or energization of the control valve 4, which is carried out for the realization of the Dieselpi loteinspritzung time before the control of the control valve 3 (curve B).
  • curve B represents the control or energization of the control valve 4, which is carried out for the realization of the Dieselpi loteinspritzung time before the control of the control valve 3 (curve B).
  • the inner nozzle needle 2 is at least over a Generalhub Scheme entrained when opening the outer nozzle needle 1.
  • the inner nozzle needle 2 is closed, so that only gaseous fuel ger is introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the entrained when opening the outer nozzle needle 1 inner nozzle needle 2 causes the volume of the control chamber 6 is reduced and the control pressure in the control chamber 6 increases accordingly. In this way, a hydraulic counterforce is generated, wel che the movement of the nozzle needles 1, 2 decelerates.
  • both control valves 3, 4 simultaneously driven. That is, during the opening stroke of the outer nozzle needle 1 fuel from both control chambers 3, 4 flows from, so that the entrainment of the inner nozzle needle 2 causes no pressure increase in STEU erraum 6.
  • the control valve 4 associated with the inner nozzle needle 2 must be actuated in such a way that the pressure in the control chamber 6 is sufficient to keep the inner nozzle needle 2 closed.
  • different driving methods are suitable.
  • a first driving method is shown schematically in FIG.
  • the curves A and A ' indicate the energization duration and height of the inner nozzle needle 2 associated control valve 4 again.
  • the curve B the Bestromungsdauer and height of the outer nozzle needle 1 associated control valve 3.
  • the two control valves 3, 4 are therefore controlled simultaneously over a period of time, which has a ge rings counterforce and thus a faster opening of the outer nozzle needle 1 to Fol ge , This is reflected in the course of the stroke of the outer nozzle needle 1 (curve H G ) and the associated rate profile (curve R G ) down, which are much fuller compared to FIG. 4 (the curves H G and R G of FIG Clarification in the Fig. 2 each shown in dashed lines).
  • a second driving method is shown schematically in FIG. This differs from the control method of FIG. 2 in that during control of the control valve 3 for opening the outer nozzle needle 1, the control valve 4 assigned to the inner nozzle needle 2 is actuated several times in succession (curve A '). As a result, an excessively high pressure drop in the control chamber 6 can be counteracted, so that it is ensured that the inner nozzle needle 2 remains closed during the opening stroke of the outer nozzle needle 1.

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Abstract

The invention relates to a method for operating a fuel injector having two coaxially arranged nozzle needles (1, 2) which are guided one inside the other and which serve for introducing a first fuel, for example natural gas, and a second fuel, for example diesel fuel, into a combustion chamber of an internal combustion engine, in which method the two nozzle needles (1, 2) are opened in a time-offset manner by means of two control valves (3, 4), and the inner nozzle needle (2) is carried along at least over a partial stroke range during the opening of the outer nozzle needle (1). According to the invention, during the activation phase of the control valve (3) assigned to the outer nozzle needle (1) for the purposes of opening the outer nozzle needle (1), the control valve (4) assigned to the inner nozzle needle (2) is at least temporarily likewise activated such that an increase of a control pressure prevailing at the inner nozzle needle (2) is counteracted without opening the inner nozzle needle (2).

Description

Beschreibung  description
Titel: Title:
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff! n je ktors  Method of operating a fuel! n each ktors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Mittels des Kraftstoffinjektors sind ein erster Kraftstoff, beispielsweise Erdgas, und ein zweiter Kraftstoff, beispielsweise Die selkraftstoff, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einbringbar. Der Kraftstoff injektor weist hierzu zwei koaxial angeordnete, ineinander geführte Düsennadeln auf. The invention relates to a method for operating a fuel injector having the features of the preamble of claim 1. By means of the fuel injector, a first fuel, for example natural gas, and a second fuel, for example, the selkraftstoff, can be introduced into a combustion chamber of an internal combustion engine. The fuel injector has for this purpose two coaxially arranged, nested nozzle needles.
Stand der Technik State of the art
Beim sogenannten NGDI G, Natural Gas Direct Injection“)- Einspritzverfahren wird Erd gas bzw. Methangas unter Hochdruck direkt in den Brennraum einer Brennkraftma schine eingeblasen, mittels einer zuvor abgesetzten Dieselpiloteinspritzung gezündet und diffusiv verbrannt. Dieses Brennverfahren weist gegenüber der konventionellen Dieselverbrennung den Vorteil auf, dass die C02-Emissionen um bis zu 25 % reduziert werden können. Darüber hinaus können die Kraftstoffkosten gesenkt werden. Das Brennverfahren weist zudem eine dieselähnliche Verbrennungs- und damit Drehmo- mentencharakteristik auf, so dass die Integration in vorhandene Dieselantriebssysteme möglich ist, und zwar ohne große Änderungen an den Systemkomponenten vorneh men zu müssen. In the so-called NGDI G (Natural Gas Direct Injection) injection method, natural gas or methane gas is injected under high pressure directly into the combustion chamber of an internal combustion engine, ignited by means of a previously discontinued diesel pilot injection and combusted diffusively. This combustion process has the advantage over conventional diesel combustion that C0 2 emissions can be reduced by up to 25%. In addition, fuel costs can be lowered. The combustion process also has a diesel-like combustion and thus torque characteristic, so that the integration into existing diesel engine systems is possible without having to make major changes to the system components.
Beim NGDI-Einspritzverfahren erfolgt die Zumessung der beiden Kraftstoffe mittels ei nes Kraftstoffinjektors, der zwei koaxial angeordnete, ineinander geführte Düsennadeln aufweist. Die äußere Düsennadel, die als Hohlnadel ausgeführt ist, steuert die Gasein blasung. Die innere Düsennadel steuert die Dieselpiloteinspritzung. Das Öffnen und Schließen der beiden Düsennadeln wird jeweils über die Ansteuerung eines Steuerven tils bewirkt. Das heißt, dass jeder Düsennadel ein Steuerventil zugeordnet ist, über dessen Schaltstellung der Steuerdruck in einem Steuerraum beeinflussbar ist, so dass die jeweilige Düsennadel mit einer in Schließrichtung wirkenden hydraulischen Druck kraft beaufschlagbar ist. Wird durch Öffnen eines Steuerventils der Steuerdruck in ei nem Steuerraum abgesenkt, kann dadurch das Öffnen der jeweiligen Düsennadel be wirkt werden. In the NGDI injection method, the metering of the two fuels by means of egg nes fuel injector, which has two coaxially arranged, nested nozzle needles. The outer nozzle needle, which is designed as a hollow needle, controls the Gasein blast. The inner nozzle needle controls the diesel pilot injection. The opening and closing of the two nozzle needles is effected in each case via the control of a Steuerven tils. That is, each nozzle needle is associated with a control valve over the switching position of the control pressure can be influenced in a control room, so that the respective nozzle needle with a force acting in the closing direction hydraulic pressure is acted upon. Is lowered by opening a control valve, the control pressure in egg nem control room, thereby opening the respective nozzle needle be acts.
Um ein zeitlich versetztes Öffnen der beiden Düsennadeln zu ermöglichen, werden die den Düsennadeln zugeordneten Steuerventile unabhängig voneinander angesteuert. Dadurch, dass beide Düsennadeln ineinander geführt sind, wird beim Öffnen der äuße ren Düsennadel die innere Düsennadel zumindest über einen Teilhubbereich mitge führt. Dies führt zu einer unerwünschten Anhebung des an der inneren Düsennadel an liegenden Steuerdrucks, wodurch eine Gegenkraft erzeugt wird, die das Öffnen der äußeren Düsennadel abbremst. In order to allow a time-delayed opening of the two nozzle needles, the control valves assigned to the nozzle needles are controlled independently of each other. The fact that both nozzle needles are guided into each other, the inner nozzle needle leads mitge at least over a Teilhubbereich when you open the äuße Ren nozzle needle. This leads to an undesirable increase in the control of the inner nozzle needle to control pressure, whereby a counterforce is generated, which slows down the opening of the outer nozzle needle.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit zwei koaxial angeordneten, ineinander geführten Düsenna deln bereitzustellen, das hohe Nadelöffnungsgeschwindigkeiten ermöglicht. Auf diese Weise soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Einspritzratenform fülliger auszule gen. The present invention has for its object to provide a method for operating a fuel injector with two coaxially arranged, nested Düsenna islands, which allows high needle opening speeds. In this way, the possibility should be created, the injection rate form bulgy gene conditions.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. To solve the problem, the method with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit zwei ko axial angeordneten, ineinander geführten Düsennadeln zum Einbringen eines ersten Kraftstoffs, beispielsweise Erdgas, und eines zweiten Kraftstoffs, beispielsweise Die selkraftstoff, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Bei dem Verfahren werden die beiden Düsennadeln mit Hilfe zweier Steuerventile zeitlich versetzt geöffnet und beim Öffnen der äußeren Düsennadel wird die innere Düsennadel zumindest über ei nen Teilhubbereich mitführt. Erfindungsgemäß wird während der Ansteuerphase des der äußeren Düsennadel zugeordneten Steuerventils zum Öffnen der äußeren Düsen- nadel das der inneren Düsennadel zugeordnete Steuerventil zumindest zeitweise ebenfalls angesteuert, so dass einem Anstieg eines an der inneren Düsennadel anlie genden Steuerdrucks entgegengewirkt wird, ohne die innere Düsennadel zu öffnen. Proposed is a method for operating a fuel injector with two ko axially arranged, nested nozzle needles for introducing a first fuel, for example natural gas, and a second fuel, for example, the selkraftstoff, in a combustion chamber of an internal combustion engine. In the method, the two nozzle needles with the aid of two control valves are opened at different times and when opening the outer nozzle needle, the inner nozzle needle is entrained at least ei nen Teilhubbereich. According to the invention, during the activation phase of the control valve associated with the outer nozzle needle for opening the outer nozzle needle. Needle the inner nozzle needle associated control valve at least temporarily also driven so that an increase in anlie on the inner nozzle needle lowing control pressure is counteracted without opening the inner nozzle needle.
Das vorgeschlagene Verfahren besitzt den Vorteil, dass die prinzipbedingt den Öff nungshub der äußeren Düsennadel abbremsende Gegenkraft deutlich reduziert wird, so dass die äußere Düsennadel schneller öffnet. Die Einspritzratenform kann somit fül liger ausgelegt werden. The proposed method has the advantage that the principle of the Publ nungshub the outer nozzle needle braking counterforce is significantly reduced, so that the outer nozzle needle opens faster. The rate of injection rate can thus be designed to be more efficient.
Das der inneren Düsennadel zugeordnete Steuerventil kann beim Öffnen der äußeren Düsennadel gleich lang oder kürzer als das der äußeren Düsennadel zugeordnete Steuerventil angesteuert werden. Ist die Ansteuerdauer kürzer gewählt, um beispiels weise einen zu starken Abfall des Steuerdrucks und damit ein Öffnen der inneren Dü sennadel zu verhindern, können beide Steuerventile gleichzeitig oder zeitversetzt an gesteuert werden. Sofern die Ansteuerung zeitversetzt erfolgt, kann es kurzzeitig zu einem geringfügigen Anstieg des an der inneren Düsennadel anliegenden Steuer drucks kommen. Dieser ist jedoch vernachlässigbar, da er durch zeitversetztes Öffnen des der inneren Düsennadel zugeordneten Steuerventils sofort wieder abgebaut wird. The control valve associated with the inner nozzle needle can be actuated to be the same length or shorter than the control valve associated with the outer nozzle needle when the outer nozzle needle is opened. If the Ansteuerdauer chosen shorter example, to prevent excessive drop in the control pressure and thus opening the inner Dü sennadel, both control valves can be controlled simultaneously or with a time delay. If the control is delayed, it may briefly cause a slight increase in the voltage applied to the inner nozzle needle control pressure. However, this is negligible, since it is degraded by time-delayed opening of the inner nozzle needle associated control valve immediately.
Bevorzugt wird das der inneren Düsennadel zugeordnete Steuerventil nur so lange angesteuert, dass der an der inneren Düsennadel anliegende Steuerdruck beim Öff nen der äußeren Düsennadel nicht weiter ansteigt oder abfällt. Dabei muss gewährleis tet sein, dass die innere Düsennadel nicht öffnet. Preferably, the control valve associated with the inner nozzle needle is activated only so long that the control pressure applied to the inner nozzle needle does not increase or decrease further when the outer nozzle needle is released. It must be ensured that the inner nozzle needle does not open.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das der inneren Düsennadel zugeordnete Steuerventil während der Öffnungsphase der äußeren Düsennadel mehr fach angesteuert wird, so dass über mehrere Einzelansteuerungen einem Anstieg des an der inneren Düsennadel anliegenden Steuerdrucks entgegengewirkt wird. Über mehrere vergleichsweise kurze Einzelansteuerungen kann annähernd kontinuierlich einem Anstieg des an der inneren Düsennadel anliegenden Steuerdrucks entgegen gewirkt werden. Dies erweist sich insbesondere dann als Vorteil, wenn bei permanen ter Ansteuerung des der inneren Düsennadel zugeordneten Steuerventils während ei nes Öffnungshubs der äußeren Düsennadel die Gefahr besteht, dass der an der inne- ren Düsennadel anliegende Steuerdruck so weit abfällt, dass die innere Düsennadel öffnet. In a further development of the invention, it is proposed that the control valve associated with the inner nozzle needle is more often actuated during the opening phase of the outer nozzle needle, so that an increase of the control pressure applied to the inner nozzle needle is counteracted via a plurality of individual controls. Over several relatively short individual controls can be counteracted almost continuously an increase in the voltage applied to the inner nozzle needle control pressure. This proves to be an advantage, in particular, when the permanent control of the control valve associated with the inner nozzle needle during an opening stroke of the outer nozzle needle involves the risk that the pressure is applied to the inner nozzle needle. The control pressure applied to the nozzle needle drops so far that the inner nozzle needle opens.
Um mit Ansteuerung der beiden Steuerventile einen Druckabbau im jeweiligen Steuer raum zu erzielen, werden die beiden Steuerventile durch die Ansteuerung geöffnet. Die beiden Steuerventile sind demnach bevorzugt als stromlos geschlossene Ventile aus geführt. Mit Öffnen der beiden Steuerventile werden weiterhin bevorzugt Ablaufdros seln freigegeben, über die der im jeweiligen Steuerraum herrschende Steuerdruck ab gebaut wird. Über den Drosselquerschnitt der Ablaufdrosseln kann der Druckabbau im jeweiligen Steuerraum eingestellt werden. To achieve a pressure reduction in the respective control room with control of the two control valves, the two control valves are opened by the control. The two control valves are therefore preferably out as normally closed valves. With the opening of the two control valves continue to be preferred drain Dros released, via which the prevailing in the respective control chamber control pressure is built from. The pressure reduction in the respective control chamber can be adjusted via the throttle cross-section of the outlet throttles.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die beiden Steuerräume über Zulaufdrosseln mit dem zweiten Kraftstoff, vorzugsweise mit Dieselkraftstoff, beaufschlagt werden. Die Ablauf drosseln und die Zulaufdrosseln sind dabei derart aufeinander abzustimmen, dass ei nerseits - bei geöffneter Ablaufdrossel - ein möglichst schneller Druckabbau und ande rerseits - bei geschlossener Ablaufdrossel - ein möglichst schneller Druckaufbau im je weiligen Steuerraum bewirkt werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Zulaufdrossel permanent geöffnet bleibt, so dass über die Zulaufdrossel kontinuierlich Kraftstoff nachströmt. Aufgrund der Verwendung des zweiten Kraftstoffs als Druckmedium muss kein zusätzliches Druckmedium vorgehalten werden, wodurch das Verfahren weiter vereinfacht wird. It is also proposed that the two control chambers via inlet throttles with the second fuel, preferably with diesel fuel, are applied. Restrict the flow and the inlet throttles are to match such that egg nerseits - when the outlet throttle - a possible rapid pressure reduction and hand on the other hand - with closed outlet throttle - the fastest possible pressure build-up in the respective control chamber be effected. This is especially true if the inlet throttle remains permanently open, so that continuously flows in via the inlet throttle fuel. Due to the use of the second fuel as the pressure medium no additional pressure medium must be kept, whereby the process is further simplified.
Bevorzugt wird zudem der zweite Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff, zum Zünden des ersten Kraftstoffs, vorzugsweise Erdgas, verwendet und im Wege einer Pilotein spritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht. Bei dem vorgeschla genen Verfahren kann es sich demnach insbesondere um ein NGDI-Verfahren han deln, das die eingangs genannten Vorteile aufweist. Preference is also the second fuel, preferably diesel fuel, used to ignite the first fuel, preferably natural gas, and introduced by way of a pilot injection into the combustion chamber of the internal combustion engine. Accordingly, the proposed method may be, in particular, an NGDI method which has the advantages mentioned above.
Des Weiteren bevorzugt werden Magnetventile als Steuerventile verwendet. Diese sind vergleichsweise einfach und kompakt aufgebaut, so dass ein kompaktbauender Kraft stoffinjektor geschaffen wird. Zeichnung Furthermore, solenoid valves are preferably used as control valves. These are relatively simple and compact, so that a kompaktbauender fuel injector is created. drawing
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigen: Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, 1 shows a schematic longitudinal section through a fuel injector, which is suitable for carrying out the method according to the invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ansteuerprofils gemäß dem erfin dungsgemäßen Verfahren, 2 is a schematic representation of a first drive profile according to the inventions to the invention process,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ansteuerprofils gemäß dem er findungsgemäßen Verfahren und Fig. 3 is a schematic representation of a second drive profile according to which he inventive method and
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Ansteuerprofils. Fig. 4 is a schematic representation of a known from the prior art Ansteuerprofils.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
Der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist ein zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens geeigneter Kraftstoffinjektor zu entnehmen. Der Kraftstoffinjektor weist einen Düsenkörper 17 sowie zwei koaxial angeordnete und ineinander geführte Düsennadeln 1, 2 auf. Die äußere Düsennadel 1, die dem Freigeben und Verschließen von Einblasöffnungen 11 für einen gasförmigen Kraftstoff dient, ist hierzu als Hohlnadel ausgeführt. Über die innere Düsennadel 2, die vorliegend vollständig in der äußeren Düsennadel 1 unter Ausbildung eines Druckraums 16 aufgenommen ist, sind Einspritz öffnungen 12 steuerbar, die der Einspritzung eines flüssigen Kraftstoffs dienen. Über den Druckraum 16 wird den Einspritzöffnungen 12 flüssiger Kraftstoff zugeführt. Der gasförmige Kraftstoff gelangt über einen Druckraum 15 zu den Einblasöffnungen 11, der einerseits durch den Düsenkörper 17, andererseits durch die äußere Düsennadel 1 begrenzt wird. Bei dem gasförmigen Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas bzw. Methangas und bei dem flüssigen Kraftstoff um Dieselkraftstoff handeln. Da der Flammpunkt von Methangas so hoch ist, dass keine Selbstzündung erfolgt, wird Dieselkraftstoff zum Zünden verwendet. Der Dieselkraftstoff wird hierzu im Wege einer Piloteinspritzung kurz vor dem Methangas in einen Brennraum (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine eingebracht. Das heißt, dass die innere Düsennadel 2 unabhängig von der äußeren Düsennadel 1 geöffnet wird, um die Piloteinspritzung vorzunehmen. The schematic representation of Fig. 1 is to be taken for carrying out the erfindungsge MAESSEN method suitable fuel injector. The fuel injector has a nozzle body 17 and two coaxially arranged and nested nozzle needles 1, 2. The outer nozzle needle 1, which serves for the release and closing of injection openings 11 for a gaseous fuel, is designed for this purpose as a hollow needle. About the inner nozzle needle 2, which is present completely received in the outer nozzle needle 1 to form a pressure chamber 16, injection openings 12 are controllable, which serve the injection of a liquid fuel. Via the pressure chamber 16, the injection openings 12 liquid fuel is supplied. The gaseous fuel passes via a pressure chamber 15 to the injection openings 11, which is bounded on the one hand by the nozzle body 17, on the other hand by the outer nozzle needle 1. The gaseous fuel may in particular be natural gas or methane gas and the liquid fuel may be diesel fuel. Since the flash point of methane gas is so high that no auto-ignition takes place, diesel fuel is used for ignition. The diesel fuel is introduced by way of a pilot injection shortly before the methane gas into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine. That is, the inner nozzle needle 2 is opened independently of the outer nozzle needle 1 to perform the pilot injection.
Zum Öffnen der inneren Düsennadel 2 wird mit Hilfe eines Steuerventils 4 der Steuer druck in einem Steuerraum 6 abgesenkt, der über eine Zulaufdrossel 10 mit dem flüs sigen Kraftstoff beaufschlagt wird. Hierzu wird das Steuerventil 4, das vorliegend als stromlos geschlossenes Magnetventil ausgeführt ist, angesteuert bzw. geöffnet, so dass eine Ablaufdrossel 8 freigegeben wird, über die Kraftstoff aus dem Steuerraum 8 abströmen kann. Durch Absenken des Steuerdrucks im Steuerraum 6 vermag die inne re Düsennadel 2 entgegen der Federkraft einer Feder 14 zu öffnen. To open the inner nozzle needle 2, the control pressure in a control chamber 6 is lowered by means of a control valve 4, which is acted upon via an inlet throttle 10 with the FLÜS-type fuel. For this purpose, the control valve 4, which is embodied in the present case as a normally closed solenoid valve, is activated or opened, so that an outlet throttle 8 is released, via which fuel can flow out of the control chamber 8. By lowering the control pressure in the control chamber 6, the inner re nozzle needle 2 against the spring force of a spring 14 can open.
Um anschließend den gasförmigen Kraftstoff über die Einblasöffnungen 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzubringen, wird die äußere Düsennadel 1 ge öffnet. Hierzu wird mit Hilfe eines weiteren Steuerventils 3 der Steuerdruck in einem Steuerraum 5 abgesenkt, der über eine Zulaufdrossel 9 ebenfalls mit dem flüssigen Kraftstoff beaufschlagt wird. Das weitere Steuerventil 3 ist analog dem zuvor beschrie benen Steuerventil 4 als stromlos geschlossenes Magnetventil ausgeführt. Wird das Steuerventil 3 angesteuert, öffnet es und gibt eine Ablaufdrossel 7 frei, so dass Kraft stoff aus dem Steuerraum 5 abströmen kann. In der Folge sinkt der Steuerdruck im Steuerraum 5 und die äußere Düsennadel vermag entgegen der Federkraft einer Fe der 13 zu öffnen. Die beiden Steuerräume 5, 6 sind vorliegend über eine Dichthülse 18 getrennt, so dass die beiden Düsennadeln 1, 2 unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Eine weitere Dichthülse 19 trennt den Steuerraum 5 vom Druckraum 15, so dass eine Vermischung der beiden Kraftstoff vermieden wird. In order subsequently to introduce the gaseous fuel via the injection openings 11 into the combustion chamber of the internal combustion engine, the outer nozzle needle 1 ge opens. For this purpose, the control pressure is lowered in a control chamber 5 by means of a further control valve 3, which is also acted upon by an inlet throttle 9 with the liquid fuel. The further control valve 3 is analogous to the previously described enclosed control valve 4 designed as a normally closed solenoid valve. If the control valve 3 is activated, it opens and releases an outlet throttle 7, so that fuel can flow out of the control chamber 5. As a result, the control pressure in the control chamber 5 decreases and the outer nozzle needle is able to open against the spring force of a Fe 13. The two control chambers 5, 6 are presently separated by a sealing sleeve 18, so that the two nozzle needles 1, 2 are independently controllable. Another sealing sleeve 19 separates the control chamber 5 from the pressure chamber 15, so that mixing of the two fuels is avoided.
Die Ansteuerung der beiden Steuerventile 3, 4 zum unabhängigen Öffnen der beiden Düsennadeln 1, 2 ist schematisch in der Fig. 4 dargestellt. Die Kurve A stellt die An steuerung bzw. Bestromung des Steuerventils 4 dar, die zur Realisierung der Dieselpi loteinspritzung zeitlich vor der Ansteuerung des Steuerventils 3 erfolgt (Kurve B). In den darunter liegenden beiden Diagrammen sind der Hubverlauf H der beiden Düsen nadeln 1, 2 sowie der Ratenverlauf R jeweils über der Zeit t dargestellt, wobei sich der Index„D“ auf den flüssigen Kraftstoff und der Index„G“ auf den gasförmigen Kraftstoff beziehen. The control of the two control valves 3, 4 for the independent opening of the two nozzle needles 1, 2 is shown schematically in FIG. 4. The curve A represents the control or energization of the control valve 4, which is carried out for the realization of the Dieselpi loteinspritzung time before the control of the control valve 3 (curve B). In the underlying two diagrams of the Hubverlauf H of the two nozzles needles 1, 2 and the rate profile R are shown in each case over time t, wherein the Refer index "D" to the liquid fuel and the index "G" to the gaseous fuel.
Dadurch, dass beide Düsennadeln 1, 2 ineinander geführt sind, wird beim Öffnen der äußeren Düsennadel 1 die innere Düsennadel 2 zumindest über einen Teilhubbereich mitgeführt. Die innere Düsennadel 2 ist dabei geschlossen, so dass lediglich gasförmi ger Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird. Die beim Öffnen der äußeren Düsennadel 1 mitgeführte innere Düsennadel 2 bewirkt, dass sich das Volumen des Steuerraums 6 verkleinert und der Steuerdruck im Steuerraum 6 ent sprechend ansteigt. Auf diese Weise wird eine hydraulische Gegenkraft erzeugt, wel che die Bewegung der Düsennadeln 1, 2 abbremst. Characterized in that both nozzle needles 1, 2 are guided into each other, the inner nozzle needle 2 is at least over a Teilhubbereich entrained when opening the outer nozzle needle 1. The inner nozzle needle 2 is closed, so that only gaseous fuel ger is introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine. The entrained when opening the outer nozzle needle 1 inner nozzle needle 2 causes the volume of the control chamber 6 is reduced and the control pressure in the control chamber 6 increases accordingly. In this way, a hydraulic counterforce is generated, wel che the movement of the nozzle needles 1, 2 decelerates.
Um die Gegenkraft zu mindern und das Öffnen der äußeren Düsennadel 1 zu be schleunigen, werden daher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest zeit weise beide Steuerventile 3, 4 gleichzeitig angesteuert. Das heißt, dass während des Öffnungshubs der äußeren Düsennadel 1 Kraftstoff aus beiden Steuerräumen 3, 4 ab strömt, so dass das Mitführen der inneren Düsennadel 2 keinen Druckanstieg im Steu erraum 6 bewirkt. Das der inneren Düsennadel 2 zugeordnete Steuerventil 4 muss da bei in der Weise angesteuert werden, dass der Druck im Steuerraum 6 ausreicht, um die innere Düsennadel 2 geschlossen zu halten. Hierzu eignen sich unterschiedliche Ansteuerverfahren. To reduce the drag and accelerate the opening of the outer nozzle needle 1 to be, therefore, according to the inventive method, at least temporarily, both control valves 3, 4 simultaneously driven. That is, during the opening stroke of the outer nozzle needle 1 fuel from both control chambers 3, 4 flows from, so that the entrainment of the inner nozzle needle 2 causes no pressure increase in STEU erraum 6. The control valve 4 associated with the inner nozzle needle 2 must be actuated in such a way that the pressure in the control chamber 6 is sufficient to keep the inner nozzle needle 2 closed. For this purpose, different driving methods are suitable.
Ein erstes Ansteuerverfahren ist schematisch in der Fig. 2 dargestellt. Die Kurven A und A‘ geben die Bestromungsdauer und -höhe des der inneren Düsennadel 2 zuge ordneten Steuerventils 4 wieder. Die Kurve B die Bestromungsdauer und -höhe des der äußeren Düsennadel 1 zugeordneten Steuerventils 3. Die beiden Steuerventile 3, 4 werden demnach über einen gewissen Zeitraum gleichzeitig angesteuert, was eine ge ringe Gegenkraft und damit ein schnelleres Öffnen der äußeren Düsennadel 1 zur Fol ge hat. Dies schlägt sich im Hubverlauf der äußeren Düsennadel 1 (Kurve HG) und dem zugehörigen Ratenverlauf (Kurve RG) nieder, die im Vergleich zur Fig. 4 deutlich fülliger sind (die Kurven HG und RG aus der Fig. 4 sind zur Verdeutlichung in der Fig. 2 jeweils gestrichelt dargestellt). Ein zweites Ansteuerverfahren ist schematisch in der Fig. 3 dargestellt. Dieses unter scheidet sich von dem Ansteuerverfahren der Fig. 2 dadurch, dass während der An steuerung des Steuerventils 3 zum Öffnen der äußeren Düsennadel 1 das der inneren Düsennadel 2 zugeordnete Steuerventil 4 mehrfach kurz hintereinander angesteuert wird (Kurve A‘). Dadurch kann einem zu starken Druckabfall im Steuerraum 6 entge gengewirkt werden, so dass sichergestellt ist, dass die innere Düsennadel 2 während des Öffnungshubs der äußeren Düsennadel 1 geschlossen bleibt. A first driving method is shown schematically in FIG. The curves A and A 'indicate the energization duration and height of the inner nozzle needle 2 associated control valve 4 again. The curve B the Bestromungsdauer and height of the outer nozzle needle 1 associated control valve 3. The two control valves 3, 4 are therefore controlled simultaneously over a period of time, which has a ge rings counterforce and thus a faster opening of the outer nozzle needle 1 to Fol ge , This is reflected in the course of the stroke of the outer nozzle needle 1 (curve H G ) and the associated rate profile (curve R G ) down, which are much fuller compared to FIG. 4 (the curves H G and R G of FIG Clarification in the Fig. 2 each shown in dashed lines). A second driving method is shown schematically in FIG. This differs from the control method of FIG. 2 in that during control of the control valve 3 for opening the outer nozzle needle 1, the control valve 4 assigned to the inner nozzle needle 2 is actuated several times in succession (curve A '). As a result, an excessively high pressure drop in the control chamber 6 can be counteracted, so that it is ensured that the inner nozzle needle 2 remains closed during the opening stroke of the outer nozzle needle 1.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinjektors mit zwei koaxial angeordneten, ineinander geführten Düsennadeln (1, 2) zum Einbringen eines ersten Kraftstoffs, bei spielsweise Erdgas, und eines zweiten Kraftstoffs, beispielsweise Dieselkraftstoff, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, bei dem die beiden Düsennadeln (1, 2) mit Hilfe zweier Steuerventile (3, 4) zeitlich versetzt geöffnet werden und beim Öffnen der äußeren Düsennadel (1) die innere Düsennadel (2) zumindest über einen Teilhub bereich mitführt wird, 1. A method for operating a fuel injector with two coaxially arranged, nested nozzle needles (1, 2) for introducing a first fuel, for example, natural gas, and a second fuel, such as diesel fuel, in a combustion chamber of an internal combustion engine, in which the two nozzle needles ( 1, 2) with the aid of two control valves (3, 4) are opened with a time offset and when opening the outer nozzle needle (1) the inner nozzle needle (2) is carried at least over a partial stroke range,
dadurch gekennzeichnet, dass während der Ansteuerphase des der äußeren Düsen nadel (1) zugeordneten Steuerventils (3) zum Öffnen der äußeren Düsennadel (1) das der inneren Düsennadel (2) zugeordnete Steuerventil (4) zumindest zeitweise eben falls angesteuert wird, so dass einem Anstieg eines an der inneren Düsennadel (2) an liegenden Steuerdrucks entgegengewirkt wird, ohne die innere Düsennadel (2) zu öff nen. characterized in that during the activation phase of the outer nozzle needle (1) associated control valve (3) for opening the outer nozzle needle (1) the inner nozzle needle (2) associated control valve (4) at least temporarily if just controlled, so that a Rise of a on the inner nozzle needle (2) is counteracted to control pressure, without the inner nozzle needle (2) to open NEN.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das der inneren Düsennadel (2) zugeordnete Steuer ventil (4) während der Öffnungsphase der äußeren Düsennadel (1) mehrfach ange steuert wird, so dass über mehrere Einzelansteuerungen einem Anstieg des an der in neren Düsennadel (2) anliegenden Steuerdrucks entgegengewirkt wird. characterized in that the inner nozzle needle (2) associated control valve (4) is repeatedly controlled during the opening phase of the outer nozzle needle (1), so that counteracted over several Einzelansteuerungen an increase in the neren in the nozzle needle (2) adjacent control pressure becomes.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 3. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventile (3, 4) durch die Ansteuerung geöff net werden und mit Öffnen der Steuerventile (3, 4) Ablaufdrosseln (7, 8) freigegeben werden, über die der im jeweiligen Steuerraum (5, 6) herrschende Steuerdruck abge baut wird. characterized in that the control valves (3, 4) are geöff net by the control and with opening of the control valves (3, 4) flow restrictors (7, 8) are released, via which in the respective control chamber (5, 6) prevailing control pressure abge is being built.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuerräume (5, 6) über Zulaufdrosseln (9, 10) mit dem zweiten Kraftstoff, vorzugsweise mit Dieselkraftstoff, beaufschlagt werden. characterized in that the two control chambers (5, 6) via inlet throttles (9, 10) with the second fuel, preferably with diesel fuel, are acted upon.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kraftstoff, vorzugsweise Dieselkraftstoff, zum Zünden des ersten Kraftstoffs, vorzugsweise Erdgas, verwendet wird und im We ge einer Piloteinspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird. characterized in that the second fuel, preferably diesel fuel, is used for igniting the first fuel, preferably natural gas, and is introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine in a pilot injection.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass Magnetventile als Steuerventile (3, 4) verwendet wer den. characterized in that solenoid valves used as control valves (3, 4) who the.
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