-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffinjektoranordnung nach Anspruch 1.
-
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass bei Kraftstoffinjektoren, welche für das Ausbringen von Brenngas vorgesehen sind und welche für die Steuerung der Brenngas-Injektoreinheit Hydraulikfluid nutzen, insbesondere Flüssigkraftstoff, das Problem besteht, dass Brenngas unbeabsichtigt in den Hydraulik-Steuerkreis gelangt, insbesondere Kriechpfaden entlang jeweiliger Brenngas-Nadelführungen bzw. -Ventilgliedführungen geschuldet.
-
In diesem Kontext zeigt die Druckschrift
DE 10 2013 017 853 A1 ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Brenngas-Kraftstoffinjektor, welcher eine Düsennadel aufweist, um welche herum ein Leckagesammelraum entlang eines Leckagekriechspalts gebildet ist, wobei der Leckagesammelraum mit einer Druckreguliervorrichtung zusammenwirkt. Die Druckschriften
DE 11 2012 003 567 T5 und
DE 11 2012 004 430 T5 offenbaren daneben je eine Dual-Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einer hydraulisch verriegelnden Dichtung an einem Leckagekriechpfad um ein Brenngas-Nadelventilglied, welche mittels eines Rückschlagventils gebildet ist. Hierdurch wird verhindert, dass Hydraulikfluid bei niedrigem Brenngasdruck in eine Brenngas-Düsenkammer überströmt.
-
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Kraftstoffinjektoranordnung anzugeben, welche einen Brenngas-Eintrag in das Hydraulikfluid effektiv und baulich unaufwändig vermeidet.
-
Diese Aufgabe wird mit einer Kraftstoffinjektoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
-
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Kraftstoffinjektoranordnung mit einem Kraftstoffinjektor für den Betrieb mit Brenngas, zum Beispiel in Form von Erdgas, Sondergas, Deponiegas, Biogas, Wasserstoff o. ä. Der Kraftstoffinjektor kann ein Single-Fuel-Injektor sein, welcher insbesondere einen hydraulischen Steuerkreis zur Steuerung eines Brenngas-Düsenventilglieds aufweist, alternativ und bevorzugt ein Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor, welcher neben Brenngas auch Flüssigkraftstoff ausdüsen kann, zum Beispiel Dieselkraftstoff, Schweröl oder Bioöl. Hierbei wird der Flüssigkraftstoff bevorzugt auch zur Bereitstellung bzw. Bildung des hydraulischen Steuerkreises für das Brenngas-Düsenventilglied verwendet. Ein solcher Kraftstoffinjektor kann zum Beispiel für einen Zündstrahlbetrieb vorgesehen sein, bei welchem mittels einer geringen Flüssigkraftstoff-Einspritzmenge (Zündstrahl) das Brenngas entzündet wird. Die Kraftstoffinjektoranordnung, welche einen wie vorstehend erörterten Kraftstoffinjektor aufweist ist bevorzugt Bestandteil einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzeinrichtung.
-
Allgemein kann die Kraftstoffinjektoranordnung z. B. mit einem Großmotor verwendet werden, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug wie etwa einem Schiff oder einem Nutzfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung vorgesehen sein, z. B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat, z. B. auch für Industrieanwendungen.
-
Der Kraftstoffinjektor der erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektoranordnung weist ein Brenngas-Düsenventilglied auf, welches einen Kolbenteil und einen Ventilgliedteil umfasst bzw. aus denselben besteht. Das Brenngas-Düsenventilglied, insbesondere der Ventilgliedteil, wirkt zur Bildung eines Brenngas-Düsenventils des Kraftstoffinjektors bevorzugt mit einem Düsenventilsitz zusammen, um in Abhängigkeit einer Hubstellung des Brenngas-Düsenventilglieds einen Brenngas-Strömungsweg hin zu einer Brenngas-Düsenanordnung des Kraftstoffinjektors selektiv öffnen und schließen zu können. Der Kolbenteil ist weiterhin dazu vorgesehen, im Rahmen einer hydraulischen Kolbensteuervorrichtung eine Hubsteuerung des Brenngas-Düsenventilglieds zu bewirken, d. h. für einen Einspritzbetrieb. Als Hydraulikfluid für die Kolbensteuerung dient bevorzugt ein Flüssigkraftstoff wie zum Beispiel Dieselkraftstoff.
-
Bevorzugt ist der Ventilgliedteil in Form einer Düsennadel gebildet, insbesondere stangen- oder stabförmig, wobei der Kolbenteil weiterhin insbesondere mit größerem Querschnitt als der Ventilgliedteil bereitgestellt ist, insbesondere an dem Ventilgliedteil (düsenfern endseitig) angeordnet, z. B. angeformt oder integral mit diesem gebildet, zum Beispiel als (zylinderförmige) Verdickung.
-
Der Kolbenteil ist in einem (Steuer-)Gehäuse des Kraftstoffinjektors aufgenommen (welches Gehäuse zum Beispiel durch wenigstens ein Injektorgehäuseelement, zum Beispiel einen Düsenkörper und ein Deckelelement desselben bereitgestellt wird) und teilt darin einen ersten und einen zweiten Hydraulik-Steuerraum volumenvariabel ab. Im Rahmen der derart gebildeten Kolbensteuervorrichtung aus erstem und zweitem Hydraulik-Steuerraum und Kolbenteil bzw. des damit gebildeten Hydraulik-Steuerkreises wird eine Hubsteuerung des Brenngas-Düsenventilglieds durch selektive hydraulische Entlastung- und Belastung der Steuerräume ermöglicht, wobei eine Belastung über hochdruckbeaufschlagtes Hydraulikfluid mit Druckniveaus von z. B. 380 bar bis 550 bar vorgesehen ist.
-
Allgemein bevorzugt wird hierbei eine axial ausgerichtete Anordnung, bei welcher das Brenngas-Düsenventilglied axial hubverschieblich ist, mithin auch der Kolbenteil im Gehäuse. Der erste Hydraulik-Steuerraum kann hierbei düsennäher, der zweite Hydrauliksteuerraum düsenferner im – ebenfalls axial orientierten – Gehäuse gebildet sein.
-
Erfindungsgemäß ist der Kraftstoffinjektor eingerichtet, Spaltleckage aus einem Kolbenführungsspalt (insbesondere Ringspalt) um den Kolbenteil, das heißt gebildet zwischen Kolbenteil und Gehäuse(wand), in eine um den Ventilgliedteil gebildete Sperrfluiddichtkammer (insbesondere Ringkammer) eines Sperrfluiddichtungssystems des Injektors umzuleiten, um eine Sperrfluiddichtung am Ventilgliedteil zu bilden.
-
Mit dieser Ausgestaltung wird es somit vorteilhaft einfach möglich, eine (Sperr-)Fluiddichtung am Ventilgliedteil mittels des Hydraulikfluids (Spaltleckage) zu bilden, welche ein Überströmen von Brenngas in den Hydrauliksteuerkreis entlang einer Führung des Ventilgliedteils zu verhindern vermag, d. h. mittels (Sperr-)Fluid an der Führung sperrt. Hierbei kann sich die Erfindung weiterhin vorteilhaft zu Nutze machen, dass über den Kolbenspalt zwischen Kolbenteil und Gehäuse eine Druckminderung im Sinne einer Vordrosselung erzielbar ist, so dass über die Bemessung des Kolbenführungsspalts oder auch über die Wahl einer Abgriffposition ein Druckniveau der umgeleiteten Spaltleckage für die Bildung der Sperrfluiddichtung vorteilhaft voreinstellbar ist.
-
Bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors wird – neben der Sperrfluiddichtkammer – bevorzugt auch das gesamte Sperrfluiddichtungssystem ausschließlich über die Spaltleckage aus dem Kolbenspalt, welche an die Sperrfluiddichtung umgeleitet wird, mit hydraulischen Dichtungsfluid bzw. Sperrfluid (Spaltleckage) versorgt, so dass ein zusätzlicher Sperrfluid-Versorgungsanschluss am Kraftstoffinjektor vorteilhaft entfallen kann.
-
Insbesondere um die Spaltleckage stets hinreichend zuverlässig an die Sperrfluiddichtung umleiten zu können, wird mit einer bevorzugten Ausführungsform der Kraftstoffinjektoranordnung vorgeschlagen, dass der Kraftstoffinjektor für die Umleitung der Spaltleckage eine Sammelnut um den Kolbenteil aufweist. Eine solche Sammelnut ist bevorzugt eine Ringnut, wobei in die Sammelnut z. B. von der Gehäusewand abgestriffene Spaltleckage einbringbar ist. Um die Spaltleckage aus der Sammelnut weiterhin an die Sperrfluiddichtkammer zu verbringen, kann der Kraftstoffinjektor hierbei für die Umleitung der Spaltleckage einen Leitungszweig aufweisen, z. B. einen eigens gebildeten Bohrkanal, welcher über die Sammelnut anströmbar ist und an die Sperrfluiddichtkammer geführt ist.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kraftstoffinjektors gehen hierbei zum Beispiel dahin, dass das Brenngas-Düsenventilglied für die Ausbildung des Leitungszweigs eine (sich axial erstreckende) Hohlbohrung aufweist, insbesondere eine Sackbohrung. Eine solche Hohlbohrung kann sich durch den Kolbenteil und einen längsmittleren Abschnitt des Ventilgliedteils erstrecken und zum Beispiel über wenigstens eine radiale Stichbohrung seitens der Sammelnut angeströmt werden. Über z. B. eine weitere radiale Stichbohrung ausgehend von der Hohlbohrung – andernends an der Hohlbohrung gebildet – kann sodann die Sperrfluiddichtkammer mit aus der Hohlbohrung abströmendem Sperrfluid (Spaltleckage) angeströmt bzw. versorgt werden. Ein offenes (Bohrwerkzeug-)Eintrittsende der Hohlbohrung, welches bevorzugt düsenfern am Kolbenteil gebildet ist, kann hierbei mit einem Verschlusselement bzw. einem Stopfen verschlossen sein.
-
Allgemein ist somit vorgesehen, dass der Leitungszweig – als Bestandteil des Sperrfluiddichtungssystems, wie im Übringen auch die Sammelnut – die Sammelnut mit der Sperrfluiddichtkammer kommunizierend verbindet.
-
Eine alternative Ausgestaltung der Kraftstoffinjektoranordnung kann daneben zum Beispiel vorsehen, dass der Kraftstoffinjektor für die Umleitung der Spaltleckage eine Sammelnut aufweist, welche in der Gehäuse-Umfangswand um den Kolbenteil gebildet ist. Hierbei kann die Sammelnut z. B. Spaltleckage vom Kolbenteil abstreifen, d. h. zur Versorgung an die Sperrfluiddichtkammer. Eine solche Ausgestaltung erfordert jedoch eine Innenbearbeitung der Gehäuseumfangswand und könnte in dieser Hinsicht aufwändiger in der Herstellung sein. Ein Leitungszweig bzw. Kanal, welcher die Sammelnut und die Sperrfluiddichtkammer kommunizierend verbindet, könnte hierbei in einem Injektorgehäuseelement, z. B. sich benachbart zu dem Gehäuse erstreckend – gebildet sein, zum Beispiel wiederum mit einer Längsbohrung und erster und zweiter Stich- bzw. Querbohrung.
-
Mit Vorteil ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, den Kolbenteil mit einem ersten und einem zweiten Querschnitt bzw. gestuft auszugestalten. Eine solche Lösung wird insbesondere mit bevorzugten Ausgestaltungen erwogen, bei welchen die Sammelnut im Wesentlichen nur über den düsenferneren Steuerraum mit Hydraulikfluid gespeist wird. Dieser ist hierbei weiterhin bevorzugt ein mit Schließdruck beaufschlagbarer Steuerraum, das heißt ein Steuerraum, welcher über die überwiegende Betriebszeit – zur Einhaltung der Schließstellung des Brenngas-Düsenventilglieds – druckbeaufschlagt bzw. belastet ist. Ein Abschnitt des Kolbenteils mit kleinerem Querschnitt – unter Ausbildung eines relativ weiteren Kolbenspaltabschnitts – erstreckt sich hierbei seitens des düsenferneren Steuerraums bis an die Sammelnut, ein Abschnitt mit größerem Querschnitt – unter Ausbildung eines relativ engeren Kolbenspaltabschnitts – von der Sammelnut in Richtung düsennäherer Steuerraum.
-
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, dass der Kolbenteil einen Dichtring aufweist, welcher Dichtring zwischen der Sammelnut und dem ventilgliedteilseitigen Kolbenteilende gegen die Gehäuse- bzw. Umfangswand um den Kolben dichtend an demselben angeordnet ist. Mit obigen Maßnahmen kann einerseits eine vorteilhaft gute Abdichtung zwischen den Steuerräumen erfolgen, andererseits eine zuverlässige Versorgung von Hydraulikfluid an die Sperrfluiddichtkammer sichergestellt werden (insoweit der relativ weitere Kolbenspaltabschnitt während des Injektorbetriebs im Wesentlichen ständig mit druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid befüllt ist).
-
Allgemein und bevorzugt ist in Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass das Sperrfluidsystem an ein Leckagesystem des Kraftstoffinjektors kommunizierend angebunden ist, insbesondere abströmseitig. Hierbei ist die Sperrfluiddichtkammer insoweit als Durchgangsvolumen bereitgestellt. Eine solche Ausgestaltung kann zum Beispiel vorsehen, dass Sperrfluid aus der Sperrfluiddichtkammer über eine Leitungsverbindung an das Leckagesystem absteuerbar ist, welche z. B. eine Drosselvorrichtung aufweist, z. B. weiterhin ein Rückschlagventil.
-
Noch weiterhin bevorzugt ist es, dass das Sperrfluidsystem über eine Druckreguliervorrichtung desselben an das Leckagesystem des Kraftstoffinjektors kommunizierend angebunden ist. Mittels einer solchen Druckreguliervorrichtung, beispielweise einem Druckregulierventil, kann der Druck im Sperrfluidsystem zum Beispiel in Abhängigkeit eines aktuell vorherrschenden Brenngas-Drucks eingestellt werden, zum Beispiel wenn dieser im Teil-/Volllastbetrieb des Kraftstoffinjektors unterschiedlich ist, oder zum Beispiel auf einen Konstantdruck geregelt werden. Bevorzugt wird im Sperrfluiddichtungssystem ein Sperrfluiddruck eingestellt, welcher um ca. 10 bis 30 bar über dem Brenngas-Druckniveau liegt (welches zum Beispiel 350 bar beträgt). Ein etwaiges Überströmen von Sperrfluid in den Brenngas-Teil des Kraftstoffinjektors über eine Ventilgliedteil-Führung in einen Brenngas-Düsenraum kann hierbei als unbeachtlich angesehen werden, da dieses im Brenngasbetrieb schlicht mitverbraucht wird.
-
Das Sperrfluiddichtungssystem kann bei der vorgeschlagenen Kraftstoffinjektoranordnung auch wenigstens eine weitere Sperrfluiddichtung aufweisen, welche über das Sperrfluiddichtungssystem bzw. Leitungswege desselben mit Sperrfluid versorgt wird. Zum Beispiel kann eine Abströmleitung aus der Sperrfluiddichtkammer um den Ventilgliedteil, welche über die Druckreguliervorrichtung an das Leckagesystem des Kraftstoffinjektors führt verzweigen, insbesondere stromaufwärts der Druckreguliervorrichtung, wobei über den Abzweig die weitere Sperrfluiddichtung mit Sperrfluid versorgt werden kann. Eine Abströmleitung aus der zweiten Sperrfluiddichtung kann hierbei, insbesondere stromaufwärts der Druckreguliervorrichtung und stromabwärts des Abzweigs, wieder in die Abströmleitung aus der Sperrfluiddichtung um den Ventilgliedteil einmünden.
-
Eine weitere Sperrfluiddichtung kann zum Beispiel an einer Spaltführung am Kraftstoffinjektor gebildet sein, in welcher ein Element verschieblich geführt ist, insbesondere zwischen einer Brenngasseite und einer Hydraulikseite. Zum Beispiel kann eine solche Spaltführung an einem Niederhalteelement wie etwa einer Stelze gebildet sein, welche federbelastet eine Schließkraft auf das Brenngas-Düsenventilglied ausübt, insbesondere auf den Kolbenteil und hierbei zum Beispiel an einem Brenngas-Durchgangs- und/oder -Speicherraum, z. B. als Brenngas-Zwischenspeicher bereitgestellt, aufgenommen ist.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird weiterhin auch ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen, welches wenigstens eine wie vorstehend erörterte Kraftstoffinjektoranordnung aufweist. Bevorzugt ist das Kraftstoffeinspritzsystem hierbei eingerichtet, mittels der Druckreguliervorrichtung ein Druckniveau im Sperrfluiddichtungssystem einzustellen, welches im Bereich von 10 bar bis 30 bar über einem Brenngas-Versorgungsdruck liegt.
-
Weiterhin wird auch eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welche eine wie vorstehend erörterte Kraftstoffinjektoranordnung oder ein wie vorstehend erörtertes Kraftstoffeinspritzsystem aufweist.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figur der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 exemplarisch und schematisch eine Kraftstoffinjektoranordnung gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung in einer abgebrochenen Schnittansicht.
-
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
-
1 exemplarisch und schematisch eine Kraftstoffinjektoranordnung 1 mit einem Kraftstoffinjektor 3 für den Betrieb mit Brenngas, wobei der Kraftstoffinjektor 3 als Single-Fuel- oder auch als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor eingerichtet sein kann, d. h. bei Ausgestaltung als Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor auch für einen Flüssigkraftstoffbetrieb z. B. im Rahmen eines Zündstrahlverfahrens oder für einen reinen Flüssigkraftstoffbetrieb.
-
Der Kraftstoffinjektor 3 weist ein Injektorgehäuse 5 auf, welches mittels einer Anzahl an Gehäuseelementen gebildet ist, zum Beispiel mittels eines Düsenkörpers 7, weiterhin einem den Düsenkörper 7 deckelnden Element 9 wie einer Zwischenplatte oder einem weiteren Gehäuseelement 11.
-
Im Düsenkörper 7 ist ein Brenngas-Düsenventilglied 13 des Kraftstoffinjektors 3 aufgenommen, welches gegen einen Ventilsitz 15 wirkt, d. h. zusammen mit diesem ein Brenngas-Düsenventil 17 des Kraftstoffinjektors 3 bildet. In Abhängigkeit der Hubstellung des Brenngas-Düsenventilglieds 13 kann hierüber hochdruckbeaufschlagtes Brenngas aus einem Brenngas-Düsenraum 19 selektiv freigegeben werden, d. h. über eine nachgeordnete Brenngas-Düsenanordnung 21 des Kraftstoffinjektors 3. Zur Versorgung von Brenngas an den Brenngas-Düsenraum 19, zum Beispiel mit einem Druckniveau von ca. 350 bar, weist die Kraftstoffinjektoranordnung 1 einen Versorgungsstrang 23 auf, welcher von einem Brenngas-Einlass 25 des Kraftstoffinjektors 3 an den Brenngas-Düsenraum 19 geführt ist. Hierbei kann in dem Versorgungsstrang 23 weiterhin ein Brenngas-Zwischenspeicher 27 gebildet sein, zum Beispiel bereitgestellt durch ein partiell vergrößertes Volumen im Versorgungsstrang 23.
-
Das Brenngas-Düsenventilglied 13 nunmehr weist einen Kolbenteil 29 und einen – sich daran anschließenden – Ventilgliedteil 31 auf, welche miteinander fest verbunden, insbesondere integral gebildet sind. Wie 1 veranschaulicht, ist der Ventilgliedteil 31 gleich einer bzw. als Düsennadel gebildet, weiterhin mit einem längsmittleren Bereich 33. An dem längsmittleren Bereich 33 ist der Ventilgliedteil 31 mittels einer denselben umfangenden Führung 35, gebildet mittels einer das Brenngas-Düsenventilglied 13 aufnehmenden Axialbohrung 37 (im Düsenkörper 7) eng anliegend bzw. mit sehr geringem Radialspiel geführt, d. h. mit einem Radialspiel A1. Über den geführten Abschnitt bzw. den längsmittleren Bereich 33 weist der Ventilgliedteil 31 hierbei einen Durchmesser D1 auf.
-
Der Kolbenteil 29 bzw. der Kolben ist an einem düsenfernen Ende des Brenngas-Düsenventilglieds 13, angrenzend an den Ventilgliedteil 31, gebildet, das heißt mit einem Durchmesser, welcher größer als D1 ist, allgemein mittels einer Querschnittsaufweitung des den Ventilgliedteil 31 bildenden stangenförmigen Abschnitts des Brenngas-Düsenventilglieds 13.
-
Der Kolbenteil 29 ist in einem (Steuer-)Gehäuse 39 aufgenommen, welches mittels einer Bohrung im Düsenkörper 7 gebildet ist, ausgehend von welcher sich die Führung 35 des Ventilgliedteils 31 hin zum Brenngas-Düsenraum 19 wegerstreckt. Düsenfern gedeckelt wird das Gehäuse 39 weiterhin durch das den Düsenkörper 7 deckelnde Element 9, sowie ein federbelastetes Niederhalteelement 41 in Form eines Stelzenelements, welches gegen das düsenferne Ende des Kolbenteils 29 in Anlage gedrängt ist, i. e. um für eine zuverlässige Einnahme der Schließstellung des Brenngas-Düsenventilglieds 13 zu sorgen. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Vorspanneinrichtung 43 des Niederhalteelements (Druckfeder) hierbei vorteilhaft im Zwischenspeicherraum 27 des Brenngas-Versorgungsstrangs 23 untergebracht ist, mithin kein zusätzlicher Bauraum am Kraftstoffinjektor 3 für die Vorspanneinrichtung 43 erforderlich wird. Mitnotiert sei hierbei auch, dass das axial verschiebliche Stelzenelement 41 in einer (radial) spielbehafteten Führung 45 im deckelnden Element 9 geführt ist.
-
Der im Gehäuse 39 aufgenommene Kolbenteil 29 teilt darin einen ersten 47 und einen zweiten 49 Hydraulik-Steuerraum volumenvariabel ab. Der erste Hydraulik-Steuerraum 47, welcher düsennäher gebildet ist, ist dazu bereitgestellt, bei Belastung desselben einen Öffnungsdruck auf das Kolbenelement 29 auszuüben, der zweite Steuerraum 49, welcher düsenferner gebildet ist, dazu, bei Belastung desselben einen Schließdruck auf das Kolbenelement 29 auszuüben.
-
Die mittels erstem 47 und zweitem 49 Hydraulik-Steuerraum sowie dem Kolbenteil 29 gebildete Kolbensteuervorrichtung umfasst weiterhin ein Steuerventil 51 (Pilotventil), über welches sowohl ein Hydraulikfluid-Belastungspfad (Versorgungspfad von der Hochdruckseite) 53 des Kraftstoffinjektors 3 als auch ein Hydraulikfluid-Entlastungspfad 55 (Abströmpfad zur Niederdruckseite) des Kraftstoffinjektors 3 geführt ist.
-
Das Steuerventil 51 ist bevorzugt als 4/2-Wege-Ventil bereitgestellt, zum Beispiel als Schieberventil oder z. B. als Kombination zweier 3/2-Wege-Ventile. In Abhängigkeit der Schaltstellung des Steuerventils 51 kann ein Hydraulikdruck entweder auf den einen Hydraulik-Steuerraum 47 bzw. 49 wirken (Belastung), während der andere Hydraulik-Steuerraum 49 bzw. 47 hin zur Niederdruckseite entlastet wird (abströmendes Hydraulikfluid) oder umgekehrt.
-
In der gezeigten Schaltstellung ist beispielsweise der zweite Hydraulik-Steuerraum 49 belastet, während der erste Hydraulik-Steuerraum 47 entlastet ist, das heißt das Brenngas-Düsenventilglied 13 wird in die gezeigte Schließstellung gedrängt. Wird das Steuerventil 51 umgesteuert, kann der zweite Hydraulik-Steuerraum 49 entlastet werden und der erste Hydraulik-Steuerraum 47 belastet, so dass ein Abheben des Brenngas-Düsenventilglieds 13, insbesondere in Verbindung mit einem Brennraumdruck, gegen die Schließkraft des Niederhalteelements 41 ermöglicht ist, das heißt das Brenngas-Düsenventilglied 13 wird in Öffnungsstellung gedrängt. Ersichtlich wird mit der derart ausgestalteten Kolbensteuervorrichtung insoweit der Hub des Brenngas-Düsenventilglieds 13 hydraulisch gesteuert.
-
Der Kraftstoffinjektor 3 ist hierbei weiterhin auch – in die Erfindung kennzeichnender Weise – eingerichtet, Spaltleckage aus einem Kolbenführungsspalt 57 um den Kolbenteil 29 in eine um den Ventilgliedteil 31 gebildete Sperrfluiddichtkammer 59 eines Sperrfluiddichtungssystems 61 des Kraftstoffinjektors 3 umzuleiten, um eine Sperrfluiddichtung 63 am Ventilgliedteil 31 zu bilden.
-
Die Sperrfluiddichtung 63 umgibt hierbei den Ventilgliedteil 31 am mit engem Spiel geführten Abschnitt 33 bzw. innerhalb desselben, wobei die Sperrfluiddichtkammer 59 mittels einer Ringnut – innerhalb der axialen Erstreckung der Führung 35 – im Düsenkörper 7 gebildet ist, welche gegen den benachbarten Ventilgliedteil 31 geöffnet ist. Derart wird mittels in die Sperrfluiddichtkammer 59 eingetragenem und druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid bzw. Sperrfluid in Form von umgeleiteter Spaltleckage ein Überströmen von Brenngas seitens des Brenngas-Düsenraums 19 über die Axialbohrung 37 in das Gehäuse 39 und somit den hydraulischen Steuerkreis wirksam verhindert.
-
Bevorzugt wird für die zuverlässige Umleitung der Spaltleckage vorgesehen, den Kolbenteil 29 mit abgestuftem Querschnitt zu bilden, wobei ein erster Abschnitt 29a mit relativ kleinerem Querschnitt bzw. Durchmesser D2 sich von dem düsenfernen Ende des Kolbenteils 29 bzw. seitens des zweiten Hydraulik-Steuerraums 49 bis zu einer Sammelnut 65 erstreckt, welche um den Kolbenteil 29 als Ringnut gebildet ist.
-
Ein zweiter Abschnitt 29b mit relativ größerem Querschnitt bzw. einem Durchmesser D3 erstreckt sich weiterhin von der Sammelnut 65 hin zu dem düsennahen Ende des Kolbenteils 29 bzw. hin zum ersten Hydraulik-Steuerraum 47. Derart wird ein Kolbenführungspalt 57 um den Kolbenteil 29 gebildet, welcher über den ersten Abschnitt 29a relativ weites Spiel A2 zur Kolbenumfangswand aufweist und welcher über den zweiten Abschnitt 29b relativ engeres Spiel A3 zur Kolbenumfangswand aufweist. Allgemein wird eine Kraftstoffinjektorauslegung also wie folgt angestrebt: D3 > D2 > D1 und weiterhin A1 < A3 < A2.
-
Zur noch besseren Abdichtung zwischen dem ersten 47 und dem zweiten 49 Hydraulik-Steuerraum, welche die Leckageverluste während des Öffnungsvorgangs noch weiter gering halten kann, mithin ein schnelleres Öffnen ermöglicht, kann um den Kolbenteil 29 ein Dichtring 67 bzw. Kolbenring angeordnet sein, das heißt zwischen der Sammelnut 65 und dem düsennahen Kolbenteilende.
-
Mit dieser Ausgestaltung nimmt die Sammelnut 65 überwiegend oder nahezu ausschließlich Spaltleckage aus dem Kolbenführungsspalt 57 auf, welche dort über den ersten Abschnitt 29a ansteht, d. h. bei Betrieb des Kraftstoffinjektors 3 regelmäßig druckbeaufschlagt ansteht. Das deshalb, als die hierbei seitens des zweiten bzw. Schließdruck-Hydraulik-Steuerraums 49 über den Kolbenspalt 57 an die Sammelnut 65 geführte Spaltleckage über die Mehrzahl der Betriebszeitanteile unter Hydraulikdruck steht bzw. belastet ist.
-
Um die Spaltleckage an die Sperrfluiddichtkammer 59 umzuleiten, weist das Sperrfluiddichtungssystem 61 weiterhin einen Leitungszweig 69 auf, welcher mittels einer als Sackbohrung gebildeten Hohlbohrung 71 im Brenngas-Düsenventilglied 13 gebildet ist. Die Hohlbohrung 71 erstreckt sich hierbei über einen Abschnitt vom düsenfernen Ende des Kolbenteils 29 bis in den geführten Abschnitt 33 hinein (axial), an welchem die Sperrfluiddichtung 63 gebildet ist. Düsenfern ist die Hohlbohrung 71 hierbei mit einem Stopfenelement 73 verschlossen.
-
Die derart gebildete Hohlbohrung 71 kann seitens der Sammelnut 65 über wenigstens eine radial ausgeführte Stichbohrung 75 mit der Spaltleckage (Hydraulikfluid) beaufschlagt bzw. angeströmt werden, wobei abströmseitig die Sperrfluiddichtkammer 59 über wenigstens eine weitere radial ausgeführte Stichbohrung 77 – über den gesamten möglichen Brermgas-Düsenventilglied-Stellungsbereich – mit dem derart umgeleiteten Spaltleckagefluid anströmbar ist.
-
Beachtlich ist im Rahmen der aufgezeigten Anordnung hierbei, dass über die Wahl der Weite des Kolbenführungsspalts am ersten Abschnitt 29a eine Vordrosselung, mithin ein Druckniveau, gezielt voreinstellbar ist, unter welcher bzw. mit welchem die Spaltleckage über die Sammelnut 65 abgreifbar ist. Über den Umleitungszweig 69 kann das abgezweigte Fluid sodann ohne weitere nennenswerte Drosselung bzw. Druckbeeinflussung an die Sperrfluiddichtkammer 59 versorgt werden.
-
Wie 1 auch veranschaulicht, weist die Kraftstoffinjektoranordnung 1 weiterhin ein Leckagesystem 79 auf, an welches das Sperrfluiddichtungssystem 61 des Kraftstoffinjektors 3 – abströmseitig – kommunizierend angebunden ist, insbesondere über eine Druckreguliervorrichtung 81. Hierbei führt eine Abströmleitung 83 des Sperrfluiddichtungssystems 61 seitens der Sperrfluiddichtkammer 59 hin zu der Druckreguliervorrichtung 81, über welche hierbei ein Druck im Sperrfluiddichtungssystem 61 einstellbar ist. Die Druckreguliervorrichtung 81 ist bevorzugt mittels eines variablen Druckregulierventils gebildet, welches eine Anpassung des Druckniveaus der Sperrfluiddichtung 63 bzw. im Sperrfluiddichtungssystem 61 an ein gerade vorherrschendes Brenngas-Versorgungsdruckniveau ermöglicht, das heißt durch geeignet variierte Absteuerung von Sperrfluid in das nachgeordnete Leckagesystem 79 (hin zur Niederdruckseite).
-
Bei der gezeigten Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors 3 weist das Sperrfluiddichtungssystem 61, parallel zu der Abströmleitung 83 geschaltet, weiterhin einen Sperrfluidkreis 85 auf, über welchen eine weitere Sperrfluiddichtung 87 mit Sperrfluid aus der Spaltleckage des Kolbenführungsspalts 57 versorgt wird.
-
Die weitere Sperrfluiddichtung 87 ist hierbei – mittels einer weiteren Sperrfluiddichtkammer 89 – um den in der Führung 45 aufgenommenen Abschnitt des Niederhalteelements 41 herum gebildet und bewirkt dort eine Abdichtung gegen Brenngas-Leckage, welche andernfalls entlang der Spaltführung um das Stelzenglied 41 in das (Steuer-)Gehäuse 39 eintreten könnte, das heißt von der durch den Zwischenspeicher 27 gebildeten Brenngasseite hin zur Hydraulikseite (des Hydrauliksteuerkreises bzw. der Kolbensteuervorrichtung). Zur Ausbildung des Sperrfluidkreises 85 mit der weiteren bzw. zweiten Sperrfluiddichtung 87 zweigt ein erster Leitungszweig 91 des Sperrfluidkreises 85 seitens der Abströmleitung 83 (und stromaufwärts der Druckreguliervorrichtung 81) an die weitere Sperrfluiddichtkammer 89 ab und bewirkt dort den für die Dichtfunktionalität vorgesehenen Druckaufbau in der weiteren Sperrfluiddichtkammer 89 mittels des Sperrfluids (Spaltleckage; Hydraulikfluid). Abströmseitig aus der weiteren Sperrfluiddichtkammer 89 führt ein zweiter Leitungszweig 93, welcher stromabwärts des Abzweigpunktes 95 des ersten Leitungsweigs 91 (und stromaufwärts der Druckreguliervorrichtung 81) wieder in die Abströmleitung 83 einzweigt.
-
Mit dieser Anordnung wird es somit möglich, über die Druckreguliervorrichtung 81 den Druck im gesamten Sperrfluiddichtungssystem 61, mithin in beiden Sperrfluiddichtkammern 59, 89 bzw. den jeweiligen Sperrfluiddichtungen 63, 87 einzustellen. Bevorzugt ist die Kraftstoffinjektoranordnung 1 oder ein Kraftstoffeinspritzsystem, welches eine solche Kraftstoffinjektoranordnung 1 aufweist hierbei eingerichtet, ein Druckniveau im Sperrfluiddichtungssystem 61 einzustellen, welches im Bereich von 10 bar bis 30 bar über einem Brenngas-Versorgungsdruckniveau liegt. Somit kann verhindert werden, dass über die Maßen viel Sperrfluid in den Brenngas-Bereich überströmt, gleichzeitig aber eine zuverlässige Abdichtung mittels der Sperrfluiddichtungen 63, 87 bewirkt werden.
-
Eine Druckreguliervorrichtung 81 kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl im Kraftstoffinjektor 3 aber auch außerhalb des Kraftstoffinjektors 3 vorgesehen werden. Die externe Unterbringung kann zum Beispiel oberhalb eines Einzeldruckspeichers des Kraftstoffinjektors 3 erfolgen, insbesondere bei Verwendung größer bauender variabel steuerbarer Druckregulierventile. In Hinblick auf die Druckreguliervorrichtung 81 kann diese entlastet, mithin deren Baugröße dann vorteilhaft klein gehalten werden, wenn die über die Bemessung des Kolbenspalts 57 erzielte Vordrosselung so eingestellt ist, dass die Druckreguliervorrichtung 81 nur geringe Volumenströme zur Druckeinstellung im Sperrfluiddichtungssystem abzusteuern braucht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftstoffinjektoranordnung
- 3
- Kraftstoffinjektor
- 5
- Injektorgehäuse
- 7
- Düsenkörper
- 9
- Deckelndes Element
- 11
- Weiteres Gehäuseelement
- 13
- Brenngas-Düsenventilglied
- 15
- Ventilsitz
- 17
- Brenngas-Düsenventil
- 19
- Brenngas-Düsenraum
- 21
- Brenngas-Düsenanordnung
- 23
- Versorgungsstrang
- 25
- Brenngas-Einlass
- 27
- Brenngas-Zwischenspeicher
- 29
- Kolbenteil
- 29a
- erster Abschnitt
- 29b
- zweiter Abschnitt
- 31
- Ventilgliedteil
- 33
- Längsmittlerer Bereich
- 35
- Führung
- 37
- Axialbohrung
- 39
- Steuergehäuse
- 41
- Niederhalteelement
- 43
- Vorspanneinrichtung
- 45
- Führung
- 47
- erster Hydraulik-Steuerraum
- 49
- zweiter Hydraulik-Steuerraum
- 51
- Steuerventil
- 53
- Hydraulik-Belastungspfad
- 55
- Hydraulik-Entlastungspfad
- 57
- Kolbenführungsspalt
- 59
- Sperrfluiddichtkammer
- 61
- Sperrfluiddichtungssystem
- 63
- Sperrfluiddichtung
- 65
- Sammelnut
- 67
- Dichtring
- 69
- Leitungszweig
- 71
- Hohlbohrung
- 73
- Stopfenelement
- 75
- Stichbohrung
- 77
- Weitere Stichbohrung
- 79
- Leckagesystem
- 81
- Druckreguliervorrichtung
- 83
- Abströmleitung
- 85
- Sperrfluidkreis
- 87
- Weitere Sperrfluiddichtung
- 89
- Weitere Sperrfluiddichtkammer
- 91
- Erster Leitungszweig
- 93
- Zweiter Leitungszweig
- 95
- Abzweigpunkt