DE102005001758A1 - Unter hydraulischem Druck stehende Einrichtung mit leckagegesteuertem Zulauf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine unter hydraulischem Druck stehende Einrichtung, insbesondere eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem mittels einer Zulaufleitung (1) mit Druckmittel versorgtem Druckraum (2), welcher einem Druckmittelverlust durch Leckage unterworfen ist. DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Teil der Leckage einem hydraulischen Stellglied (28) zuführbar ist, welches unmittelbar in Abhängigkeit des von der Leckage ausgeübten Drucks den Strömungsquerschnitt durch die Zulaufleitung (1) steuert.

Description

• Die Erfindung geht aus von einer unter hydraulischem Druck stehende Einrichtung, insbesondere von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem mittels einer Zulaufleitung mit Druckmittel versorgtem Druckraum, welcher einem Druckmittelverlust durch Leckage unterworfen ist, gemäß der Gattung von Anspruch 1.
• Bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen sind Kraftstoff-Leckagen insofern von Nachteil, als sie die Umwelt belasten und sich im schlimmsten Fall an der heißen Brennkraftmaschine entzünden. Größere Leckagen in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine können einen so hohen Druckverlust in einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher verursachen, dass ein einwandfreier Betrieb der Brennkraftmaschine nicht aufrechterhalten werden kann und Gefahr besteht, dass sie beschädigt wird.
• Die gattungsgemäße DE 43 35 171 C1 schlägt zur Lösung dieses Problems vor, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit mehreren Hochdrucksammelräumen derart auszubilden, dass bei einem durch einen Drucksensor detektierten Druckabfall in einem der Hochdrucksammelräume dieser separat abgeschaltet wird, während die anderen, störungsfreien Kraftstoff- Hochdruckspeicher weiterhin mit Hochdruck versorgt werden. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass bei Druckabfall der Drucksensor ein elektrisches Signal an ein Steuergerät aussteuert, welches daraufhin ein stromaufwärts des Kraftstoff-Hochdruckspeichers in einer Zulaufleitung angeordnetes Magnetventil in Sperrstellung schaltet. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass kleine, schleichende oder kleine Leckagen vom Drucksensor oft nicht erfasst werden bzw. der Regelkreis die Pumpe in Richtung höherer Pumpleistung hochregelt und deshalb die Leckage an die Umgebung abgegeben wird. Darüber hinaus ist eine teurer elektrischer Schaltkreis mit elektronischem Steuergerät und Drucksensor notwendig.
• Weiterhin sind Systeme bekannt, bei welchen die Leckage mittels einer Rücklaufleitung in einem Sammelbehälter gesammelt wird. Diese Lösung ist ebenfalls sehr aufwendig und verhindert zudem keine leckagebedingten Schäden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine unter hydraulischem Druck stehende Einrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, dass mit einfachen Mitteln ein Ausströmen zumindest eines Teils der Leckage in die Umgebung und weitere leckagebedingte Schäden verhindert werden.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
• Vorteile der Erfindung
• Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, das der von der Leckage erzeugte Druck ein hydraulisches Stellglied unmittelbar ansteuert, welches den Strömungsquerschnitt durch die Zulaufleitung steuert bzw. diesen vollständig sperrt.
• Unter „unmittelbar" soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass keine elektrischen Erfassungs-Signalverarbeitungs- oder Stellglieder wie beim Stand der Technik vorhanden sind, sondern dass der Strömungsdruck bzw. der statische Druck der Leckage selbst das Stellglied direkt steuert und die Leckage dadurch nicht mehr in die Umwelt gelangt. Der Betrieb der hydraulischen Einrichtung kann dann beschränkt bzw. vollständig eingestellt werden, wenn die Leckage ein bestimmte Grenzdauer und/oder eine bestimmte Grenzströmungsmenge überschreitet.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.
• Besonders bevorzugt wird der Druckraum durch einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher, auch rail genannt oder durch einen Pumpendruckraum einer Hochdruckpumpe einer Hochdruckeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gebildet. Wie eingangs bereits diskutiert, wirkt sich eine Leckage dort besonders schädlich aus, so dass eine diesbezügliche Verwendung der Erfindung besondere Vorteile mit sich bringt.
• Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform kann der Strömungsquerschnitt der Zulaufleitung durch das hydraulische Stellglied entweder vollständig gesperrt oder vollständig freigegeben werden. Bei einer vollständigen Sperrung der Zulaufleitung wird ein Schaden an der Einrichtung bzw. an der Umwelt zuverlässig verhindert, da keine weitere Leckage mehr auftritt.
• Zur Realisierung der Erfindung kann in einer Wandung z.B. eines rails ein Leckagesammelkanal ausgebildet sein, welcher eine von der Leckage durchströmte Trennfuge zwischen einem den Druckraum begrenzenden Bauelement, beispielsweise einem Verschlussstopfen und der Wandung mit dem hydraulischen Stellglied verbindet. Zumindest ein Teil des Leckagestromes wird dann von der Trennfuge in den Leckagesammelkanal abgezweigt und von dort an das Stellglied weitergeleitet. Hierzu kann der Leckagesammelkanal in Strömungsrichtung der Leckage gesehen wenigstens zwei, der Trennfuge zugeordneten Dichtungen zwischengeordnet sein. Die erste, dem Leckagesammelkanal vorgeordnete Dichtung dient dazu, den Leckagestrom möglichst gering zu halten. Da zumindest ein Teil des Leckagestromes in den Leckagesammelkanal abgezweigt und dadurch Strömungsenergie aufgezehrt wird, vermag die weitere, diesem nachgeordnete Dichtung u.U. eine Strömung in die Umgebung u.U. vollständig zu unterbinden.
• Das hydraulische Stellglied wird vorzugsweise durch ein federbelastetes, durch den Hydraulikdruck der Leckage betätigtes 2/2-Wegeventil oder durch eine durch den Hydraulikdruck der Leckage betätigte Zylinder-Kolbeneinheit gebildet.
• Zeichnungen
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine Querschnittsdarstellung eines Endabschnitts eines Kraftstoff-Hochdruckspeichers einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
• Beschreibung des Ausführungsbeispiels
• Als bevorzugtes Beispiel einer unter hydraulischem Druck stehenden Einrichtung mit einem mittels einer Zulaufleitung 1 mit Druckmittel versorgtem Druckraum wird im folgenden ein Kraftstoff-Hochdruckspeicher oder rail 2 einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer beispielsweise selbstzündenden Brennkraftmaschine beschrieben. Alternativ könnte der Druckraum 2 auch ein Pumpendruckraum einer Hochdruckpumpe der Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung sein oder ein Druckraum einer anderen beliebigen Druckeinrichtung, welcher einem Druckmittelverlust durch Leckage unterworfen ist.
• In der Figur ist der für die Erfindung wesentliche Abschnitt des Kraftstoff-Hochdruckspeichers 2 gezeigt, in welchem unter Hochdruck stehender Kraftstoff bevorratet wird. Der Kraftstoff-Hochdruckspeicher 2 ist endseitig beispielsweise durch einen Stopfen 4 mit T-Querschnitt verschlossen, wobei ein Einsteckabschnitt 6 des Stopfens 4 mit seiner radial äußeren Umfangsfläche 8 die radial innere Umfangsfläche 10 einer Innenwand des rails 2 kontaktiert. Weiterhin kontaktiert ein im Durchmesser vergrößerter Kopfabschnitt 12 des Stopfens 4 eine Stirnfläche 14 des rails 2.
• In der Mantelwand des rails 2 ist beispielsweise eine Ringnut 16 zur Aufnahme eines ersten O-Rings 18 ausgebildet, der gegen die radial äußere Umfangsfläche 8 des Einsteckabschnitts 6 des Stopfens 4 dichtet. Darüber hinaus ist das rail 2 am radial inneren Rand seiner Stirnfläche 14 mit einer Fase 20 versehen, in der ein zweiter O-Ring 22 untergebracht wird, welcher andererseits gegen einen Absatz 24 zwischen dem Einsteckabschnitt 6 und dem Kopfabschnitt 12 des Stopfens 4 dichtet.
• Trotzdem kann nicht ausgeschlossen werden, dass ein Leckagestrom in der Trennfuge 26 zwischen der radial äußeren Umfangsfläche 8 des Einsteckabschnitts 6 des Stopfens 4 und der radial inneren Umfangsfläche 10 des rails 2 ensteht, der zumindest den ersten O-Ring 18 passiert. Hiervon wird zumindest ein Teil einem hydraulischen Stellglied 28 zugeführt, welches unmittelbar in Abhängigkeit des von der Leckage ausgeübten Drucks den Strömungsquerschnitt durch die Zulaufleitung 1 steuert. Insbesondere soll der Strömungsquerschnitt der Zulaufleitung 1 durch das hydraulische Stellglied 28 entweder vollständig gesperrt oder vollständig freigegeben werden.
• Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass in der Wandung des rails 2 ein Leckagesammelkanal 30 ausgebildet ist, welcher zusammen mit einer weiterführenden Leitung 32 die von der Leckage durchströmte Trennfuge 26 mit einem hydraulischen Steueranschluss 31 des hydraulischen Stellglieds 28 verbindet. Dabei ist der Leckagesammelkanal 30 in Strömungsrichtung der Leckage gesehen dem ersten und dem zweiten O-Ring 18, 22 zwischengeordnet.
• Besonders bevorzugt wird das hydraulische Stellglied durch ein federbelastetes, durch den Hydraulikdruck der Leckage betätigtes 2/2-Wegeventil 28 gebildet. Wenn dann beispielsweise eine schleichende Leckage über einen längeren Zeitraum vorliegt, kann sich in dem Leckagesammelkanal 30 eine Flüssigkeitsdruckkraft aufbauen, welcher größer als die entgegen gerichtete Federkraft des 2/2-Wegeventil 28 ist, so dass dieses von der in der Figur gezeigten Durchgangsstellung in seine Sperrstellung schaltet und den Strömungsquerschnitt durch die Zulaufleitung 1 sperrt. Gleichfalls ist auch durch eine durch den Hydraulikdruck der Leckage betätigte Zylinder-Kolbeneinheit oder jegliches hydraulisch gesteuertes Stellglied denkbar, mit welchem der Strömungsquerschnitt in der Zulaufleitung 1 steuerbar ist.
• Im Idealfall wird der gesamte Leckagestrom im Leckagesammelkanal 30 gesammelt, so dass kein Kraftstoff mehr in die Umwelt gelangt. Der Ausfall der Nachförderung von Kraftstoff in das rail 2 bedingt einen Betriebsstop der Brennkraftmaschine, was zusammen mit einem die beispielsweise durch einen Sensor detektierte Betätigung des 2/2-Wegeventils 28 darstellenden optischen Signal ein Zeichen für den Fahrzeugführer darstellt, die Dichtigkeit der Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung überprüfen zu lassen.
• Anstatt nur eines einzigen Leckagesammelkanals 30 und einem hydraulischen Stellglied 28 können in Abhängigkeit von der Anzahl der Leckagestellen auch mehrere vorhanden sein.

Claims (6)

1. Unter hydraulischem Druck stehende Einrichtung, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, mit einem mittels einer Zulaufleitung (1) mit Druckmittel versorgtem Druckraum (2), welcher einem Druckmittelverlust durch Leckage unterworfen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leckage einem hydraulischen Stellglied (28) zuführbar ist, welches unmittelbar in Abhängigkeit des von der Leckage ausgeübten Drucks den Strömungsquerschnitt durch die Zulaufleitung (1) steuert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt der Zulaufleitung (1) durch das hydraulische Stellglied (28) entweder vollständig gesperrt oder vollständig freigegeben werden kann.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum durch einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher (2) oder durch einen Pumpendruckraum einer Hochdruckpumpe einer Hochdruck- Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gebildet wird.
4. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in einer ihrer Wandungen ein Leckagesammelkanal (30) ausgebildet ist, welcher eine von der Leckage durchströmte Trennfuge (26) zwischen einem den Druckraum (2) begrenzenden Bauelement (8) und der Wandung (10) mit dem hydraulischen Stellglied (28) verbindet.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagesammelkanal (30) in Strömungsrichtung der Leckage gesehen wenigstens zwei, der Trennfuge (26) zugeordneten Dichtungen (18, 22) zwischengeordnet ist.
6. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Stellglied durch ein federbelastetes, durch den Hydraulikdruck der Leckage betätigtes 2/2-Wegeventil (28) oder durch eine durch den Hydraulikdruck der Leckage betätigte Zylinder-Kolbeneinheit gebildet wird.