DE102013010344B3

DE102013010344B3 - Druckspeicher und Verfahren zur Ausführung mit einem solchen

Info

Publication number: DE102013010344B3
Application number: DE102013010344.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Kalenborn
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: Woodward LOrange GmbH
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-06-21

Abstract

Druckspeicher (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wobei der Druckspeicher (1) einen Trennkolben (43) aufweist, welcher in einem Druckspeichergehäuse (37) axial verschieblich zwischen einem Gasraum (45) und einem Kraftstoffraum (39) im Druckspeichergehäuse (37) aufgenommen ist, wobei der Kraftstoffraum (39) einen Kraftstoffeinlass (35) und einen Kraftstoffauslass (41) aufweist, wobei der Gasraum (45) über einen Einlass (47) nachbefüllbar ist, wobei der Trennkolben (43) ein Rückschlagventil (53) aufweist, über welches ein Strömungsweg (55) von einer Gasraumseite (43a) des Trennkolbens (43) in den Kraftstoffraum (39) freigebbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckspeicher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere für die Verwendung mit einem Kraftstoffinjektor oder einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung.
Im Stand der Technik, s. z. B. die Druckschrift DE 10 2011 117 534 A1 , sind Druckspeicher für Kraftstoffeinspritzeinrichtungen bekannt, welche durch Einbringung eines zweiten Mediums mit geringerem Kompressionsmodul, welches in einem Faltenbalg eingeschlossen ist, eine höhere Speicherkapazität aufweisen, als ein nur mit Kraftstoff gefüllter Speicher. Der Faltenbalg als geschlossenes System bietet aus Festigkeitsgründen nur einen beschränkten Längenverstellbereich mit einem Verhältnis von höchstens 2:1–3:1, so dass ein Betrieb mit einer Gasfüllung zur signifikanten Erhöhung der Kapazität unmöglich ist. Ein Vorspannen des Gases ist auch nur begrenzt möglich, da der Faltenbalg sonst zerstört wird.
Ein Gasspeicher für Einspritzanwendungen mit größtmöglicher Kapazität kann nur mit einem beweglichen Kolben realisiert werden, s. z. B. die Druckschrift DE 20 113 785 U1 , der die Medien Gas und Kraftstoff über eine Dichtung trennt. Die Dichtung hat allerdings den Nachteil, daß sie während des Gleitens einen Medienaustausch ermöglichen kann. So kann sie Kraftstoff durchlassen, der zuvor in den Rauheitsprofilspitzen des Zylinderwandwerkstoffes eingebettet war. Die in den Gasraum gelangte Flüssigkeit löst einen Teil des Speichergases, so daß der Speicherdruck mit der Zeit abfällt und die Kapazität nachläßt. Es kann aber auch Gas an der Dichtung vorbei in den Kraftstoffraum eintreten und den Druck im Gasspeicher absenken.
Im Stand der Technik ist aus der Druckschrift DE 101 39 192 A1 ein Kolbenspeicher mit einem Trennkolben bekannt, welcher eine Ableitung von Leckmedien aus dem Bereich der Abdichtung zwischen Gas- und Fluidseite über eine Entlüfungsöffnung ermöglicht, um einen Medienübertritt zu vermeiden. In nachteiliger Weise kann hierbei aber Gas oder Fluid unkontrolliert an die Umgebung freigesetzt werden.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckspeicher der genannten Art, insbesondere für die Verwendung mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, vorzuschlagen, welcher eine kontrollierte Leckmedienabfuhr neben einer Speichernachbefüllung vorteilhaft unaufwändig gestattet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Druckspeicher für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, zum Beispiel ein Common-Rail-System, wobei der Druckspeicher bevorzugt als Einzeldruckspeicher (Injektorspeicher) oder auch als Sammeldruckspeicher (Rail) ausgebildet sein kann. Allgemein ist der Druckspeicher zur Verwendung mit wenigstens einem Kraftstoffinjektor, z. B. einer Brennkraftmaschine in Form eines Otto- oder Dieselmotors, insbesondere Großdieselmotors und weiterhin insbesondere in Fahrzeugmotoren vorgesehen, zum Beispiel in Offroad-, Nutzkraftfahrzeug- oder Schiffsanwendungen, daneben auch in stationären Anwendungen, zum Beispiel Blockheizkraftwerken. Der Druckspeicher ist hierbei bevorzugt zur Pulsations- bzw. Druckstoßdämpfung im Rahmen von Einspritzvorgängen vorgesehen.
Der (insbesondere als Kolbenspeicher ausgebildete) Druckspeicher (Hydrospeicher) weist einen Trennkolben auf, welcher in einem Druckspeichergehäuse (axial) verschieblich zwischen einem Gasraum und einem Kraftstoffraum im Druckspeichergehäuse aufgenommen ist, wobei der Kraftstoffraum einen Kraftstoffeinlass und einen Kraftstoffauslass aufweist und wobei der Gasraum über einen Einlass nachbefüllbar ist (via z. B. ein Füllventil). Als Füllgas des Gasraums, i. e. zur Einstellung einer beabsichtigten «Luftfederrate», ist bevorzugt Stickstoffvorgesehen, welches z. B. über eine Druckgasquelle via den Einlass an den Gasraum versorgbar ist. Selbstverständlich sind daneben weitere Füllgase bzw. Arbeitsgase denkbar.
Gekennzeichnet ist der Druckspeicher dadurch, dass der Trennkolben ein Rückschlagventil aufweist, insbesondere ein differenzdruckgeschaltetes Rückschlagventil, über welches ein Strömungsweg von einer Gasraumseite des Trennkolbens in den Kraftstoffraum freigebbar ist.
Der erfindungsgemäße, mit vorteilhaft geringem baulichen Aufwand realisierbare Druckspeicher ermöglicht eine einfache und kontrollierte Drainage sich gasraumseitig befindlichen Leckmediums (Kraftstoff) via das Rückschlagventil (Drainageventil). Der Druckspeicher ist im Rahmen der Erfindung hierbei bevorzugt eingerichtet, ein Öffnen des Rückschlagventils bzw. ein Öffnen des Strömungswegs und somit eine Medienableitung aus dem Gasraum auf vorteilhaft einfache Weise einerseits durch Druckbeaufschlagung des Gasraums via dessen Einlass bewirken und/oder unterstützen zu können (insbesondere aktives Freispülen), und bevorzugt auch eingerichtet, ein Öffnen des Rückschlagventils (Freigeben des Strömungswegs) andererseits durch Druckabsenkung auf der Kraftstoffseite bzw. im Kraftstoffraum zu bewirken und/oder zu unterstützen, so dass die Einstellung einer erforderlichen Öffnungsdruckdifferenz am Rückschlagventil unproblematisch und vorteilhaft variierbar erfolgen kann.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des Druckspeichers, insbesondere in Verbindung mit einem Kraftstoffinjektor, kann der Druckspeicher eingerichtet sein, eine Druckabsenkung auf der Kraftstoffseite durch selektives Öffnen des Kraftstoffauslasses bewirken zu können, z. B. mittels eines dem Kraftstoffauslass zugeordneten Auf-/Zu-Ventils, bevorzugt insbesondere mittels des Pilotventils eines mit dem Druckspeicher verwendeten Kraftstoffinjektors, insbesondere z. B. einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (letztere Lösung kann vorteilhaft besonders unaufwändig – i. e. ohne zusätzliches Ventil für den Kraftstoffauslass – ausgeführt werden). Bevorzugt findet eine solche Druckabsenkung statt, wenn der Druckspeicher kraftstoffeinlassseitig gesperrt ist (drucklos bzw. Niederdruck).
Der erfindungsgemäße Druckspeicher eröffnet weiterhin auf vorteilhaft einfache Weise eine Kontrollmöglichkeit im Hinblick auf eine erfolgte Leckmedienabfuhr seitens des Gasraums. Z. B. kann bei gasraumseitiger Druckgasbeaufschlagung via den Einlass des Gasraums ein befüllseitiger bzw. gasraumseitiger Druckabfall detektiert werden. Dieser tritt auf, sobald das Leckmedium ausgespült ist und nachfolgend Gas durch das Rückschlagventil über den Strömungsweg strömt. Hieraufhin kann der Strömungsweg, insbesondere durch Versperren des Kraftstoffauslasses und einhergehendes Schließen des Rückschlagventils, (wieder) versperrt werden. Weiterhin ermöglicht der erfindungsgemäße Druckspeicher eine einfache Nachbefüllung des Gasraums via den Einlass am Gasraum, wozu erfindungsgemäß eine Detektion des Gasfüllstands vorausgehen kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass mittels des Trennkolbens gasraumseitig ein Sammelreservoir gebildet ist, von welchem der Strömungsweg hin zum Kraftstoffraum abmündet. Das Sammelreservoir bildet an der Abmündung des Strömungswegs bevorzugt die tiefste Stelle für ein insbesondere gasraumseitiges schwerkraftunterstütztes Sammeln von Leckagekraftstoff, so dass über das Sammelreservoir eine zuverlässige Leckageabfuhr ermöglicht ist. Für die Ausbildung des Sammelreservoirs kann der Trennkolben gasraumseitig eine ballige, konische oder allgemein angeschrägte Form, zum Beispiel auch eine Vertiefung (Mulde) aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung ist bevorzugt weiterhin vorgesehen, dass der Trennkolben über wenigstens einen Kolbendichtring, insbesondere eine Mehrzahl von Kolbendichtringen, axial verschieblich, insbesondere frei gleitend (gleitgedichtet), im Druckspeichergehäuse geführt ist. Hierdurch kann zwischen dem Gasraum und dem Kraftstoffraum fortwährend im Wesentlichen Druckausgleich aufrechterhalten werden, mit der vorteilhaften Folge, dass die Dichtung im Betrieb keine Abdichtung gegen hohe Differenzdrücke zu leisten hat. Ein Kolbendichtring kann je in einer Umfangsnut des Trennkolbens aufgenommen sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Druckspeichers teilt der Trennkolben im Kraftstoffraum eine erste Kammer und eine zweite Kammer ab, insbesondere je einen Ringraum. Hierbei kommunizieren die Kammern in einer ersten Kolbenstellung, in welcher der Trennkolben gegen einen kraftstoffraumseitigen Boden bzw. ein Ende des Druckspeichergehäuses nicht in Anlage ist, z. B. bei Einspritzbetrieb, miteinander (insbesondere via je ein (bodenseitig) offenes Ende der Kammern), während die Kammern in einer zweiten Kolbenstellung, in welcher der Trennkolben gegen einen kraftstoffraumseitigen Boden bzw. ein Ende des Druckspeichergehäuses in Anlage ist (insbesondere infolge Druckabsenkung im Kraftstoffraum bzw. bei geöffnetem Strömungsweg) nicht miteinander kommunizieren (bodenseitiges Ende der Kammern gegenüber der jeweils anderen nun insbesondere versperrt, bevorzugt via das Druckspeichergehäuse).
Gerade in Kombination mit der Ausgestaltung des Druckspeichers derart, dass der Strömungsweg in eine aus erster und zweiter Kammer einmündet, z. B. eine innere Ringkammer, und auch der Kraftstoffauslass aus dieser (i. e. derselben) Kammer ausmündet, ergibt sich der Vorteil, zum Öffnen des Rückschlagventils lediglich diese Kammer entlasten zu müssen (zweite Kolbenstellung), während die weitere Kammer, bevorzugt eine (radial) äußere Ringkammer, hierbei (zweite Kolbenstellung) vorteilhaft ein Kraftstoffpolster einschließen kann, welches geeignet ist, für eine schnelle Wiederaufnahme des Einspritzbetriebs zu unterstützen und weiterhin die Kolbendichtung zu entlasten.
Durch einen im Rahmen der obigen bevorzugten Ausführungsform vorgesehenen – mit einer Druckabsenkung im Kraftstoffraum einhergehenden – Verschluss des Kraftstoffeinlasses, insbesondere in der zweiten Kolbenstellung, kann zudem auf vorteilhafte Weise sichergestellt werden, dass während einer Leckmedienabfuhr kein Gas, welches über den geöffneten Strömungsweg in den Kraftstoffraum gelangt, in ein am Druckspeicher angeschlossenes Kraftstoffsystem eintreten kann (woneben auch der unbeabsichtigte Eintritt von Kraftstoff in den Kraftstoffraum vermieden ist). Hierzu stellt der Trennkolben bevorzugt auch eine Schließvorrichtung für den Verschluss des Kraftstoffeinlasses bereit. Die Schließvorrichtung kann z. B. als federbelastetes Ventilglied ausgeführt sein, welches gegen den Kraftstoffeinlass, welcher z. B. einen Ventilsitz für das Ventilglied bildet, dichten kann.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckspeichers ist vorgesehen, dass der Druckspeicher einen zweiten Trennkolben aufweist, welcher zwischen dem das Rückschlagventil aufweisenden Trennkolben (erster Kolben) und einem gasraumseitigen Ende des Gehäuses (axial) verschieblich angeordnet ist, d. h. gasraumseitig in Bezug auf den ersten Trennkolben. Hierbei ist eine Ausgestaltung des Druckspeichers derart vorgesehen, dass in einem Zwischenraum zwischen erstem und zweitem Trennkolben Gas- und Flüssigleckage gesammelt werden kann (Sammelreservoir), und weiterhin eine Ausgestaltung derart, dass der zweite Trennkolben vorteilhaft als Durchflussbegrenzer wirkt, i. e. insbesondere bei einem (Nach-)Befüllen mit Druckgas via den Einlass am Gasraum und weiterhin insbesondere mit dem ersten Trennkolben zusammen. Bei einem solchen Gasfüllvorgang kann der zweite Kolben am ersten Kolben zur Anlage gelangen – nach Verdrängen der Leckage aus dem Zwischenraum – und somit gasraumseitig gegen den ersten Kolben – insbesondere unter gasraumseitigem Verschluss des Strömungswegs dichten – so dass vorteilhaft im Wesentlichen kein Füllgas unnötig verloren geht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist weiterhin bevorzugt, dass der Druckspeicher eine Vorrichtung aufweist, welche bereitgestellt ist, eine Kolbenstellung relativ zu dem Gehäuse zu detektieren, insbesondere durch Kontaktierung eines Kontaktpartners eines Trennkolbens, bevorzugt des – bei mehreren Trennkolben – kraftstoffraumferner angeordneten Trennkolbens, an einem Kontaktpartner des Druckspeichergehäuses. Mittels der Vorrichtung kann vorteilhaft ein Gasfüllstand bzw. eine Gasmasse im Gasraum ermittelt und somit die Notwendigkeit einer Nachbefüllung erkannt werden, bei Verwendung des Druckspeichers mit einer Einspritzeinrichtung vorteilhaft z. B. auch ein Einspritzverhalten, insbesondere im laufenden Betrieb, an den Gasfüllstand im Druckspeicher angepasst werden, z. B. via Kennfeld.
Insbesondere bei Ausführungsformen der Vorrichtung, bei welchen wenigstens ein Kontaktpartner, zum Beispiel der des Trennkolbens, federnd gelagert ist, zum Beispiel ein federgelagerter Kontaktstift ist, kann eine Wegreserve nach Kontaktierung am anderen Kontaktpartner zur Verfügung gestellt werden, welche die Gefahr einer Schädigung der Vorrichtung durch zu „harten” Anschlag der Kontaktpartner verhindert, wodurch eine Füllstandserkennung auch im laufenden Einspritzbetrieb ermöglicht ist, insbesondere bei Prüfdruckniveaus (Kraftstoff) oberhalb des Nennbetriebsdrucks.
Ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Verfahren zur Füllstandserkennung sieht vor, dass in einem ersten Schritt ein Kraftstoffdruck (Prüfdruck) im Kraftstoffraum des Druckspeichers derart eingestellt wird, dass die Kontaktpartner (vorstehend beschriebener Vorrichtung) einander nicht kontaktieren. Ein hierfür geeignet eingestellter Kraftstoffdruck ist insbesondere ein Kraftstoffdruck unterhalb eines Nennbetriebsdrucks des Druckspeichers bzw. eines damit verwendeten Kraftstoffinjektors.
In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird nunmehr ein Kraftstoffdruck im Kraftstoffraum erhöht, bis – einhergehend mit einer Verlagerung des den Kontaktpartner bereitstellenden Trennkolbens hin zur Gasraumseite – eine Kontaktierung der Kontaktpartner aneinander erfolgt, wobei die Kontaktierung detektiert wird.
Zur Detektion der Kontaktierung kann ein Kontaktpartner, insbesondere jener des Gehäuses, zum Beispiel als Kontaktsensor ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann zum Beispiel eine Änderung im Verlauf des Kraftstoffdruckgradienten im Zuge der Erhöhung des Kraftstoffdrucks sensiert werden, welche resultiert, wenn die Kontaktpartner aneinander in Anlage gelangen. Hierbei ist vorteilhaft keine eigens bereitgestellte Sensorik am Druckspeicher erforderlich. Für eine derartige Ausgestaltung kann z. B. der Kontaktpartner des Gehäuses durch einen Anschlag gebildet sein, während ein gasraumseitiger Oberflächenabschnitt des Kolbens den Kontaktpartner des Trennkolbens bildet.
In einem dritten Schritt wird ein Gasfüllstand im Gasraum unter Berücksichtigung des Drucks im Kraftstoffraum bei Kontaktierung ermittelt, d. h. der zum Zeitpunkt der Kontaktierung vorherrschende Kraftstoffdruck (Prüfdruck), z. B. ein Rail-Druck (Einspritzeinrichtung). Die Ermittlung kann vorteilhaft einfach durch Berechnung erfolgen.
Vorgesehen ist bevorzugt, zur Ermittlung auch das bei Kontaktierung im Gasraum eingeschlossene (bekannte) Volumen und/oder eine Temperatur an dem Druckspeicher heranzuziehen, so dass die Ermittlung unaufwändig mittels einer thermischen Zustandsgleichung (Gasgleichung) durch Berechnung erfolgen kann.
Im Rahmen des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Kraftstoffdruck in dem zweiten Schritt kontinuierlich erhöht wird. Auch hierdurch kann ein harter und potentiell schädigender Anschlag der Kontaktpartner aneinander vorteilhaft vermieden werden.
Weiterhin ist im Rahmen des (den Gasfüllstand indirekt ermittelnden) Verfahrens vorgesehen, dass in einem vierten Schritt basierend auf dem ermittelten Gasfüllstand – wie vorstehend bereits erwähnt – ein Einspritzverhalten, insbesondere im laufenden Einspritzbetrieb, weiterhin insbesondere mittels eines Steuergeräts (ECU), angepasst wird oder alternativ eine Nachbefüllung des Gasspeichers via den Einlass in den Gasraum erfolgt. Zur Anpassung des Einspritzverhaltens kann z. B. ein Kennfeld genutzt werden (Kennfeldkorrektur), zum Beispiel hinterlegt in einem Kontrollgerät bzw. Steuergerät (ECU) insbesondere eines mit dem Druckspeicher verwendeten Einspritzsystems.
Vorgeschlagen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin ein Kraftstoffinjektor mit einem wie vorstehend beschriebenen Druckspeicher, wobei der Kraftstoffinjektor insbesondere eingerichtet ist, den Kraftstoffauslass des Kraftstoffraumes – vorteilhaft einfach – via ein Injektor-Pilotventil (und einen darüber zur Niederdruckseite geführten Strömungsweg) selektiv zu öffnen bzw. eine Druckabsenkung im Kraftstoffraum, insbesondere via das Pilotventil, für eine Leckmedienabfuhr zu bewirken. Der bauliche Aufwand hierfür ist vorteilhaft äußerst gering.
Weiterhin wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorgeschlagen, insbesondere mit einem wie vorstehend beschrieben ausgeführten Kraftstoffinjektor, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen wie vorstehend beschriebenen Druckspeicher aufweist und/oder zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet ist, insbesondere eine Druckgasversorgung bereitstellt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 exemplarisch und schematisch eine Ansicht eines Kraftstoffinjektors mit einem Druckspeicher gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
2 ein Diagramm veranschaulichend einen ersten bis dritten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 ein Diagramm veranschaulichend einen ersten sich optional an die Verfahrensschritte gemäß 2 anschließenden vierten Verfahrensschritt.
4 ein Diagramm veranschaulichend einen zweiten sich optional an die Verfahrensschritte gemäß 2 anschließenden vierten Verfahrensschritt.
5 exemplarisch und schematisch eine Anlage zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Druckspeicher sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren.
6 exemplarisch und schematisch einen Druckspeicher mit einem ersten und einem zweiten Trennkolben gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
7 exemplarisch und schematisch eine Ansicht eines Kraftstoffinjektors mit einem Druckspeicher gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
8 exemplarisch und schematisch eine abgebrochene Ansicht eines Druckspeichers mit einem Trennkolben gemäß noch einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
9 exemplarisch und schematisch eine abgebrochene Ansicht eines Druckspeichers mit einem ersten und einem zweiten Trennkolben gemäß noch einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt einen Druckspeicher 1 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wobei der Druckspeicher 1 als Injektorspeicher bzw. Einzeldruckspeicher eines Kraftstoffinjektors 3 bereitgestellt ist. Alternativ kann der Druckspeicher 1 zum Beispiel auch ein Sammeldruckspeicher (Rail) sein, zum Beispiel in einem Common-Rail-System. Der Druckspeicher 1 ist bevorzugt mit Kraftstoff in Form von Dieselkraftstoff, Biokraftstoff oder auch Schweröl verwendbar.
Der Kraftstoffinjektor 3 weist einen Düsenkörper 5 mit einer Axialbohrung 7 auf, welche der Aufnahme einer Düsennadel 9 des Kraftstoffinjektors 3 dient. In die Axialbohrung 7, insbesondere deren einen Düsenraum bildenden Abschnitt 7a, kann hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff seitens einer Hochdruckzulaufleitung 11 des Kraftstoffinjektors 3 verbracht werden.
Der hochdruckbeaufschlagte Kraftstoff kann in Abhängigkeit der (Hub-)Stellung der Düsennadel 9 über eine Düsenanordnung 13 des Kraftstoffinjektors 3 abgegeben werden, bei Betrieb einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung insbesondere in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Der Kraftstoffinjektor 3 ist bevorzugt als indirekt betätigter Kraftstoffinjektor 3 bereitgestellt, insbesondere mit einem Pilotventil 15, welches von einer Aktuatorik beherrscht wird, bevorzugt einer Magnetaktuatorik. Das Pilotventil 15 und/oder die Aktuatorik kann in einem Gehäuse 17 des Kraftstoffinjektors 3 bereitgestellt sein.
Über das Pilotventil 15 kann ein Steuerraum 19 des Kraftstoffinjektors 3 ventilstellungsabhängig entlastet werden, insbesondere über einen Leckageströmungsweg 21, welcher ausgehend vom Steuerraum 19 zur Niederdruckseite ND über das Pilotventil 15 (mit Drosselung 23) geführt ist, z. B. zu einem Tank oder Leckagesammelbehältnis eines Kraftstoffeinspritzsystems.
In den Steuerraum 19 mündet weiterhin ein Hochdruckpfad 25 (mit Drosselung 27), über welchen der Steuerraum 19 via hochdruckbeaufschlagten Kraftstoff ausgehend von der Hochdruckzulaufleitung (Hochdruckkanal) 11 belastbar ist. Eine Schließfeder 29 ist dazu vorgesehen, die Düsennadel 9 in Schließstellung zu drängen, i. e. gegen einen Ventilsitz bzw. Düsennadelsitz 31.
Um für einen Einspritzbetrieb Kraftstoff über die Düsenanordnung 13 ausbringen zu können, i. e. seitens der Axialbohrung 7 bzw. 7a, wird das (Schließ-)Kräftegleichgewicht an der Düsennadel 9 durch Entlastung des Steuerraums 19 via das Pilotventil 15 aufgelöst (Leckageströmungsweg 21 geöffnet), so dass die Düsennadel 9 vom Düsennadelsitz 31 abheben und den Strömungsweg vom Düsenraum 7a zu der Düsenanordnung 13 freigeben kann. Für ein Beenden des Einspritzvorgangs wird das Pilotventil 15 in Sperrstellung geschaltet, 1, woraufhin sich der Druck im Steuerraum 19 über den Hochdruckpfad 25 wieder aufbaut und die Düsennadel 9 schließfederkraftunterstützt in den Düsennadelsitz 31 zurückkehrt.
Zur Versorgung des Kraftstoffinjektors 3 mit hochdruckbeaufschlagtem (HD; Hochdruck) Kraftstoff, zum Beispiel seitens eines Rails oder einer Hochdruckfördereinrichtung, weist der Kraftstoffinjektor 3 (oder alternativ der mit diesem am düsenfernen Ende verbundene Druckspeicher 1) einen Hochdruckeinlasskanal 33 auf, welcher an einen Kraftstoffeinlass 35 des Druckspeichers 1 geführt ist. Der Kraftstoffeinlass 35 mündet in ein (zylindrisches) Druckspeichergehäuse 37 des Druckspeichers 1, i. e. in einen Kraftstoffraum 39 desselben.
Aus dem Kraftstoffraum 39 mündet weiterhin ein Kraftstoffauslass 41 des Hochdruckspeichers 1 aus, über welchen die Hochdruckzulaufleitung 11 des Kraftstoffinjektors 3 anströmbar ist. Kraftstoffeinlass 35 und Kraftstoffauslass 41 sind hierbei ersichtlich je an der düsennahen bzw. kraftstoffraumseitigen Stirnseite 37a bzw. dem kraftstoffraumseitigen Ende des Druckspeichers 1 gebildet.
Der zuvorderst zur Pulsationdämpfung im Rahmen von Einspritzvorgängen bereitgestellte Druckspeicher 1 weist weiterhin, s. 1, einen Trennkolben 43 auf. Der Trennkolben 43 ist in dem Druckspeichergehäuse 37 (axial) verschieblich zwischen dem Kraftstoffraum 39 und einem (düsenferneren) Gasraum 45 im Druckspeichergehäuse 37 aufgenommen (siehe zum Beispiel gestrichelte Phantomdarstellungen des Trennkolbens 43 in 1, welche unterschiedliche Verschiebe- bzw. Hubstellungen darstellen, s. a. Doppelpfeil A).
Der Gasraum 45 ist über einen Einlass 47 (nach)befüllbar, z. B. über eine Druckgasleitung 49. Ein Ventil 51 ist vorgesehen, um gegen Rückströmen von Gas zu sichern.
Erfindungsgemäß weist der Trennkolben 43 ein Rückschlagventil 53 auf, über welches ein Strömungsweg 55 von dem Gasraum 45 bzw. der Gasraumseite 43a des Trennkolbens 43 hin zu dem Kraftstoffraum 39 bzw. in den Kraftstoffraum 39 freigebbar ist. Das – insbesondere Differenzdruck geschaltete – Rückschlagventil 53 in Verbindung mit dem Strömungsweg 55 vom Gasraum 45 zum Kraftstoffraum 39 ermöglicht eine vorteilhaft einfache und kontrollierbare Drainage des Gasraums 45 bzw. eine Leckmedienableitung daraus.
Das Rückschlagventil 53 (sperrt in Richtung vom Kraftstoffraum 39 zum Gasraum 45) ist insbesondere ein federbelastetes Rückschlagventil 53, i. e. das Rückschlagventil 53 schließt mittels eines federbelasteten Schließelements, zum Beispiel in Form einer Kugel, eines Kegels, einer Klappe oder einer Membran, gegen einen an dem Trennkolben 43 bereitgestellten Sitz für das Schließelement. Als Strömungsweg 55 ist bevorzugt ein Bohrkanal im Trennkolben 43 gebildet, i. e. über das Rückschlagventil 53 absperrbar.
Mittels des Trennkolbens 43 ist an einer Gasraumseite desselben weiterhin bevorzugt ein Sammelreservoir 57 gebildet, von welchem der Strömungsweg 55 hin zum Kraftstoffraum 39 abmündet. Zur Sammlung in den Gasraum 45 eingetretener Leckage bzw. zur Ausbildung des Sammelreservoirs 57, welches bei der Ausführungsform des Druckspeichers 1 gemäß 1 randseitig am Trennkolben 43 im Zusammenwirken mit dem Druckspeichergehäuse 37 (Wandung) als Ringwanne gebildet ist, weist der Trennkolben 43 gasraumseitig 43a einen angeschrägten bzw. balligen Querschnitt auf.
Zur vorteilhaft gleitbaren Führung und Abdichtung des Trennkolbens 43 an Druckspeichergehäuse 37, insbesondere für die fortwährende Erzielung eines Druckausgleichs zwischen Gasraum 45 und Kraftstoffraum 39 (bei zumindest Einspritzbetrieb), weist der Trennkolben 43 weiterhin Kolbendichtringe 59 auf, welche in Umfangsnuten am Trennkolben 43 aufgenommen sind.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Druckspeichers 1 gemäß 1 weist der Trennkolben 43 weiterhin ein Wandelement 61 an seinem kraftstoffraumseitigen Ende auf, welches im Kraftstoffraum 39 eine erste, innere (Ring-)Kammer 63 und eine zweite, die erste Ringkammer umgebende, äußere (Ring-)Kammer 65 abteilt (je in Umfangsrichtung des Trennkolbens 43).
Die Kammern 63, 65 sind in einer ersten Stellung (untere Phantomansicht des Trennkolbens 43 in 1), in welcher der Trennkolben 43 mit dem Wandelement 61 gegen das kraftstoffraumseitige Ende (den kraftstoffraumseitigen Gehäuseboden) 37a nicht in Anlage ist, je an ihrem gasraumfernen Ende (bodenseitig) offen, so dass eine Kommunikation zwischen den Kammern 63, 65 ermöglicht ist, i. e. via den Kraftstoffraum 39.
In einer zweiten Stellung (nicht dargestellt), in welcher der Trennkolben 43 gegen das kraftstoffraumseitige Ende 37a in Anlage ist, i. e. mit dem Wandelement 61, sind die Kammern 63, 65 via das kraftstoffraumseitige Ende 37a bodenseitig voneinander getrennt, i. e. eine Kommunikation zwischen den Kammern 63, 65 ist unterbunden.
Ersichtlich, siehe zum Beispiel 1, ist der Druckspeicher bei dieser bevorzugten Ausführungsform hierbei so ausgestaltet, dass der Strömungsweg 55 in die innere (alternativ die äußere) Kammer 63 einmündet, aber – in der zweiten Stellung – auch der Kraftstoffauslass 41 des Kraftstoffraums 39 aus dieser bzw. derselben Kammer 63 (alternativ der äußeren Kammer 65) ausmündet.
Weiterhin bevorzugt weist der Druckspeicher 1 bzw. der Trennkolben 43 gemäß 1 eine Schließvorrichtung 67 auf, welche bereitgestellt ist, den Kraftstoffeinlass 35 bei einem Öffnen des Strömungswegs 55 bzw. Druckabsenkung im Kraftstoffraum 39 (z. B. bei drucklosem Einspritzsystem) zu schließen. Die Schließvorrichtung 67 ist am Trennkolben 43 mittels einer – (schwach) zum Kraftstoffeinlass 35 hin – federvorgespannten, axial verlagerbaren Ventilstange 69 gebildet (in der mittleren Kolbenstellung ausgefedert dargestellt, s. Pfeile B, in der unteren Phantomdarstellung bereits etwas eingefedert), welche – in Abhängigkeit der druckgesteuerten Stellung des Trennkolbens 43, insbesondere in der zweiten Stellung – gegen den Kraftstoffeinlass 35 dichten kann.
Nachfolgend wird eine Leckmedienableitung aus dem Gasraum 45 bei dem Druckspeicher 1 gemäß 1 unter Zusammenschau mit 1 noch näher skizziert.
Sinkt der Druck im Kraftstoffraum 39 unter den Vorspanndruck im Gasraum 45 (z. B. bei Abstellen des Motors), verschließt die mit einer Feder 71 vorgespannte Ventilstange 69 den Kraftstoffeinlass 35 (untere Phantomdarstellung). Ein Rückfluss von Kraftstoff zur Versorgungsvorrichtung, z. B. einem Rail, ist hierdurch vermieden. Die im Kraftstoffraum 39 gebildeten Kammern 63, 65 können über einen Restspalt s1, gebildet zwischen dem kraftstoffraumseitigen Ende (Speicherboden) 37a und der Dichtkante 61a des Wandelements 61, noch miteinander kommunizieren (entsprechend einer ersten Stellung). Über den Kolbendichtringen (Dichtungen) 59 zwischen dem Gasraum 45 und dem Kraftstoffraum 39 herrscht noch Druckausgleich.
Um Kraftstoff bzw. Leckage aus dem Gasraum 45 abzuleiten, wird zunächst der Kraftstoffauslass 41 geöffnet, insbesondere durch Betätigung des Pilotventils 15 des Kraftstoffinjektors 3 (alternativ z. B. Auf-/Zu-Ventil am Druckspeicher 1) derart, z. B. getaktet, dass eine Druckabsenkung in der ersten Kammer 63 bzw. dem Kraftstoffraum 39 via die Hochdruckzulaufleitung 11, den Steuerraum 19 und den Leckageströmungsweg (ND-Ablaufleitung) 21 stattfindet. Im Zuge der Druckabsenkung via den Kraftstoffauslass 41 bewegt sich der Trennkolben 43 weiter in Richtung kraftstoffraumseitiges Ende 37a, bis das Wandelement 61 bzw. dessen untere Dichtkante 61a gegen das kraftstoffraumseitige Ende 37a zur Anlage gelangt, i. e. eine Kommunikation der Kammern 63, 65 unterbunden wird (entsprechend der zweiten Stellung des Trennkolbens 43).
Der Druck, welcher bei Einnahme der zweiten Stellung in der ersten Kammer 63 herrscht, hängt von der Auslegung der Feder 71 ab, insbesondere auch von dem Druck in dem Gasraum 45 zum Zeitpunkt des Schließens von Kraftstoffeinlass 35 (wobei in der äußeren Kammer 65 derselbe Druck anliegt). Wird die erste Kammer 63 über den Kraftstoffauslass 41 bzw. das Pilotventil 15 nachfolgend weiter entlastet (wobei der Druck in der ersten Kammer 63 zum Beispiel auf Umgebungsdruck abfällt), bleibt der Druck in der zweiten Kammer 65 über diesen Zeitraum konstant, so dass vorteilhaft ein Druckausgleich über die Kolbendichtringe 59 aufrecht erhalten wird (eingeschlossenes Kraftstoffpolster in der zweiten Kammer 65).
Im Zuge des Druckabfalls in der ersten Kammer 63 (nachfolgend der Einnahme der zweiten Stellung) kann das Rückschlagventil 53 aufgrund der nunmehr eingestellten Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer 63 und dem Gasraum 45 – insbesondere z. B. unterstützt durch das Einbringen von Druckgas in den Gasraum 45 via Einlass 47 – öffnen, d. h. der Strömungsweg 55 wird für die Abfuhr von Leckage aus dem Gasraum 45 in den Kraftstoffraum 39 freigegeben.
Aus dem Gasraum 45 nachströmendes Gas verdrängt die Leckage, welche sich in dem Sammelreservoir 57 gesammelt hat, über den Strömungsweg 55 in den Kraftstoffraum 39 bzw. die erste Kammer 63 (und nachfolgend über den Kraftstoffauslass 41 weiter hin zur ND-Seite). Regelmäßig bevorzugt wird die Leckageableitung durch das Einbringen von Druckgas (bevorzugt Stickstoff) in den Gasraum 45 über den Einlass 47 und die Druckgasleitung 49 unterstützt, z. B. in Verbindung mit einem sich anschließenden Nachfüllvorgang (s. unten), im Zuge dessen der Druck im Gasraum 45 wieder auf den vorgesehenen Vorspanndruck, z. B. 200 bar, angehoben wird. Für einen Nachfüllvorgang kann der Kraftstoffauslass 41, insbesondere der Leckageableitung nachfolgend, geschlossen werden, z. B. durch Schalten des Pilotventils 15 in Sperrstellung.
Die Öffnungsdruckdifferenz des Drainage- bzw. Rückschlagventils 53 sollte etwa dem Betrag des Vorspanndruckes im Gasraum 45 abzüglich dem Umgebungsdruck entsprechen, so dass ein zu hoher Gasverlust bei Motorstillstand bzw. bei Abfall der Drücke in den Kammern 63, 65 auf Umgebungsdruck vermieden werden kann.
Der Leckageausspülvorgang wird im Rahmen der Erfindung bevorzugt beendet, sobald ein Druckabfall in der Druckgasleitung (Befüllleitung) 49 detektiert wird, z. B. seitens einer Kontrolleinrichtung eines Einspritzsystems, welcher Druckabfall daraus resultiert, dass anstelle von Kraftstoff jetzt Füllgas über das Rückschlagventil 53 aus dem Gasraum 45 verdrängt wird, i. e. die Verdrängung von Leckmedium in Form von Kraftstoff beendet ist. Somit ist vorteilhaft eine unaufwändige Kontrolle im Hinblick auf eine zuverlässig erfolgte Leckmedienableitung gewährleistet. Alternativ kann z. B. ein Spülen (Leckmedienableitung) über eine Zeitdauer erfolgen, welche Zeitdauer geeignet ist, die zuverlässige bzw. restlose Leckageableitung zu gewährleisten (z. B. durch Versuchsreihen ermittelt).
Für einen nachfolgenden, insbesondere vereinfachten Motorstart, ausgehend von einer Ruhestellung des Trennkolbens 43, bei welcher der Kraftstoffeinlass 35 zunächst noch via Ventilstange 69 verschlossen ist, kann optional eine Startbefüllleitung 73 mit einem Rückschlagventil 75 vorgesehen sein, welche seitens des Hochdruckeinlasskanals 33 in die zweite Kammer 65 abzweigen kann. Im Zuge einer kraftstoffraumseitigen Wiederbefüllung öffnet der Kraftstoffeinlass 35, sobald der Spalt s1 das für ein Abheben der Ventilstange (Ventilglied) 69 aus dem Kraftstoffeinlass (Sitz) 35 notwendige Maß überschritten hat. Stromaufwärts der Abzweigung der Startbefüllleitung 73 kann weiterhin eine Drossel 77 vorgesehen sein, die bevorzugt derart bemessen ist, dass die 1,5-fache Volllastmenge eines Einspritzereignisses innerhalb eines Motortaktes nachgefüllt werden kann.
1 zeigt weiterhin eine Vorrichtung 79a, 79b am Druckspeicher 1, welche bereitgestellt ist, eine Stellung des Trennkolbens 43 relativ zu dem Druckspeichergehäuse 37 zu ermitteln, insbesondere durch Kontaktierung eines Kontaktpartners 79a des Trennkolbens 43 an einem Kontaktpartner 79b des Druckspeichergehäuses 37. Die Vorrichtung 79a, 79b wirkt (insbesondere zusammen mit dem Trennkolben 43 und dem Druckspeichergehäuse 37) derart, dass bei Kontaktierung (i. e. Erstkontakt) der Kontaktpartner 79a, 79b stets ein definiertes (bekanntes) gasraumseitiges Volumen (Gasraum 45) im Druckspeichergehäuse 37 abgeteilt ist.
Somit wird im Rahmen der Erfindung eine Füllstandsermittlung bzw. die Ermittlung der im Gasraum 45 vorhandenen Gasmenge ermöglicht, so dass vorteilhaft einfach die Notwendigkeit einer Nachfüllung erkannt oder eine Anpassung eines Einspritzverhaltens des Kraftstoffinjektors 3 vorgenommen werden kann.
Der (gasraumseitige) Kontaktpartner 79a des Trennkolbens 43 ist bei der Vorrichtung (Positionsermittlungsvorrichtung) 79a, 79b gemäß 1 als federgelagerter Kontaktstift gebildet, welcher zur Kontakterkennung gegen den als Sensiereinrichtung (z. B. Druckschalter) gebildeten (gasraumseitigen) Kontaktpartner 79b wirken kann (in Abhängigkeit der Hubstellung des Trennkolbens 43). Eine durch die Kontaktpartner 79a, 79b generierte Kontaktinformation kann zum Beispiel an ein Steuergerät (ECU, nicht dargestellt) einer Einspritzvorrichtung übermittelt werden, i. e. via Anschlussleitung 81 des Kontaktpartners 79b.
Mit dem Druckspeicher 1 gemäß 1 kann eine Minimum-Erkennung durchgeführt werden. Hierzu wird ein bestimmter Prüfdruck, der z. B. ca. 10% unterhalb des Nennbetriebsdrucks liegt, kraftstoffraumseitig eingestellt. Der Gasraum 45 ist ausreichend gefüllt, solange der Trennkolben 43 über den gasraumseitigen Kontaktpartner (Federkontaktstift) 79a mit dem am gasraumseitigen Gehäuseende 37b angeordneten Kontaktpartner 79b nicht kontaktiert. Diese Minimum-Erkennung kann vorteilhaft auch während eines Motor- bzw. Einspritzbetriebs erfolgen, vorzugsweise vor einem Außer-Betrieb-Setzen bzw. Abstellen. Der Druck im Kraftstoffraum 39 wird zum Beispiel bei erhöhter Leerlaufdrehzahl auf den Prüfdruck angehoben. Hierbei sind die Speicherdruckschwankungen infolge des Einspritzens kleiner Mengen gering.
2 veranschaulicht weiterhin ein Verfahren bzw. erste bis dritte Verfahrensschritte zur Ausführung mit dem Druckspeicher 1 bzw. mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, welche den Druckspeicher 1 aufweist, insbesondere mit einer wie vorstehend beschriebenen Vorrichtung (Kontaktiervorrichtung) 79a, 79b. Mittels des Verfahrens kann ein Gasfüllstand am Druckspeicher 1 (insbesondere indirekt) ermittelt bzw. erkannt werden. Diese Gasfüllstandsinformation kann vorteilhaft zur Anpassung des Einspritzverhaltens oder zur Veranlassung einer Nachbefüllung des Gasraums 45 verwendet werden.
Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt, Bezugszeichen 83, ein Kraftstoffdruck im Kraftstoffraum 39 derart eingestellt, dass die Kontaktpartner 79a, 79b einander nicht kontaktieren.
Ausgehend von einer derartigen Kolbenstellung des Trennkolbens 43, entsprechend zum Beispiel der in 1 gezeigten Mittelstellung, wird in einem zweiten Schritt, Bezugszeichen 85, ein Kraftstoffdruck (Prüfdruck) im Kraftstoffraum 39 erhöht, bis eine Kontaktierung der Kontaktpartner 79a, 79b aneinander erfolgt, wobei diese Kontaktierung detektiert wird.
In einem dritten Schritt, Bezugszeichen 87, wird nunmehr ein Gasfüllstand im Gasraum 45 unter Berücksichtigung des Drucks (Prüfdrucks) im Kraftstoffraum 39 bei bzw. zum Zeitpunkt der Kontaktierung ermittelt. Bevorzugt wird der Gasfüllstand rechnerisch ermittelt, wozu in dem dritten Schritt bevorzugt weiterhin das bei Kontaktierung eingeschlossene bekannte Volumen im Gasraum 45 und eine Temperatur an dem Druckspeicher 1 berücksichtigt wird. Eine zur Berechnung erforderliche Speichertemperatur, insbesondere eine Temperatur im Speicherinneren 39, 45 kann z. B. über einen an der Außenseite des Druckspeichergehäuses (der Speicherwand) 37 angeordneten Sensor (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, wobei diese äußere Temperatur weiterhin über einen Korrekturfaktor auf eine innere Temperatur umgerechnet werden kann. Zur Berechnung wird bevorzugt eine Gasgleichung benutzt, insbesondere eine Zustandsgleichung für reale Gase.
3 zeigt einen optionalen vierten Verfahrensschritt 89, welcher sich an die Ermittlung des Gasfüllstands im dritten Schritt 87 anschließen kann. Basierend auf der im dritten Schritt erhaltenen Gasfüllstandsinformation wird hierbei ein Einspritzverhalten, d. h. einer mit dem Druckspeicher 1 verwendeten Kraftstoffeinspritzeinrichtung bzw. eines mit dem Druckspeicher 1 verwendeten Kraftstoffinjektors 3, an den ermittelten Gasfüllstand im Gasraum 45 angepasst, insbesondere durch Korrelation der Gasfüllstandsinformation mit einem Kennfeld, welches zum Beispiel in einer Kontrolleinrichtung (ECU) hinterlegt ist.
4 veranschaulicht einen alternativen optionalen vierten Verfahrensschritt 89, bei welchem basierend auf der im dritten Schritt 87 erzeugten Gasfüllstandsinformation eine Nachbefüllung des Gasraums 45 durchgeführt wird, i. e. für den Fall, dass der im dritten Schritt ermittelte Gasfüllstand einen vorgegebenen Schwellwert unterschritten hat. Das Nachfüllen von Gas erfolgt vorzugsweise vor einem Einspritzbetrieb.
5 zeigt ein Schema einer Anlage 91, welche im Rahmen einer Einspritzeinrichtung zur Nachbefüllung des Gasraums 45 eines jeweiligen Druckspeichers 1 als auch für das Ausspülen von Leckage daraus eingerichtet ist.
Die Anlage 91 weist eine Gasverteilerleiste 93 auf, an welche die Druckspeicher 1 gasraumseitig über eine jeweilige Druckgasleitung (Stichleitung) 49 samt Ventil (Rückschlagventil) 51 kommunizierend angebunden sind. Die Gasverteilerleiste 93 ist über eine Versorgungsleitung 95, in welcher ein Absperrventil 97 angeordnet ist, mit einer Druckgasquelle (Behälter) 99 verbunden, zum Beispiel in Form einer Gasflasche. Mit der Versorgungsleitung 95 verbunden ist weiterhin ein Drucksensor 101, i. e. zwischen Absperrventil 97 und Gasverteilerleiste 93 angeordnet.
Mit der Anlage 91 kann eine Nachbefüllung und ein Spülen insbesondere für eine Mehrzahl von Druckspeichern 1 (mit Kraftstoffinjektoren 3), insbesondere gemäß der Ausführungsform nach 1, wie nachfolgend skizziert realisiert werden.
Nach einem Abstellen des Motors bzw. bei Beenden des Einspritzbetriebs befindet sich in den inneren Kammern 63, 65 (welche noch miteinander kommunizieren können) ein Restdruck in der Höhe des ursprünglichen Speicher-Sollvorspanndrucks (z. B. 200 bar) abzüglich eines Gasverlustes, wobei der Kraftstoffeinlass (Zulauf) 35 je via Ventilstange 69 gesperrt ist.
Für die Nachbefüllung wird über die Gasverteilerveiste 93 sowie die Druckgasquelle 99 zunächst Druckgas an den Einlass 47 in Höhe des Sollvorspanndrucks mit z. B. 200 bar angelegt, i. e. bis die Gasräume 45 sämtlich wiederbefüllt sind. Dieser Zustand ist erreicht, sobald kein Druckgas mehr nachströmt bzw. der Druck am Drucksensor 101 konstant bleibt.
Für das nachfolgende Ausspülen von Kraftstoff wird der Druck in der Gasverteilerleiste 93 nun etwas angehoben (z. B. auf 210 bar) und das Absperrventil 97 geschlossen.
Anschließend wird bei einem Druckspeicher 1 die erste Kammer 63 über das Pilotventil 15 des zugehörigen Kraftstoffinjektors 3 entspannt. Der Trennkolben 43 rückt in Richtung kraftstoffraumseitiges Ende 37a, wobei der Gasraumdruck und der Verteilerleistendruck geringfügig fallen, bis die Dichtkante 61a beide Kammern 63, 65 voneinander trennt, der Trennkolben 43 somit im unteren Anschlag ist. Ein weiterer Druckabfall tritt nun erst wieder auf, sobald der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 53 erreicht ist.
Im Sammelreservoir 57 befindlicher Kraftstoff bzw. Flüssigkeit wird jetzt über das Rückschlagventil 53 in den Kraftstoffauslass (Hochdruckablauf) 41 abgelassen (Leckagemedienabfuhr), z. B. dem Leckageströmungsweg 21 nachfolgend in einer Leckagesammelschiene 103 gesammelt und z. B. weiterhin an einen Tank abgeführt, Pfeil C.
Sobald Gas über das Rückschlageventil 53 entweicht, sinkt bei gleichbleibender Pilotventil-Taktzeit der Gasdruck im Gasraum 45 und somit in der Gasverteilerleiste 93 im Verhältnis erkennbar schneller ab. Dieser deutlich höhere Gradient wird über den Drucksensor 101 detektiert, i. e. der Spülprozeß für den ersten Druckspeicher (Injektorspeicher) 1 wird beendet (Pilotventil 15 wird geschlossen).
Je nach Druckabfall in der Gasverteilerleiste 93 wird vor dem Spülvorgang des nächsten Druckspeichers 1 der Gasdruck in der Gasverteilerleiste 93 wieder auf (geringfügigen) Überdruck in Bezug auf den Sollvorspanndruck, z. B. auf 210 bar, angehoben, um den Druckverlauf während der gesamten Spülprozedur erfassen zu können, wobei der Spülprozeß insbesondere für die restlichen Kraftstoffinjektoren 3 wiederholt wird.
Nach dem Spülen des letzten Kraftstoffinjektors 3 kann der Vorspann-Gasdruck aller Druckspeicher 1 noch einmal abgeglichen werden, indem durch reihum abwechselndes Betätigen der Pilotventile 15 der verbliebene Restüberdruck in Druckspeicher 1 und der Gasverteilerleiste 93 (z. B. 205 bar) wieder auf den Sollvorspanndruck, z. B. 200 bar, abgebaut wird. Nach Beendigung des gesamten Nachbefüll-, Spül- und Druckangleichsprozesses wird die Druckgasstrecke durch Abblasen 105 am Absperrventil 97 drucklos geschaltet, um Risiken bei einem Einspritz- bzw. Motorbetrieb zu vermeiden.
Durch das Injektor-selektive Spülen mit Kontrolle des Einfülldruckverlaufs wird der Gasverbrauch minimiert, wobei vorteilhaft lediglich ein einziger Drucksensor 101 benötigt wird.
6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Druckspeichers 1, wobei der Druckspeicher 1 gem. 6 einen zweiten Trennkolben 107 aufweist, welcher zwischen dem Trennkolben 43 und einem gasraumseitigen Ende 37b des Druckspeichergehäuses 37 axial verschieblich angeordnet ist, d. h. in Bezug auf den ersten Trennkolben 43 gasraumseitig. Wie vor bei der Ausführungsform gemäß 1 weist der erste Trennkolben 43 wiederum ein Rückschlagventil 53 auf, über welches ein Strömungsweg 55 (in Richtung) von der Gasraumseite 43a des ersten Trennkolbens 43 in den Kraftstoffraum 39 freigebbar ist (allgemein ist bei Ausführungsformen mit mehreren Trennkolben 43, 107 der das Rückschlageventil 53 aufweisende Trennkolben insbesondere der kraftstoffraumnähere bzw. kraftstoffraumnächste Trennkolben 43).
Bei der Ausführungsform gemäß 6, bei welchen Gasraum 45 und Kraftstoffraum 39 durch zwei unabhängige Trennkolben 43, 107 getrennt sind, ist zwischen den beiden Trennkolben 43, 107 ein (volumenvariabler) Zwischenraum 109 definiert. Der Zwischenraum 109, welcher für das Sammeln von Gas- und Flüssigleckage bereitgestellt ist, umfasst das Muldenvolumen 109a eines Sammelreservoirs 57 sowie ein in Abhängigkeit einer Spalthöhe S2 variierendes zweites (zylindrisches) Volumen 109b.
Während eines Motor- bzw. Einspritzbetriebs 'schweben' die Trennkolben 43, 107, wobei die Drücke in den drei Räumen 39, 45 und 109 im Wesentlichen gleich sind. Sinkt der Druck im Kraftstoffeinlass (HD-Zulauf) 35 infolge des Motorabstellens bzw. des endenden Einspritzbetriebes ab, bewegen sich beide Trennkolben 43, 107 durch Ausdehnen der Gasvolumina in den Räumen 45 und 109 in Richtung kraftstoffraumseitiges Ende 37a. Sobald der untere Trennkolben 43 in den Anschlag am kraftstoffraumseitigen Ende (Gehäuseboden) 37a geht, sinkt der Druck im Kraftstoffraum 39 auf nahezu Umgebungsdruck ab. Hierbei wird auch der Zwischenraum 109 über das Rückschlagventil 53 des Trennkolbens 43 (welches im Vergleich zum Vorspanndruck einen geringen Öffnungsdruck von ca. 10...40 bar hat) entleert.
Der Spalt 52 zwischen den Trennkolben 43, 107 wird in dieser Position minimal, i. e. nahezu Null, wobei der Druck im Gasraum 45 durch das teilweise Entleeren des Zwischenvolumens 109 absinkt. Diese Druckabsenkung entspricht dem Gasverlust des Druckspeichers 1. Für ein Wiederbefüllen des Druckspeichers 1, wird Druckgas in der Höhe des Sollvorspannwertes an den Einlass (Druckgaszulauf) 47 gegeben, i. e. solange bis kein Gas mehr nachströmt. Durch das „Zusammendrücken” des Zwischenraums 109 beim Nachfüllen wird hierbei gewährleistet, dass sämtliche Flüssigkeit bzw. Leckmedium ausgespült wird. Im Zuge der Anlage des zweiten Trennkolbens 107 am ersten Trennkolben 43 wirken dieselben beim Wiederbefüllen des Druckspeichers 1 insbesondere ferner vorteilhaft durchflußbegrenzend, d. h. derart, dass beim Befüllen nicht unnötig Druckgas verloren geht.
Die Gasfüllstandserkennung für den Druckspeicher 1 nach 4 funktioniert nach dem gleichen Schema wie bei dem in 1 zuvor beschriebenen Druckspeicher 1, wobei die Vorrichtung 79a, 79b jedoch – beispielhaft – ohne Kontaktsensor ausgebildet ist. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 wird zur Füllstandsermittlung eine Vorrichtung 79a, 79b verwendet, welche als Kontaktpartner einen (Fest-)Anschlag 79b im Druckspeichergehäuse 37 sowie eine damit zusammenwirkende weitere Anschlagfläche 79a am Trennkolben 107 vorsieht.
Für eine Ermittlung des Gasfüllstands gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann hierbei eine (sprunghafte) Druckerhöhung erfasst werden, welche kraftstoffraumseitig resultiert, i. e. sobald der Trennkolben 107 mit dem Kontaktpartner (Anschlag) 79a an dem Kontaktpartner (Anschlag) 79b zur Anlage kommt, d. h. eine Kontaktierung der Kontaktpartner 79a, 79b stattfindet. Um einen potentiell schädigenden harten Anschlag der Kontaktpartner 79a, 79b aneinander zu vermeiden ist bei einer derartigen Ausgestaltung, welche unelastische bzw. ungefederte Kontaktpartner nutzt, vorgesehen, den Kraftstoffdruck in dem ersten Schritt kontinuierlich bzw. stetig zu erhöhen, so dass eine „weiche” Kontaktierung erfolgen kann.
7 bis 9 zeigen Ausführungsformen von Druckspeichern 1 mit Trennkolben 43 (7 und 9 in Verbindung mit einem Kraftstoffinjektor 3), welche Trennnkolben 43 je asymmetrisch ausgestaltet sind, so dass bei geneigtem Kraftstoffinjektor 3 (z. B. in einem geneigten Reihen- oder V-Motor) vorteilhaft eine stets zuverlässige Leckmedienabfuhr durch korrekte Kolben(selbst)ausrichtung gewährleistet ist.
Für einen derartigen Einsatz, z. B. in Ausgestaltung als Trennkolben 43 gemäß der Ausführungsform nach 1, kann, neben der Anpassung der Kolbenform an den Neigungswinkel α (Asymmetrie), der Trennkolben 43 (der sich bei asymmetrischen Schwerpunkt selbst ausrichten kann), z. B. zusätzlich mit einer Teleskopverdrehsicherung 111 versehen werden, 7. Für die beabsichtigte Ausrichtung relativ zum Gehäuse 37, insbesondere zur Verschiebung des Schwerpunktes kann alternativ oder zusätzlich z. B. ein Zusatzgewicht 113 im Trennkolben 43 eingebracht werden (z. B. schweres Metall), 8. 9 zeigt abschließend einen Trennkolben 43 mit mittigem Schwerpunkt, der sich über zwei „schiefe Ebenen” 115, 117 an Trennkolben 43 und am kraftstoffraumseitigen Ende 37a selbst in die korrekte Position bringt, d. h. sobald der Motor abgestellt wird.
Die Anmelderin weist darauf hin, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung aus jeglichem beschriebenen individuellen Merkmal oder einer Kombination von Merkmalen bestehen können.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
So kann z. B. der Druckspeicher 1 gemäß 6 einen (ersten) Trennkolben 43 aufweisen, welcher (zumindest kraftstoffraumseitig) gleichsam jenem nach 1 ausgebildet ist und insbesondere auch in der für 1 geschilderten Weise mit einem Druckspeichergehäuse 37 zusammenwirkt. Weiterhin kann – in gegenteiliger Weise – der Trennkolben 43 einer Ausführungsform nach 1 (zumindest kraftstoffraumseitig) z. B. gemäß dem ersten Trennkolben 43 nach 6 ausgestaltet sein und in der hierfür dargestellten Weise mit einem Druckspeichergehäuse 1 zusammenwirken.
Bezugszeichenliste

1: Druckspeicher
3: Kraftstoffinjektor
5: Düsenkörper
7: Axialbohrung
7a: Düsenraum
9: Düsennadel
11: Hochdruck-Zulaufleitung
13: Düsenanordnung
15: Pilotventil
17: Gehäuse
19: Steuerraum
21: Leckageströmungsweg
23: Drossel
25: Hochdruckpfad
27: Drossel
29: Schließfeder
31: Düsennadelsitz
33: Hochdruckeinlasskanal
35: Kraftstoffeinlass
37: Druckspeichergehäuse
37a: Kraftstoffraumseitiges Ende
37b: Gasraumseitiges Ende
39: Kraftstoffraum
41: Kraftstoffauslass
43: Trennkolben
43a: Gasraumseite
45: Gasraum
47: Einlasss
49: Druckgasleitung
51: Ventil
53: Rückschlagventil
55: Strömungsweg
57: Sammelreservoir
59: Kolbendichtringe
61: Wandelement
61a: Dichtkante
63: Erste(Ring-)Kammer
65: Zweite(Ring-)Kammer
67: Schließvorrichtung
69: Ventilstange
71: Feder
73: Startbefüllleitung
75: Ventil
77: Drossel
79a, b: Vorrichtung
79a: Kontaktpartner
79b: Kontaktpartner
81: Anschlussleitung
83: Erster Schritt
85: Zweiter Schritt
87: Dritter Schritt
89: (Optionaler) Vierter Schritt
91: Anlage
93: Gasverteilerleiste
95: Versorgungsleitung
97: Absperrventil
99: Druckgasquelle
101: Drucksensor
103: Leckagesammelschiene
105: Abblaseinrichtung
107: (Zweiter) Trennkolben
109: Zwischenraum
109a: Mulde(nvolumen)
109b: Zylindrisches Volumen
111: Verdrehsicherung
113: Zusatzgewicht
115, 117: Schiefe Ebene

Claims

Druckspeicher (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wobei der Druckspeicher (1) einen Trennkolben (43) aufweist, welcher in einem Druckspeichergehäuse (37) axial verschieblich zwischen einem Gasraum (45) und einem Kraftstoffraum (39) im Druckspeichergehäuse (37) aufgenommen ist, wobei der Kraftstoffraum (39) einen Kraftstoffeinlass (35) und einen Kraftstoffauslass (41) aufweist, wobei der Gasraum (45) über einen Einlass (47) nachbefüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Trennkolben (43) ein Rückschlagventil (53) aufweist, über welches ein Strömungsweg (55) von einer Gasraumseite (43a) des Trennkolbens (43) in den Kraftstoffraum (39) freigebbar ist.
Druckspeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – mittels des Trennkolbens (43) an der Gasraumseite (43a) des Trennkolbens (43) ein Sammelreservoir (57) gebildet ist, von welchem der Strömungsweg (55) hin zum Kraftstoffraum (39) abmündet.
Druckspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Trennkolben (43) über wenigstens einen Kolbendichtring (59) gleitgedichtet am Druckspeichergehäuse (37) geführt ist.
Druckspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Trennkolben (43) im Kraftstoffraum (39) eine erste Kammer (63) und eine zweite Kammer (65) abteilt, – wobei die Kammern (63, 65) in einer ersten Kolbenstellung, in welcher der Trennkolben (43) gegen ein kraftstoffraumseitiges Ende (37a) des Druckspeichergehäuses (37) nicht in Anlage ist, miteinander kommunizieren; und – wobei die Kammern (63, 65) in einer zweiten Kolbenstellung, in welcher der Trennkolben (43) gegen das kraftstoffraumseitige Ende (37a) des Druckspeichergehäuses (37) in Anlage ist, nicht miteinander kommunizieren.
Druckspeicher (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der Strömungsweg (55) in eine aus erster (63) und zweiter (65) Kammer einmündet, und – der Kraftstoffauslass (41) des Kraftstoffraums (39) bei Anlage des Trennkolbens (43) am kraftstoffraumseitigen Ende (37a) des Druckspeichergehäuses (37) aus dieser Kammer (63; 65) ausmündet.
Druckspeicher (1) nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass – der Trennkolben (43) eine Schließvorrichtung (67) für einen Verschluss des Kraftstoffeinlasses (35) im Kraftstoffraum (39) aufweist.
Druckspeicher (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schließvorrichtung (67) eingerichtet ist, den Kraftstoffeinlass (35) zu verschließen, wenn der Strömungsweg (55) freigegeben ist.
Druckspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kraftstoffauslass (41) selektiv öffenbar ist.
Druckspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Druckspeicher (1) einen zweiten Trennkolben (107) aufweist, welcher zwischen dem Trennkolben (43) und einem gasraumseitigen Ende (37b) des Gehäuses (37) axial verschieblich angeordnet ist, – wobei der zweite Kolben (107) eingerichtet ist, gegen den ersten Trennkolben (43) durchflussbegrenzend wirken zu können.
Druckspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Druckspeicher (1) eine Vorrichtung (79a, 79b) aufweist, welche bereitgestellt ist, eine Kolbenstellung relativ zu dem Gehäuse (37) durch Kontaktierung eines Kontaktpartners (79a) eines Trennkolbens (43; 107) an einem Kontaktpartner (79b) des Gehäuses (37) zu detektieren.
Druckspeicher (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens ein Kontaktpartner (79a, 79b) federnd gelagert ist.
Kraftstoffinjektor (3) mit einem Druckspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kraftstoffauslass (41) des Kraftstoffraumes (39) via den Kraftstoffinjektor (3) selektiv öffenbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Kraftstoffinjektor (3), dadurch gekennzeichnet, dass – die Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen Druckspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckspeicher (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgebildet ist, mittels der Vorrichtung (79a, 79b) einen Gasfüllstand im Druckspeicher (1) zu ermitteln.
Verfahren zur Ausführung mit einem Druckspeicher (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 oder einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Schritt ein Kraftstoffdruck im Kraftstoffraum (39) derart eingestellt wird, dass die Kontaktpartner (79a, 79b) einander nicht kontaktieren; – in einem zweiten Schritt der Kraftstoffdruck im Kraftstoffraum (39) erhöht wird, bis eine Kontaktierung der Kontaktpartner (79a, 79b) aneinander erfolgt, wobei die Kontaktierung detektiert wird; – in einem dritten Schritt ein Gasfüllstand im Gasraum (45) unter Berücksichtigung des Drucks im Kraftstoffraum (39) bei Kontaktierung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass – der Gasfüllstand in dem dritten Schritt weiterhin unter Berücksichtigung des bei Kontaktierung eingeschlossenen Volumens im Gasraum (45) und einer Temperatur an dem Druckspeicher (1) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kraftstoffdruck in dem ersten Schritt stetig erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem vierten Schritt basierend auf dem ermittelten Gasfüllstand ein Einspritzverhalten angepasst wird oder eine Nachbefüllung des Gasraums (45) via den Einlass (47) in den Gasraum (45) erfolgt.