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Die vorliegende Erfindung betrifft einen pneumatisch-servorgesteuerten Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere für den Betrieb mit Brenngas.
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Aus den Druckschriften
DE 10 2013 003 104 A1 und
WO 2015/058 822 A1 sind Kraftstoffinjektoren bekannt, welche ein Leckagesystem für Flüssigkraftstoff bzw. auch für eine Behandlung von Brenngasleckage aufweisen.
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Gasförmige Kraftstoffe gewinnen im (Groß-)Motorensektor, insbesondere bei Stationärmotoren zur Stromerzeugung, zunehmend an Bedeutung. Erdgas z. B. eignet sich wegen seiner sehr guten Verfügbarkeit und seines günstigeren Emissionspotenzials gegenüber Dieselkraftstoff ausgezeichnet für einen wirtschaftlichen und umweltschonenden Motorbetrieb.
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Probleme mit einem Gasbetrieb bereitet regelmäßig die anfallende Gasleckage an den Brenngas-Injektoren, d. h. in Form von Niederdruck-Gas. Bei Dual-Fuel-Injektoren zum Beispiel, welche hydraulisch mit Flüssigkraftstoff gesteuert werden, fällt Mischleckage an, welche geeignet zu behandeln ist, zum Beispiel über Separatoren wieder in Flüssigkraftstoff und Gas zu trennen ist. Dieses in nachteiliger Weise aufwändig.
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Pneumatisch-servogesteuerte Kraftstoffinjektoren der vorliegenden Art, insbesondere reine Gas-Injektoren (zum Beispiel für Wasserstoffbetrieb mit Selbstzündung, insbesondere ohne einen zweiten hydraulischen Steuerkreis), welche – um unnötigen Mehraufwand zu vermeiden – zumeist das Brenngas als Steuerfluid verwenden, weisen demgegenüber den Nachteil auf, dass eine nicht zu vernachlässigende Menge an abgesteuertem Niederdruckgas anfällt, welches jedoch nicht mehr eingespritzt werden kann, sondern über den Ansaugsammler in den Motor rückgeführt werden muss. Hieraus ergibt sich der Nachteil erhöhter HC-Emissionen (zum Beispiel Methangas) durch den Ladungswechsel oder Quenching-Effekte, die man mit dem direkteinspritzenden Hochdruck-Gasbrennverfahren ursprünglich mindern wollte.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen pneumatisch-servogesteuerten Kraftstoffinjektor der eingangs genannten Art anzugeben, welcher es ermöglicht, nahezu leckagefrei betrieben zu werden.
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Diese Aufgabe wird mit einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein pneumatisch-servogesteuerter Kraftstoffinjektor, insbesondere zur Verwendung mit Brenngas bzw. gasförmigem Kraftstoff, weiterhin bevorzugt für ein Gas-Common-Rail-Einspritzsystem. Der Kraftstoffinjektor weist einen pneumatischen Steuerkreis auf, das heißt zur Steuerung eines Düsenventilglieds des Kraftstoffinjektors, insbesondere einer Düsennadel, und weiterhin ein Servoventil bzw. Pilotventil, welches – auf an sich übliche Weise – insbesondere mit einem Steuerraum zusammenwirkt (indirekt gesteuerter Kraftstoffinjektor nach dem Prinzip Aktuator-Servoventil-Steuerraum). Als Steuerfluid für die pneumatische Steuerung bzw. den Steuerkreis ist Brenngas, insbesondere das mit dem Kraftstoffinjektor verwendbare Brenngas vorgesehen, zum Beispiel Erdgas, Wasserstoff, Methangas, Biogas, Deponiegas o. ä.
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Der pneumatisch-servogesteuerte Kraftstoffinjektor kann als – autark betriebener – Single-Fuel-Kraftstoffinjektor bereitgestellt sein, alternativ zum Beispiel ein Brenngas-Injektor eines Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors sein, welcher Dual-Fuel-Kraftstoffinjektor z. B. für einen Zündstrahlbetrieb vorgesehen ist (Flüssigkraftstoff-Zündstrahl zur Zündung des gasförmigen Kraftstoffs), daneben z. B. auch für einen reinen Flüssigkraftstoffbetrieb. Im Rahmen einer solchen Anwendung kann der pneumatisch-servogesteuerte Kraftstoffinjektor z. B. pneumatisch mit Brenngas gesteuert werden, während ein Flüssigkraftstoff-Injektor des Dual-Fuel-Kraftstoffinjektors zum Beispiel hydraulisch gesteuert wird.
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Der pneumatisch-servogesteuerte Kraftstoffinjektor ist z. B. mit einem Großmotor verwendbar, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug wie etwa einem Schiff oder einem Nutzfahrzeug, oder zum Beispiel für eine stationäre Einrichtung vorgesehen, z. B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat, z. B. auch für Industrieanwendungen.
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Der pneumatisch-servogesteuerte Kraftstoffinjektor weist einen Hochdruck-Brenngasversorgungspfad auf, welcher von einem Brenngas-Versorgungspunkt am Kraftstoffinjektor hin zu einem düsenseitigen Volumen bzw. Düsenraum des Kraftstoffinjektors führt. Über den Hochdruck-Brenngasversorgungspfad wird insbesondere ein Haupt-Brenngasstrom bei Injektorbetrieb geführt, i. e. an den Düsenraum, aus welchem Düsenraum das hochdruckbeaufschlagte Brenngas in Abhängigkeit der Steuerstellung des Düsenventilglieds für einen Brenngas-Einspritzvorgang ausbringbar ist.
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Als Brenngas-Speise- bzw. Versorgungspunkt dient bevorzugt ein Brenngas-Einzeldruckspeicher am Injektor bzw. ein Auslass desselben, in welchen Brenngas-Einzeldruckspeicher das hochdruckbeaufschlagte Brenngas zuförderbar ist, das heißt seitens eines Brenngaseinlasses des Kraftstoffinjektors. Alternativ zu einem solchen Einzeldruckspeicher kann der Versorgungspunkt auch unmittelbar durch den Brenngaseinlass des Kraftstoffinjektors gebildet sein. Für die Speisung an den Brenngaseinlass kann ein Brenngas-Drucktank oder eine davon verschiedene Versorgungsvorrichtung vorgesehen sein, das heißt einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung bzw. einer Brennkraftmaschine.
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Der pneumatisch-servogesteuerte Kraftstoffinjektor umfasst, wie vorstehend bereits erwähnt, ein Pilot- bzw. Servoventil, welches zur (selektiven) Absteuerung von Steuerleckage bereitgestellt ist, d. h um die Hubsteuerung des Düsenventilglieds des Kraftstoffinjektors bewirken zu können. Steuerleckage, im Rahmen der Erfindung insbesondere anfallend als Gas-Leckage, kann über das Servoventil vorzugsweise aus bzw. seitens eines Steuerraumes des Kraftstoffinjektors abgesteuert werden, d. h. mit Öffnen desselben. Bevorzugt ist das Servoventil im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein 3/2-Wege-Ventil. Das Servoventil kann allgemein magnetaktuiert oder zum Beispiel piezoaktuiert sein.
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In die Erfindung kennzeichnender Weise weist der Kraftstoffinjektor weiterhin einen Strahldüsen-Mischer auf, woneben der Kraftstoffinjektor eingerichtet ist, (über das Servoventil) abgesteuerte Steuerleckage über den Strahldüsen-Mischer bzw. mittels desselben in den Hochdruck-Brenngasversorgungspfad einzuspeisen bzw. zurückzuspeisen. Mittels des Strahldüsen-Mischers, bevorzugt bereitgestellt als Venturi-Mischer bzw. Venturidüse, wird mit der Erfindung bewirkt, ein vorteilhaft treibendes Druckgefälle bei Injektorbetrieb erzeugen zu können, welches abgesteuertes Steuerleckagegas in den Hochdruck-Brenngasversorgungspfad einzuspeisen bzw. einzuziehen vermag, mithin dieses an den Düsenraum zur Mitausdüsung im Rahmen eines Einspritzvorgangs fördert.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass der Strahldüsen-Mischer in dem Hochdruck-Brenngasversorgungspfad über denselben in einer Hauptstromrichtung durchströmbar angeordnet ist, das heißt durchströmbar in der Richtung von dem Brenngas-Versorgungspunkt zu dem Düsenraum. Bei Injektorbetrieb wird das treibende Druckgefälle im Strahldüsen-Mischer insoweit vorteilhaft einfach mittels des Haupt-Brenngasstroms bewirkt.
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Mit dem pneumatisch-servogesteuerten Kraftstoffinjektor vorgesehen ist weiterhin, dass der Kraftstoffinjektor einen Steuerleckage-Strömungspfad aufweist, über welchen seitens des Servoventils abgesteuerte Leckage an den Strahldüsen-Mischer für die Rückspeisung versorgbar ist. Der Steuerleckage-Strömungspfad führt insoweit bevorzugt von einer Absteuerseite des Servoventils (Absteuerauslass) an den Strahldüsenmischer.
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Bevorzugt weist der Strahldüsen-Mischer im Rahmen der Erfindung weiterhin einen Saugstromanschluss auf, welcher seitens des Steuerleckage-Strömungspfads anströmbar ist und welcher Steuerleckage-Strömungspfad hierfür insbesondere mit dem Saugstromanschluss verbunden ist. Der Steuerleckage-Strömungspfad führt bei derart bevorzugten Ausgestaltungen insoweit vom Servoventil zum Saugstromanschluss.
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Weiterhin und allgemein bevorzugt ist der pneumatisch-servogesteuerten Kraftstoffinjektor auch eingerichtet, die abgesteuerte Steuerleckage mit einem vorbestimmten Druckniveau an den Strahldüsen-Mischer für die Rückspeisung zu versorgen und/oder einen Druck im Steuerleckage-Strömungspfad auf ein vorbestimmtes Niveau einzustellen. Hierdurch können vorteilhaft gleiche bzw. wiederholbare Betriebsbedingungen für einen jeweiligen Einspritzvorgang erzielt werden, insoweit als das abgesteuerte Brenngas dem Haupt-Brenngasstrom mit einem bekannten und regelmäßig gleichem Druckniveau über den Strahldüsen-Mischer zugemessen werden kann. Weiterhin ist derart eine Auslegung des Strahldüsen-Mischers im Hinblick auf dessen Durchströmquerschnitte vorteilhaft einfach möglich.
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Vorzugsweise ist mit der Erfindung auch vorgesehen, dass der Kraftstoffinjektor einen Steuerleckage-Zwischenspeicher bzw. Gasleckage-Zwischenspeicher für die Speicherung von abgesteuerter Steuerleckage aufweist, welcher mit dem Steuerleckage-Strömungspfad kommuniziert. In dem Zwischenspeicher aufgenommene Steuerleckage kann über die Kommunikationsverbindung ebenfalls mit vorstehend erwähntem, insbesondere vorbestimmten Druckniveau beaufschlagt sein, welches zum Beispiel ein Mitteldruckniveau ist. Ein solches Druckniveau kann mit der Erfindung zum Beispiel im Bereich von 50% des Hochdruck-Versorgungsdruckniveaus gewählt sein, welche Letzteres zum Beispiel 350 bar beträgt.
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Mittels des Steuerleckage-Zwischenspeichers, insoweit Druckspeichers, welcher hierfür bevorzugt ein geeignet dimensioniertes Volumen aufweist, kann vorteilhaft eine kontinuierliche Steuerleckage-Zuführung an den Strahldüsen-Mischer mit insbesondere vorbestimmtem Druckniveau (über die Dauer jeweiliger Einspritzvorgänge) bewirkt werden, daneben vorteilhaft insbesondere auch eine Kompensation von Lieferschwankungen und/oder Druckschwankungen. Alternativ oder zusätzlich zu einem als eigenständiges Volumen am Kraftstoffinjektor bereitgestellten Zwischenspeicher kann zum Beispiel vorgesehen sein, Leitungsabschnitte des Steuerleckage-Strömungspfads als Steuerleckage-Zwischenspeicher bereitzustellen, zum Beispiel durch großvolumige Ausgestaltung derselben.
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Zum Zwecke einer wie vorstehend dargestellten Druckregulierung bzw. -einstellung kann der Kraftstoffinjektor bevorzugt eine Druckregulier- bzw. -einstellvorrichtung aufweisen, mittels welcher ein vorgesehenes Druckniveau in dem Steuerleckage-Strömungspfad und insoweit auch in einem damit kommunizierend verbundenen Zwischenspeicher einstellbar ist.
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Hierzu ist allgemein vorgesehen, dass auch die Druckreguliervorrichtung mit dem Steuerleckage-Strömungspfad kommuniziert, z. B. auch mittelbar, weiterhin, dass die Druckreguliervorrichtung eingerichtet ist, bei Übersteigen eines vorbestimmten Druckniveaus am Steuerleckage-Strömungspfad abgesteuerte Steuerleckage seitens des Steuerleckage-Strömungspfads über die Druckregelvorrichtung hin zur Niederdruckseite abzuführen. Die über die Druckreguliervorrichtung im Bedarfsfall hin zur Niederdruckseite abgeführte Steuerleckage, welche regelmäßig nurmehr eine geringe Gasmenge darstellt, kann dann zum Beispiel in den Ansaugtrakt des Motors eingespeist werden. Bevorzugte Ausgestaltungen können hierbei vorsehen, ein Druckregulierventil als Druckregelvorrichtung zu verwenden, z. B. ein selbsttätiges oder fremdgesteuertes.
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Um insbesondere ein Rück- bzw. Überströmen vom Haupt-Brenngasversorgungspfad über den Strahldüsen-Mischer in den Steuerleckage-Strömungsweg zu verhindern, wird mit der Erfindung weiterhin vorgeschlagen, dem Saugstromanschluss in dem Steuerleckage-Strömungspfad ein Rückschlagventil vorzuschalten, welches entgegen der Anströmrichtung sperrt.
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Mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten, pneumatisch-servogesteuerten Kraftstoffinjektor kann ein Kraftstoffeinspritzsystem gebildet sein, insbesondere ein Gas-Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem oder zum Beispiel ein Dual-Fuel-Kraftstoffeinspritzsystem, zum Beispiel zur Verwendung mit Brenngas und Flüssigkraftstoff (Dieselkraftstoff, Schweröl, Bioöl, etc.).
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Bevorzugt kann der Kraftstoffinjektor und/oder das Kraftstoffeinspritzsystem hierbei eingerichtet sein, ein Druckniveau in dem Steuerleckage-Strömungspfad einzustellen, welches in etwa 50% eines Brenngas-Versorgungsdruckniveaus beträgt. Hierbei kann der Strahldüsen-Mischer eingerichtet bzw. der engste Querschnitt des Strahldüsen-Mischers gewählt sein, mit dem vorherrschenden Brenngas-Versorgungsdruckniveau (Hochdruck, HD) – bei dem erforderlichen Durchflusswert der Düsenanordnung – einen kritischen Druck korrespondierend mit Schallgeschwindigkeit an dem engsten Querschnitt des Strahldüsen-Mischers zu erreichen. Der kritische Druck beträgt hierbei in etwa 45% des Versorgungsdrucks.
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Letztlich wird mit der Erfindung auch eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welche wenigstens einen wie vorstehend erläuterten pneumatisch-servogesteuerten Kraftstoffinjektor aufweist, insbesondere eine Mehrzahl derselben.
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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.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 exemplarisch und schematisch in einem Strukturschaubild einen pneumatisch-servogesteuerten Kraftstoffinjektor gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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2 exemplarisch und schematisch eine Detail-Schnittansicht eines mit der Erfindung verwendbaren Strahldüsen-Mischers, insbesondere gemäß einer am pneumatisch-servogesteuerten Kraftstoffinjektor vorgesehenen Anordnung.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt exemplarisch einen erfindungsgemäßen pneumatisch-servogesteuerten Kraftstoffinjektor 1, welcher als Single-Fuel-Kraftstoffinjektor 1 für den Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff bzw. Brenngas bereitgestellt ist. Gasförmiger Kraftstoff kann zum Beispiel seitens eines Brenngasvorrats, zum Beispiel einem Drucktank, versorgt werden.
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Der Kraftstoffinjektor 1 weist ein Injektorgehäuse 3 mit einem Brenngaseinlass 5 auf. Über den Brenngaseinlass 5 des Kraftstoffinjektors 1 ist hochdruckbeaufschlagtes Brenngas an einen Brenngas-Einzeldruckspeicher 7 des Kraftstoffinjektors 1 versorgbar, welcher als Hochdruck(HD)-Speicher 7 am oder im Injektor 1 bereitgestellt ist. Ein Auslass 9 des Einzeldruckspeichers 7 bildet einen Brenngas-Versorgungspunkt im bzw. am Kraftstoffinjektor 1, ausgehend von welchem hochdruckbeaufschlagtes Brenngas an einen injektorinternen Hochdruck-Brenngasversorgungspfad 11, gebildet z. B. als Bohrkanal, versorgt werden kann, i. e. in denselben eingespeist werden kann.
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Der Hochdruck-Brenngasversorgungspfad 11 führt ausgehend von dem Versorgungspunkt 9 hin zu bzw. an einen Düsenraum 13 bzw. zu einem düsenseitigen Volumen des Kraftstoffinjektors 1, welches bereitgestellt ist, Brenngas aus demselben – zugeführt über den Hochdruck-Brenngasversorgungspfad 11 – über eine Düsenanordnung 15 des Kraftstoffinjektors 1 ausdüsen zu können (für einen Einspritzvorgang), das heißt in Abhängigkeit der Stellung eines zugeordneten Düsenventils 17 des Kraftstoffinjektors 1.
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Gebildet ist das Düsenventil 17 mittels einer hubsteuerbaren (axial verschieblichen) Düsennadel 19, welche gegen einen Ventilsitz 21 wirkt, wobei die Düsenanordnung 15 – gebildet mittels einem oder mehreren Spritzlöchern – seitens des Düsenraums 13 anströmbar ist, sobald die Düsennadel 19 vom Ventilsitz 21 abhebt. Die Düsennadel 19 ist – in einer nicht dargestellten – Axialbohrung geführt und über eine Schließfeder 23 in Schließrichtung A gedrängt. An ihrem düsenseitigen Ende 25 ist die Düsennadel 19 einem Druck im Düsenraum 13 ausgesetzt, welcher bei Injektorbetrieb (HD) eine Kraft in Öffnungsrichtung B auf die Düsennadel 19 bewirkt.
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Der Kraftstoffinjektor 1 umfasst für seine pneumatische Servosteuerung, das heißt für die Hubsteuerung der Düsennadel 19, weiterhin einen Steuerraum 27 (an einem düsenfernen Ende 29 der Düsennadel 19), welcher – beaufschlagt mit einem Steuerfluid, vorliegend hochdruckbeaufschlagtem Brenngas – ebenfalls eine Kraft in Schließrichtung A auf die Düsennadel 19 auszuüben vermag, i. e. pneumatisch via das gasförmige Steuerfluid. Eingestellt wird der Druck im Steuerraum 27 für den Einspritzbetrieb über ein Pilot- bzw. Servoventil 31 des Kraftstoffinjektors 1, welches vorliegend bevorzugt als 3/2-Wege-Ventil 31 bereitgestellt ist, insbesondere als magnetaktuiertes Ventil 31.
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In einer ersten, dargestellten Steuerstellung des Servoventils 31, kommuniziert der Steuerraum 27 über einen Zulauf-/Ablaufzweig 33 mit dem Brenngas-Versorgungspunkt 9. Im Rahmen eines Injektorbetriebs wird mit dieser Steuerstellung hochdruckbeaufschlagtes Brenngas an den Steuerraum 27 versorgt, die Düsennadel 19 somit in Schließrichtung gedrängt.
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In einer zweiten Steuerstellung des Servoventils 31 wird der Zulauf-/Ablaufzweig 33 über das Servoventil 31 versperrt, während der Steuerraum 27 über das Servoventil 31 in Kommunikation mit einem Steuerleckage-Strömungsweg 35 des Kraftstoffinjektors 1 geschaltet wird. In dieser Steuerstellung wird insoweit Steuerleckage über das Servoventil 31 (und den Steuerleckage-Strömungsweg 35) abgesteuert. Im Rahmen eines Injektorbetriebs wird der Steuerraum 27 hierbei entlastet, die Schließkraft (seitens des Steuerraums 27) auf die Düsennadel 19 insoweit verringert bzw. aufgelöst.
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Mit dem derart ausgestalteten Kraftstoffinjektor-Steuerkreis wird eine Hub-Steuerung der Düsennadel 19 bzw. ein Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 auf an sich bekannte Weise ermöglicht, welche nachfolgend kursorisch skizziert ist.
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Um die Düsennadel 19 für einen Einspritzbetrieb aus der gezeigten Schließstellung zu bewegen, wird der hochdruckbeaufschlagte Steuerraum 27 durch Schalten des Servoventils 31 in die zweite Steuerstellung entlastet, so dass ein an der Düsennadel 19 wirkendes Schließkräftegleichgewicht aufgelöst wird, woraufhin die Düsennadel 19 mit Überwiegen der Kraft in Öffnungsrichtung B aus dem Sitz 21 abhebt. Kraftstoff aus dem Düsenraum 13 kann nunmehr über die Düsenanordnung 15 ausgebracht werden (Einspritzvorgang). Sobald das Servoventil 31 in die erste Steuerstellung zurückschaltet, baut sich der Druck im Steuerraum 27 wieder auf, i. e. über den Zulauf-/Ablaufzweig 33, und die Düsennadel 19 kehrt schließfederunterstützt in ihren Sitz 21 zurück (Einspritzende).
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Insbesondere mit Bezug auf 1 weist der Kraftstoffinjektor 1 weiterhin einen Strahldüsen-Mischer 37 auf, wobei der Kraftstoffinjektor 1 eingerichtet ist, abgesteuerte Steuerleckage über den Strahldüsen-Mischer 37 in den Hochdruck-Breingasversorgungspfad 11 einzuspeisen bzw. (zurück)zuspeisen. Der Strahldüsen-Mischer 37, welcher bevorzugt als Venturi-Mischer bzw. -Mischrohr ausgestaltet ist, d. h. mit einer Venturi-Düse, ist insoweit dazu bereitgestellt, abgesteuerte Steuerleckage (Gasleckage) dem Haupt-Brenngasstrom, welcher durch den Brenngas-Hochdruckversorgungspfad 11, geführt ist, zuzumischen, i. e. insbesondere während eines Betriebes des Kraftstoffinjektors 1 und weiterhin insbesondere im Rahmen der Einspeisung. So kann vorteilhaft bewirkt werden, dass mit dem Kraftstoffinjektor 1 nahezu keine aus dem Kraftstoffinjektor 1 abzusondernde Brenngasleckage anfällt.
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2 veranschaulicht den Strahldüsen-Mischer 37 im Rahmen der vorgeschlagenen Anordnung am Kraftstoffinjektor 1 näher.
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Der Strahldüsen-Mischer 37, welcher am Injektor 1 als Kavität im Gehäuse 3 geformt bereitgestellt sein kann, zum Beispiel auch als separat gefertigtes Teil, insbesondere Einpressteil, ist in dem Brenngas-Hochdruckversorgungspfad 11 angeordnet, wobei ein erster Pfadabschnitt 11a an einen Hauptstrom-Einlass 37a des Strahldüsen-Mischers 37 geführt ist, ein zweiter Pfadabschnitt 11b von einem Hauptstrom-Auslass 37b des Strahldüsen-Mischers 37 abmündet. Ein an den Hauptstrom-Einlass 37a geführter Brenngasstrom wird somit entlang eines Haupt-Durchströmwegs 39 durch den Strahldüsen-Mischer 37 geführt, wobei eine Durchströmrichtung C des Haupt-Durchströmwegs 39 der vorgesehenen Strömungsrichtung des Brenngasstroms (Hauptstromrichtung) im Brenngas-Hochdruckversorgungpfad 11 entspricht.
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Um an den Steuerleckage-Strömungspfad 35 abgesteuerte Steuerleckage über den Strahldüsen-Mischer 37 erfindungsgemäß in den Brenngas-Hochdruckversorgungspfad 11 einspeisen bzw. rückspeisen zu können, ist der Steuerleckage-Strömungspfad 35 weiterhin an den Strahldüsen-Mischer 37 geführt, insbesondere an einen Saugstromanschluss 41 desselben. Mit anderen Worten verbindet der Steuerleckage-Strömungspfad 35 das Servoventil 31, insbesondere einen Absteuerauslass 43 desselben, mit dem Saugstromanschluss 41.
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Nun insbesondere wiederum unter Zusammenschau mit 1 wird Steuerleckage mit dem Kraftstoffinjektor 1 aus dem Steuerleckage-Strömungspfad 35 dann von dem Strahldüsen-Mischer 37 über den Saugstromanschluss 41 angesaugt und dem Haupt-Brenngasstrom beigemischt, wenn hochdruckbeaufschlagtes Brenngas entlang des Hauptströmungswegs 39 durch den Strahldüsen-Mischer 37 in Richtung zur Düsenanordnung 15 bzw. zum Düsenraum 13 strömt. Hierbei entsteht in dem Strahldüsen-Mischer 37 ein Druckabfall am engsten Querschnitt 45, welcher mit der Erfindung genutzt wird, um abgesteuerte Steuerleckage, welche seitens des Saugstromanschlusses 41 zugeführt wird, mitzureißen und dem Haupt-Brenngasstrom beizumischen. Ersichtlich ist hierbei aber auch vorgesehen, dem Saugstromanschluss 41 in dem Steuerleckage-Strömungspfad 35 ein Rückschlagventil 47 vorzuschalten, welches entgegen der Anströmrichtung D sperrt, so dass ein Überströmen seitens des Haupt-Brenngasversorgungspfads 11 in den Leckage-Strömungspfad 35 auf dem Weg über den Strahldüsen-Mischer 37 in jedem Falle vermieden ist.
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Insbesondere ein Druckniveau am Steuerleckage-Strömungspfad 35 für einen Betrieb sicherstellend, welches die verlässliche Beimischung im Zuge der Einspeisung von Steuerleckage gewährleistet, das heißt bevorzugt ein Druckniveau geringfügig über dem Druckniveau am engsten Querschnitt 45 (so dass ein treibendes Gefälle bewirkt wird), ist der Kraftstoffinjektor 1 auch eingerichtet, die abgesteuerte Steuerleckage mit einem vorbestimmten Druckniveau an den Strahldüsen-Mischer 37 zu versorgen, wobei dieses Druckniveau bevorzugt auch variabel einstellbar ist.
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Wie 1 veranschaulicht, erfolgt eine Regulierung oder Einstellung des Druckniveaus über eine Druckregulier- bzw. Druckeinstellvorrichtung 49, insbesondere in Form eines Druckregulierventils 49. Hierfür ist das Druckregulierventil 49 an den Steuerleckage-Strömungspfad 35 kommunizierend angebunden, insbesondere mit der Möglichkeit, mit Überschreiten einer vorbestimmten (eingestellten) Solldruckschwelle, abgesteuerte Steuerleckage aus dem bzw. seitens des Steuerleckage-Strömungspfads 35 hin zur Niederdruckseite (ND) des Kraftstoffinjektors 1 abführen zu können. Eine Abführung ist im Rahmen der Verwendung des Kraftstoffinjektors 1 mit einer Brennkraftmaschine insbesondere an einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei ausgeführt sei, dass überschüssiges, abzuführendes Leckagegas zum Beispiel dann anfällt, wenn der Kraftstoffinjektor 1 nur geringe Gasmengen eingespritzt, d. h. die Düsennadel 19 überwiegend im ballistischen Kennlinienbereich betrieben wird (ohne Verharrungsphase in ihrem oberen Hubanschlag).
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An den Steuerleckage-Strömungspfad 35 ist weiterhin ein Steuerleckage-Zwischenspeicher 51 kommunizierend angebunden, zum Beispiel über eine Zweigstelle 53 (Knoten), über welche auch die Druckreguliervorrichtung 49 mit dem Steuerleckage-Strömungspfad 35 kommuniziert, und zwischen welcher und dem Saugstromanschluss 41 zum Beispiel das Rückschlagventil 47 angeordnet ist. Im Rahmen dieser Ausgestaltung kommuniziert insoweit die Druckreguliervorrichtung 49 über den Steuerleckage-Strömungspfad 35 auch mit dem Zwischenspeicher 51. Der Steuerleckage-Zwischenspeicher 51 ist hierbei als Mitteldruck-Zwischenspeicher 51 bereitgestellt, zum Beispiel im oder am Injektorgehäuse 3 integriert.
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Der Steuerleckage-Zwischenspeicher 51 dient dazu, abgesteuerte Steuerleckage aufzunehmen und für die Einspeisung in den Hochdruck-Brenngasversorgungspfad 11 zu bevorraten, insbesondere mit einem vorbestimmten Druckniveau, welches über die Druckreguliervorrichtung 49 eingestellt ist (insoweit mittelbar über den Steuerleckage-Strömungspfad 35) und jenem im Steuerleckage-Strömungspfad 35 entspricht. Mittels des Zwischenspeichers 51 wird gewährleistet, dass zurückzuspeisende Steuerleckage über die Dauer der Durchströmung des Strahldüsen-Mischers 37 (Einspritzvorgang) mit im Wesentlichen gleichbleibendem Druck und kontinuierlich an den Haupt-Brenngasstrom zugefördert wird, so dass Schwankungen in Druck und/oder Liefermenge weitgehend vermieden sind.
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Mit dem Vorteil, den Druck im Steuerleckage-Strömungspfad 35 über die Dauer der Durchströmung des Strahldüsen-Mischers 37 somit nahezu gleich halten zu können, wird auch die Dimensionierung bzw. Auswahl desselben vereinfacht. Zum Beispiel wird das Druckniveau in dem Steuerleckage-Strömungspfad 35 im Bereich von 50% eines Brenngas-Versorgungsdruckniveaus (z. B. 350 bar) gewählt und der engste Querschnitt 45 des Strahldüsen-Mischers 37 hierbei so (unter Beachtung des erforderlichen Durchflusswerts der Düsenanordnung 15), dass mit dem vorherrschenden Brenngas-Versorgungsdruckniveau ein kritischer Druck korrespondierend mit Schallgeschwindigkeit an dem engsten Querschnitt 45 des Strahldüsen-Mischers 37 erreicht wird. Der kritische Druck entspricht hierbei in etwa 45% des Brenngas-Versorgungsdruckniveaus.
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Angemerkt sei, dass sich nach dem Beimischen zusätzlicher Gasmasse (Steuerleckage) aufgrund der Impulserhaltung nach dem Strahldüsen-Mischer 37 ein etwas geringerer Druck als am Versorgungspunkt 9 einstellt. Dies kann aber vernachlässigt werden, da insbesondere beim 3/2-Wege-Servoventil 31 das Verhältnis von zugeführter Absteuergasmenge zur eingespritzten Gasmenge vernachlässigbar gering ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- pneumatisch servogesteuerter Kraftstoffinjektor
- 3
- Injektorgehäuse
- 5
- Brenngaseinlass
- 7
- Hochdruckspeicher
- 9
- Auslass
- 11
- Hochdruck-Brenngasversorgungspfad
- 11a
- erster Pfadabschnitt
- 11b
- zweiter Pfadabschnitt
- 13
- Düsenraum
- 15
- Düsenanordnung
- 17
- Düsenventil
- 19
- Düsennadel
- 21
- Ventilsitz
- 23
- Schließfeder
- 25
- düsenseitiges Ende
- 27
- Steuerraum
- 29
- düsenfernes Ende
- 31
- Servoventil
- 33
- Zulauf-/Ablaufzweig
- 35
- Steuerleckage-Strömungspfad
- 37
- Strahldüsen-Mischer
- 37a
- Hauptstrom-Einlass
- 37b
- Hauptstrom-Auslass
- 39
- Hauptströmungsweg
- 41
- Saugstromanschluss
- 43
- Absteuerauslass
- 45
- engster Querschnitt
- 47
- Rückschlagventil
- 49
- Druckreguliervorrichtung
- 51
- Steuerleckage-Zwischenspeicher
- 53
- Zweigstelle
- A
- Schließrichtung
- B
- Öffnungsrichtung
- C
- Durchströmrichtung
- D
- Anströmrichtung
