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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, insbesondere für die Verwendung mit Biokraftstoff, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftstoff-Spül-System gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 und ein Spülverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, Kraftstoffinjektoren, welche mit Biokraftstoff betrieben werden, vor dem Beenden einer Einspritztäitigkeit noch mit einem weiteren Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, zu spülen. Hierdurch wird der höherviskose Biokraftstoff aus dem Injektor entfernt, so dass ein verbessertes Startverhalten einer Brennkraftmaschine, welche mit dem Injektor betrieben wird, erzielt werden kann. Komponenten der Einspritzanlage werden bei einem Motorstart zudem vorteilhaft entlastet. Ein solches Spülen ist z. B. aus der Druckschrift
DE 20 2005 007 712 U1 bekannt. Dieses Verfahren ist in nachteiliger Weise jedoch nur mit Spülvorrichtungen ausführbar, welche einen zweiten Kraftstoffvorrat nutzen können, des Weiteren nur bei Betrieb des Injektors, i. e. mit einer Brennkraftmaschine.
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Im Stand der Technik ist aus der Druckschrift
DE 11 2009 003 686 T5 weiterhin ein Reduktionsmittelinjektor bekannt, welcher zur Verhinderung eines Einfrierens von Reduktionsmittel in einer düsennahen Druckgas-Reduktionsmittel-Mischkammer am Injektor ein Spülen der Mischkammer vorsieht, wobei das Druckgas in die Mischkammer geführt wird, um das Reduktionsmittel aus der Mischkammer zu verdrängen, i. e. zurück zu dessen Reduktionsmittelquelle. Dieses vorteilhaft unaufwändige Spülverfahren nutzt für ein Spülen die ohnehin vorhandenen Strömungswege im Dosierungssystem, i. e. den Druckgasströmungsweg zur Mischkammer für die Druckgaszufuhr, und den Reduktionsmittelströmungsweg zur Mischkammer für die Reduktionsmittelabfuhr.
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Bei einem Kraftstoffinjektor ist ein derartiges Spülen jedoch in nachteiliger Weise nicht ermöglicht, insbesondere als die am Injektor vorhandenen Strömungswege sämtlich mit Kraftstoffquellen oder -senken verbunden oder zu verbinden sind.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kraftstoffinjektor, ein Kraftstoff-Spül-System sowie ein Spülverfahren auch für einen Kraftstoffinjektor für Biokraftstoff anzugeben, mit welchem es insbesondere gelingt, den Kraftstoff aus jenen Bereichen am Injektor verdrängen zu können, in welchen Funktionsbauteile durch die Bildung von Ablagerungen in ihrer Funktionalität ansonsten erheblich eingeschränkt werden könnten, insbesondere Funktionsbauteile mit geringen Laufspielen.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf den Injektor durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Kraftstoff-Spül-Systems wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst, hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale von Anspruch 9.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffinjektor für die Verwendung mit Biokraftstoff vorgeschlagen. Der Kraftstoffinjektor kann daneben zum Beispiel für die Verwendung mit Dieselkraftstoff oder einem davon verschiedenen weiteren Kraftstoff vorgesehen sein. Der Kraftstoffinjektor kann mit einem Kraftstoffeinspritzsystem wie etwa einem Common-Rail-Einspritzsystem verwendet werden, zum Beispiel mit einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug oder mit einer stationär betriebenen Brennkraftmaschine. Bevorzugt findet der Kraftstoffinjektor in Großmotoren Verwendung, zum Beispiel auf einem Schiff, einem Off-Road-Fahrzeug oder in einem Nutzkraftfahrzeug.
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Der Kraftstoffinjektor weist einen Hochdruckteil mit einem darin bereitgestellten Kraftstoffsammelvolumen auf. Das Kraftstoffsammelvolumen ist bevorzugt in einem Düsenkörper des Kraftstoffinjektors bereitgestellt. Weiterhin bevorzugt ist das Kraftstoffsammelvolumen stromaufwärts des Düsenventils des Kraftstoffinjektors und weiterhin nahe am Düsenventil (tiefste Stelle) bzw. nahe einer Düsenöffnung des Injektors gebildet. Bevorzugt ist das Kraftstoffsammelvolumen ein eigens bereitgestelltes Volumen – z. B. ein Ringvolumen um eine Düsennadel des Injektors – stromaufwärts des Düsenventils, in welchem sich Kraftstoff bei insbesondere drucklosem Kraftstoffinjektor sammeln kann, weiterhin insbesondere schwerkraftunterstützt. Der Hochdruckteil weist einen Hochdruck-Kraftstoffeinlass auf.
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Erfindungsgemäß umfasst der Kraftstoffinjektor weiterhin einen Niederdruckteil mit einem Leckagesystem, welches (auslassseitig) an einen Niederdruckauslass (ND-Auslass) des Injektors geführt ist.
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Gekennzeichnet ist der Kraftstoffinjektor dadurch, dass in dem Injektor ein Spülkanal gebildet ist, welcher von dem Kraftstoffsammelvolumen zu einem Spülauslass des Injektors führt; dass der Hochdruckteil zwischen dem Hochdruckeinlass und dem Kraftstoffsammelvolumen eine Vorrichtung für ein Absperren in Rückströmrichtung aufweist (i. e. stromabwärts des Hochdruckeinlasses und dabei stromaufwärts des Sammelvolumens); und dass der Spülkanal zwischen dem Spülauslass und dem Kraftstoffsammelvolumen (i. e. stromaufwärts des Spülauslasses und dabei stromabwärts des Sammelvolumens) eine Vorrichtung für ein Absperren in Rückströmrichtung aufweist.
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Der derart vorteilhaft ausgestaltete Kraftstoffinjektor ermöglicht ein unaufwändiges Spülen bei insbesondere drucklosem Injektor mit einem druckbeaufschlagten Fluid, bevorzugt einem Druckgas wie zum Beispiel Druckluft oder Stickstoff, alternativ z. B. auch einer druckbeaufschlagten Spülflüssigkeit (z. B. mineralischer Dieselkraftstoff). Insbesondere auf Schiffen oder in einem Nutzkraftfahrzeug kann zum Spülen die bordeigene Druckgasversorgung vorgesehen werden.
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Die Vorrichtungen für ein Absperren in Rückströmrichtung können z. B. selbsttätige Rückschlagventile oder zum Beispiel aktive, gesteuerte Ventile sein.
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Der Spülkanal kann zur auslassseitigen Verbindung mit einem Einzeldruck-Speicher am Kraftstoffinjektor bereitgestellt sein, alternativ zur Verbindung mit einem Sammeldruckspeicher (Rail) oder weiterhin einen Spülauslass als separaten Leckageauslass am Injektor bilden.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors weist dieser einen Aktuatorikraum auf, in welchem eine Aktuatorik aufgenommen ist, welche ein Pilotventil des Injektors beherrscht (indirekt gesteuerter Injektor), wobei der Aktuatorikraum einenends an das Leckagesystem angebunden ist und andernends via einen Leckagepfad – über das offen gesteuerte Pilotventil – mit dem Kraftstoffsammelvolumen kommunizieren kann. Der derart ausgebildete Injektor ist bevorzugt ein magnetaktuierter, pilotventilgesteuerter Injektor, wobei der Aktuatorikraum das Magnetpaket und den Anker der Aktuatorik aufnimmt.
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Weiterhin kann die Aktuatorik des wie vorstehend gebildeten Kraftstoffinjektors einen Anker umfassen, dessen Ankerstange in einer Führung aufgenommen ist, welche sich zum Pilotventil erstreckt, wobei der Leckagepfad entlang der Ankerstange geführt ist. Das Pilotventil kann hierbei am ankerfernen Ende der Ankerstange gebildet sein. Um eine optimierte Durchspülung des Aktuatorikraumes zu ermöglichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ankerstange eine sich zumindest über einen Teil ihrer Länge erstreckende Hohlbohrung hin zum Pilotventil aufweist.
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Hierbei kann die Ankerstange bzw. deren Hohlbohrung einen Leckageeinlass in Kommunikation mit dem Aktuatorikraum aufweisen (ankerseitig), und einen Leckageauslass, welcher bei offengesteuertem Pilotventil mit dem Sammelvolumen kommuniziert (über einen Leckagepfad stromabwärts des Pilotventils).
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Kraftstoff-Spül-System (Kraftstoffsystem mit Spülfunktionalität) zur Verwendung mit Biokraftstoff vorgeschlagen, wobei das Kraftstoff-Spül-System einen Druck-Spülfluidquellen-Zweig aufweist, welcher zwischen einer Absperrvorrichtung in einem mit dem Niederdruckauslass verbundenen Leckageströmungsweg und dem Niederdruckauslass in den Leckageströmungsweg einzweigt. Als Absperrvorrichtung kann ein Ventil dienen, zum Beispiel ein einfaches 2/2-Wege-Ventil.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des Kraftstoff-Spül-Systems ist zwischen einer Druck-Spülfluidquelle im Druck-Spülfluidquellen-Zweig und dem Verzweigungspunkt mit dem Leckageströmungsweg vom Niederdruckauslass eine Vorrichtung für ein Absperren in Rückströmrichtung zur Druck-Spülfluidquelle im Druck-Spülfluidquellen-Zweig angeordnet, zum Beispiel ein selbsttätiges Rückschlagventil oder alternativ zum Beispiel ein aktives, gesteuertes Ventil.
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Bei weiterhin bevorzugten Ausführungsformen des Kraftstoff-Spül-Systems weist das Kraftstoff-Spül-System einen Sammeldruckspeicher auf (Rail), welcher strömungsmittelmäßig mit dem Spülauslass verbunden ist. In den Sammeldruckspeicher kann hierbei über den Spülauslass abgeförderter bzw. verdrängter Kraftstoff gelangen, wobei das Kraftstoff-Spül-System weiterhin eine Bypassvorrichtung aufweisen kann, über welche ein aus dem Sammeldruckspeicher aufgrund des über den Spülauslass eingebrachten Volumens verdrängtes Kraftstoffvolumen zu einer Sensiereinrichtung gelangt (und nachfolgend zum Beispiel zu einem Leckagesammelbehälter). Über die Sensiereinrichtung kann ein Spülvorgang kontrolliert werden.
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Neben dem vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor und dem weiterhin vorgeschlagenen Kraftstoff-Spül-System wird weiterhin ein Spülverfahren zur Durchführung mit dem Injektor bzw. dem Kraftstoff-Spül-System angegeben, bei welchem die Hochdruckseite des Injektors in einem ersten Schritt drucklos geschaltet wird (zum Beispiel Motorstillstand).
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In einem zweiten Schritt wird druckbeaufschlagtes Spülfluid (seitens des Druck-Spülfluidquellen-Zweigs) an den Niederdruckauslass des Injektors geschaltet (und in den Niederdruckteil eingebracht). Z. B. wird hierzu im zweiten Schritt auch die Absperrvorrichtung geschlossen gesteuert, welche den Leckageströmungsweg unterbricht, in welchen der Druck-Spülfluidquellen-Zweig einzweigt.
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In dem zweiten Schritt wird weiterhin der Hochdruckteil stromabwärts des Hochdruckeinlasses in Rückströmrichtung abgesperrt. Durch die Beaufschlagung des Niederdruckauslasses mit Druck-Spülfluid (und Verschließen des Hochdruck-Einlasses) im zweiten Schritt kann Kraftstoff über das Leckagesystem bzw. den Niederdruckteil hin zu dem Sammelvolumen im Hochdruckteil gedrängt werden, und über den im Injektor gebildeten Spülkanal, welcher von dem Sammelvolumen abzweigt, aus dem Injektor via den Spülauslass gespült werden.
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Insbesondere bei den bevorzugten Ausführungsformen, bei welchen der Kraftstoffinjektor einen mit dem Niederdruckauslass verbundenen Leckagepfad aufweist, welcher über den Aktuatorikraum zu dem Pilotventil des Injektors geführt ist, ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Spülverfahrens vorgesehen, dass das Pilotventil in dem zweiten Schritt getaktet geöffnet wird (bevorzugt) oder das Pilotventil des Injektors in dem zweiten Schritt durchgehend bzw. ununterbrochen geöffnet wird. Biokraftstoff kann derart mit vorteilhaft geringem Strömungswiderstand aus dem Aktuatorikraum gespült werden (hin zum Sammelvolumen und via den Spülkanal zum Spülauslass).
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Spülverfahrens kann weiterhin vorgesehen sein, dass in einem dritten Schritt – z. B. gleichzeitig mit dem zweiten Schritt – ein Volumenstrom (ausgespülter Biokraftstoff) stromabwärts des Spülauslasses sensiert wird, wobei das Spülen mit Druck-Spülfluid über den Niederdruckauslass nach Detektieren eines vorbestimmten Volumens beendet werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann mit dem Spülverfahren vorgesehen sein, dass das Spülen mit Spülfluid im zweiten Schritt nach einer vorbestimmten Zeit oder nach Erkennen des Spülfluids an einem Sensor beendet wird. Hierzu kann eine Sensiereinrichtung z. B. von einem kapazitiven Messprinzip Gebrauch machen, z. B. die unterschiedliche Permeabilität von Kraftstoff und Spülfluid zur Erkennung des Spülfluids nutzen.
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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 einen Kraftstoffinjektor (im Schnitt) sowie ein damit gebildetes Kraftstoff-Spül-System gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung;
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2 exemplarisch und schematisch den Kraftstoffinjektor mit Komponenten des Kraftstoff-Spül-Systems je gemäß 1 in einer detaillierteren, abgebrochenen Ansicht;
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3 exemplarisch und schematisch eine Detailansicht (Schnitt) der Aktuatorik und des Pilotventils eines Kraftstoffinjektors gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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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 ein Kraftstoff-Spül-System 10 mit einem Kraftstoffinjektor 12 gemäß der Erfindung, wobei das Kraftstoff-Spül-System 10 und der Kraftstoffinjektor 12 mit Biokraftstoff verwendet werden bzw. verwendbar sind. Der Kraftstoffinjektor 12 als auch das Kraftstoff-Spül-System 10 werden bevorzugt mit einer Kraftstoffeinspritzanlage verwendet, zum Beispiel in einem Common-Rail-System.
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Der Kraftstoffinjektor 12 umfasst ein Injektorgehäuse 14, mit einem Düsenkörper 16, in welchem eine Düsennadel 18 des Injektors 12 zum selektiven Verschluss einer Düsenanordnung 20 am Düsenkörper 16 axial verschieblich aufgenommen ist.
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Ein Hochdruckteil 22 am Injektor 12 umfasst eine Kraftstoff-Hochdruckleitung 24 mit einem Einlassende bzw. Hochdruckeinlass 24a, über welche(n) hochdruckbeaufschlagter Kraftstoff, i. e. Biokraftstoff, in den Düsenkörper 16 und via einen Strömungsweg (punktierte Pfeile in 2) entlang der Düsennadel 18 zur Düsenanordnung 20 bringbar ist. Ersichtlich, zum Beispiel 1 oder 2, umfasst der Hochdruckteil 22 weiterhin eine Vorrichtung für ein Absperren in Rückströmrichtung, i. e. ein Rückschlagventil 26, welches stromabwärts des Hochdruckeinlasses 24a (und dabei stromaufwärts eines Sammelvolumens 28) in der Hochdruckleitung 24 angeordnet ist.
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Das in dem Hochdruckteil 22 des Injektors 12, insbesondere in dem Hochdruckteil 22 im Düsenkörper 16, bereitgestellte Sammelvolumen 28, ist vorliegend als Ringvolumen 28 stromaufwärts eines Düsenventils 30 des Injektors 12 gebildet, wobei jedoch auch davon verschiedene Hohlformen für das Sammelvolumen 28 denkbar sind. In das Sammelvolumen 28, welches bevorzugt an der tiefsten Stelle stromaufwärts des Düsenventils 30 bzw. düsennah im Injektor 12 gebildet ist, kann Biokraftstoff schwerkraftunterstützt gelangen, i. e. insbesondere bei drucklosem Injektor 12.
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Erfindungsgemäß ist in dem Injektor 12 weiterhin ein Spülkanal 32 gebildet, welcher von dem Kraftstoffsammelvolumen 28 zu einem Spülauslass 34 des Injektors 12 führt. Der Spülkanal 32 ist – mittels einer Anzahl Bohrungen gebildet – ausgehend vom Kraftstoffsammelvolumen 28 durch das Injektorgehäuse 14, insbesondere durch den Düsenkörper 16, eine Ventilplatte 36, ein Ventilgehäuse 38, hin zu einem düsenfernen Ende 14a des Injektorgehäuses 14 geführt, i. e. unter Bereitstellung des Spülauslasses 34 am düsenfernen Ende 14a. Ersichtlich, s. z. B. 1 oder 2, weist auch der Spülkanal 32 stromaufwärts des Spülauslasses 34 und dabei stromabwärts des Kraftstoffsammelvolumens 28 eine Vorrichtung für ein Absperren in Rückströmrichtung auf, i. e. ein Rückschlagventil 40.
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Der Kraftstoffinjektor 12 umfasst weiterhin einen Niederdruckteil 42 mit einem Leckagesystem 44, welches an einen Niederdruckauslass 44a (ND-Auslass) geführt ist. Das Leckagesystem 44 im Niederdruckteil 42 weist einen Leckagepfadabschnitt 44-1 auf, welcher von dem ND-Auslass 44a hin zu einem Aktuatorikraum 48 im Injektorgehäuse 14 führt.
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Der über den Leckagepfadabschnitt 44-1 durchströmbare Aktuatorikraum 48 beherbergt einen Magnetaktuator 50, welcher mittels eines Magnetpakets 50a, einem Anker 50b und einer Schließdruckfeder 50c gebildet ist. Über eine in einer Ankerstangenführung 52 aufgenommene Ankerstange 54 beherrscht der Magnetaktuator 50 ein Pilotventil 56 des Injektors 12, wobei ein düsenseitiges Ende 54a der Ankerstange 54 einen Ventilkörper bildet, welcher mit einem Ventilsitz 57 des Pilotventils 56 zusammenwirkt, z. B. 3.
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Das Pilotventil 56 ist dazu vorgesehen, die Düsennadelhubstellung über die Entlastung eines Steuerraums 58, gebildet am düsenfernen Ende 18a der Düsennadel 18, zu steuern, welche Düsennadel 18 durch eine Düsenfeder 60 in Schließstellung gedrängt wird. Bei geöffnetem Pilotventil 56 setzt sich der Leckagepfadabschnitt 44-1 ausgehend vom düsennahen Ende des Aktuatorikraums 48 über die Ankerstange 54, welche hierzu bevorzugt hohlgebohrt ist, (Bohrung 62 in 3) und/oder deren Führung 52 sowie das Pilotventil 56 und eine nachfolgende Drosselbohrung 64 (Ablaufdrossel) in Kommunikation mit dem Steuerraum 58 hin zu dem Kraftstoffsammelvolumen 28 fort.
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Bei offen gesteuertem Pilotventil 56 wird der erste Leckagepfadabschnitt 44-1 hierbei mit einem zweiten Leckagepfadabschnitt 44-2 (Absteuerleckage) des Niederdruckteils 42 zusammengeführt, Bz. 44-3, das heißt stromabwärts des Pilotventils 56 (zum Sammelvolumen 28). Der zweite Leckagepfadabschnitt 44-2 kommuniziert ebenfalls mit dem Niederdruckauslass 44a. Auch der zusammengefasste – und in den Steuerraum 58 geführte – Leckagepfadabschnitt 44-3, kommuniziert hierbei über die Nadelführung mit dem Sammelvolumen 28.
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Mit dem Steuerraum 58, welcher mittels der Ventilplatte 36, einer Nadelführungshülse 66 und dem Nadelende 18a definiert ist, ist weiterhin die Hochdruckleitung 24 über eine weitere Drosselbohrung 68 (Zulaufdrossel) kommunizierend verbunden.
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Der derart ausgestaltete Injektor 12 kann in insbesondere drucklosem Zustand unaufwändig mittels eines Druck-Spülfluids ausgehend seitens des Niederdruck-Auslasses 44a gespült werden.
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Bevorzugt ist mit dem Kraftstoffinjektor 12 ein Einzeldruckspeicher 70 des Kraftstoff-Spül-Systems 10 verbunden, zum Beispiel auch integral gebildet, s. 1. Der Einzeldruckspeicher 70 weist bevorzugt einen Hochdruckeinlass 72 auf, über welchen hochdruckbeaufschlagter Biokraftstoff in den Einzeldruckspeicher 70 einbringbar ist. Zur Versorgung mit hochdruckbeaufschlagtem Kraftstoff am Hochdruckeinlass 72 kann das Kraftstoff-Spül-System 10 einen Sammeldruckspeicher 74 aufweisen (Rail).
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In dem Einzeldruckspeicher 70 kann ein Mengenbegrenzungsventil 76 angeordnet sein, welches geeignet ist, die Abgabemenge hochdruckbeaufschlagten Kraftstoffs an einem Hochdruckauslass 78 des Einzeldruckspeichers 70 zu begrenzen.
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Über den Hochdruckauslass 78 in Kommunikation mit dem Hochdruckeinlass 24a kann der Hochdruckeinlass 24a bzw. der Hochdruckteil 22 des Kraftstoffinjektors 12 mit Biokraftstoff beschickt werden, wobei der Hochdruckauslass 78 stromaufwärts der Vorrichtung zur Verhinderung eines Rückströmens 26 am Hochdruckeinlass 24 angeschlossen ist.
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Ersichtlich, z. B. wie in 1 veranschaulicht, ist vorgesehen, den Spülkanal 32 (Spülauslass 34) bei Verwendung mit einem Einzeldruckspeicher 70 am Injektor 12 mit dem Vorratsvolumen 80 des Einzeldruckspeichers 70 strömungsmittelmäßig zu verbinden, das heißt stromabwärts der Vorrichtung gegen Verhindern eines Rückströmens 40 im Spülkanal 32. Alternativ kann z. B. vorgesehen sein, den Spülauslass 34 als einen separaten Leckageauslass des Injektors 12 auszuführen.
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Bei einer alternativen Ausführungsform des Kraftstoff-Spül-Systems 10 kann der Kraftstoffinjektor 12 ohne Einzeldruckspeicher 70 bereitgestellt sein, wobei der Hochdruckeinlass 24a des Hochdruckteils 22 stromaufwärts des Rückschlagventils 26 bevorzugt unmittelbar mit dem Hochdruckauslass 82 eines Sammeldruckspeichers 74 verbunden sein kann. Bei dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, den Spülauslass 34 direkt an das Rail 74 zurückzuführen.
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Das Kraftstoff-Spül-System 10 weist (extern am Injektor 12) ein Leckagesystem 84 auf, welches mit dem Niederdruckauslass 44a verbunden ist.
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Das Leckagesystem 84 umfasst einen Leckageströmungsweg 86, welcher dazu vorgesehen ist, die Leckage bei Einspritzbetrieb des Injektors 12 seitens des Niederdruckauslasses 44a abzuführen. Bevorzugt führt der Leckageströmungsweg 86 hin zu einem Leckagesammelbehälter 88, insbesondere Form eines Kraftstofftanks.
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In dem Leckageströmungsweg 86 ist eine Absperrvorrichtung 90 angeordnet, insbesondere in Form eines 2/2-Wege-Magnetventils, welche geeignet ist, den Leckageströmungsweg 86 selektiv zu unterbrechen. In den Leckageströmungsweg 86 mündet weiterhin ein Druck-Spülfluidquellen-Zweig 92, welcher eine Druck-Spülfluidquelle 94 aufweist. Die Druck-Spülfluidquelle 94 ist bevorzugt als Druckgasversorgung realisiert, zum Beispiel als Druckluft-Versorgung. Der Druck-Spülfluidquellen-Zweig 92 mündet zwischen dem Niederdruckauslass 44a und der Absperrvorrichtung 90 in den Leckageströmungsweg 86 ein. Stromabwärts der Druck-Spülfluidquelle 94 ist hierbei eine Absperrvorrichtung 96 gegen Rückströmen im Druck-Spülfluidquellen-Zweig 92 angeordnet.
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Das Kraftstoff-Spül-System 10 kann weiterhin eine Pumpeneinrichtung 98 aufweisen, zum Beispiel eine Vorförder- und/oder Hochdruckpumpe 98, mittels welcher Kraftstoff aus dem Tank 88 – über ein Rückschlagventil 100 – in das Rail 74 gefördert werden kann. Bevorzugt kann auch vorgesehen sein, wie zum Beispiel 1 veranschaulicht, dass das Kraftstoff-Spül-System 10 eine Bypassvorrichtung 102 aufweist, welche geeignet ist, überschüssigen Kraftstoff aus dem Rail 74 zu dem Leckagesammelbehältnis 88 zurückzuführen. Die Bypassvorrichtung 102 kann hierzu ein Bypassventil 104 und eine Kraftstoffleitung 106 aufweisen.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen weist das Kraftstoff-Spül-System 10, z. B. die Bypassvorrichtung 102, insbesondere in der Kraftstoffleitung 106, eine Sensiereinrichtung 108 auf, welche ein aus dem Sammeldruckspeicher 74 – aufgrund des über den Spülauslass 34 eingebrachten Volumens (Spülvolumen) – verdrängtes Kraftstoffvolumen ermittelt (Bypassventil 104 offen gesteuert). Über eine Verbindung der Sensiereinheit 108 mit einer übergeordneten Steuerung (ECU, nicht dargestellt), welche bevorzugt auch die Druck-Spülfluidbeaufschlagung seitens der Druck-Spülfluidquelle 94 steuert, kann die Steuerung informiert werden, sobald ein vorgesehenes Spülvolumen an der Sensiereinheit 108 ermittelt wurde und eine Druck-Spülfluidbeaufschlagung eingestellt werden.
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Mit dem Kraftstoffinjektor 12 bzw. dem Kraftstoff-Spül-System 10 kann vorteilhaft ein Spülverfahren durchgeführt werden, bei welchem die Hochdruckseite des Injektors 10 in einem ersten Schritt drucklos geschaltet wird. In einem zweiten Schritt wird nunmehr druckbeaufschlagtes Spülfluid an den Niederdruckauslass 44a des Injektors 12 geschaltet, i. e. für ein Spülen, wozu die Absperrvorrichtung 90 insbesondere geschlossen gesteuert wird, i. e. den Leckageströmungsweg 86 unterbricht. Das Ventil 26 sperrt gegen Rückströmen.
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In dem zweiten Schritt wird das Pilotventil 56 des Injektors 12 weiterhin getaktet geöffnet (alternativ z. B. ununterbrochen offen gesteuert). Ferner wird das Bypassventil 104 offen gesteuert.
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Das Spülverfahren kann vorsehen, dass in einem dritten Schritt ein Volumenstrom stromabwärts des Spülauslasses 34 sensiert wird, zum Beispiel mittels der Sensiereinheit 108, wobei das Spülen mit Druck-Spülfluid über den Niederdruckauslass 44a nach Detektieren eines vorbestimmten Volumens beendet wird (via die Steuerung), i. e. der zweite Schritt. Der dritte Schritt kann bei dem Verfahren mit dem oder z. B. auch vor dem zweiten Schritt beginnen.
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Alternativ kann das Spülverfahren vorsehen, dass das Spülen mit Spülfluid im zweiten Schritt nach einer vorbestimmten Zeit oder nach Erkennen des Spülfluids an einem Sensor beendet wird. Eine Ansteuerdauer kann z. B. einem ECU-Kennfeld entnommen sein.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren, welches vorteilhaft ohne Motor- bzw. Einspritzbetrieb durchführbar ist, wird das Spülfluid, insbesondere Druckgas (Luft, Stickstoff, etc.), z. B. mit einem Druck von 1 bis 5 bar, den im Injektor 12 verbliebenen Biokraftstoff ausgehend von der Niederdruckseite 42 sowohl aus den empfindlichen Aktuatorikbereichen 48, 52, ... als auch aus dem Hochdruckbereich 22, z. B. der Nadelführung, verdrängen, s. punktierte Pfeile in 2. Zur vereinfachten Spülung des Aktuatorikraums 48 kann vorgesehen sein, dass die Ankerstange 54 wie in 3 veranschaulicht, über einen Abschnitt ihrer Länge hohl gebohrt ist, Bz. 62, wobei die Bohrung 62 einen Leckageeinlass 110 in Kommunikation mit dem Aktuatorikraum 48 aufweist, und einen Leckageauslass 112, welcher bei offengesteuertem Pilotventil 56 mit dem Sammelvolumen 28 kommuniziert (über den Leckagepfadabschnitt 44-1 bzw. 44-3). Die Bohrung 62 in der Ankerstange 54 kann derart ausgeführt sein, dass sich ein Verhältnis des Spül-Fluidstroms durch die Bohrung 62 und die Ankerstangenführung 52 von 5:1 bis 10:1 einstellt. Die Verdrängung (von Biokraftstoff) aus der Führung 52 kann in der Ansteuerpause stattfinden (wenn das Pilotventil 56 geschlossen ist).
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Mit der Erfindung ist ein Verkleben empfindlicher Bauteile am Injektor 12 nach Abstellen desselben vorteilhaft unterbunden. Der beschleunigte Alterungsprozess des Kraftstoffs, der sich nach Abstellen des Motors ansonsten in dem heißen Injektor 12 durch die langanhaltende Abkühlphase von mehreren Stunden einstellt, wird vermieden. Die Erfindung kann mit Brennkraftmaschinensystemen verwendet werden, welche eine Druckluftbereitstellung aufweisen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Startsystemen oder Bremsanlagen. Das Verfahren kann bei längeren Stillstandszeiten des Kraftstoffinjektors 12 bzw. des Spülsystems 10 intervallweise wiederholt werden.
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Angemerkt sei noch, dass die Vorrichtung 40 möglichst düsennah angeordnet ist. Stromaufwärts derselben (in Richtung Sammelvolumen 28) sollte der Spülkanal 32 möglichst geringen Querschnitt aufweisen, damit der Kraftstoff in einer „Stopfenströmung” durch das Ventil 40 verdrängt werden kann. Für den Beginn eines Einspritzbetriebs wird der entleerte Injektorraum nach Inbetriebnahme der Pumpeneinrichtung wieder befüllt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftstoff-Spül-System
- 12
- Kraftstoffinjektor
- 14
- Injektorgehäuse
- 14a
- Düsenfernes Ende 14
- 16
- Düsenkörper
- 18
- Düsennadel
- 18a
- Düsenfernes Ende 18
- 20
- Düsenanordnung
- 22
- Hochdruckteil
- 24
- Hochdruckkanal
- 24a
- Hochdruckeinlass
- 26
- Ventil 24
- 28
- Sammelvolumen
- 30
- Düsenventil
- 32
- Spülkanal
- 34
- Spülauslass
- 36
- Ventilplatte
- 38
- Ventilgehäuse
- 40
- Ventil 32
- 42
- Niederdruckteil
- 44
- Leckagesystem
- 44a
- Leckageauslass
- 44-1
- Leckagepfadabschnitt
- 44-2
- Leckagepfadabschnitt
- 44-3
- Leckagepfadabschnitt
- 48
- Aktuatorikraum
- 50
- Magnetaktuator
- 50a
- Magnetpaket 50
- 50b
- Anker 50
- 50c
- Feder 50
- 52
- Ankerstangenführung
- 54
- Ankerstange
- 54a
- Düsenseitiges Ende 54
- 56
- Pilotventil
- 57
- Ventilsitz
- 58
- Düsennadelsteuerraum
- 60
- Düsenfeder
- 62
- Bohrung 54
- 64
- Ablaufdrossel
- 66
- Nadelführungshülse
- 68
- Zulaufdrossel
- 70
- Einzeldruckspeicher
- 72
- Hochdruckeinlass 70
- 74
- Sammeldruckspeicher
- 76
- Mengenbegrenzungsventil
- 78
- Hochdruckauslass 70
- 80
- Vorratsvolumen
- 82
- Hochdruckauslass 74
- 84
- Leckagesystem
- 86
- Leckageströmungsweg
- 88
- Leckagesammelbehälter
- 90
- Absperrvorrichtung 86
- 92
- Spülfluidquellenzweig
- 94
- Druck-Spülfluidquelle
- 96
- Absperrvorrichtung 92
- 98
- Hochdruckpumpe
- 100
- Rückschlagventil
- 102
- Bypassvorrichtung
- 104
- Bypassventil 102
- 106
- Kraftstoffleitung 102
- 108
- Sensiereinrichtung 102
- 110
- Leckageeinlass 62
- 112
- Leckageauslass 62
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005007712 U1 [0002]
- DE 112009003686 T5 [0003]
