Verfahren zum Temperieren eines Injektors einer Einspritzung für das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren eines Injektors einer Einspritzung für das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, in welcher der Kraftstoff von zumindest einer Vorförderpumpe aus einem Tank zu zumindest einer Hochdruckpumpe gefördert und der von der Hochdruckpumpe geförderte Hochdruckkraftstoff dem Injektor zugeführt wird, wobei im Inneren des Injektors ein HochdruckkraftstoffSpeicher angeordnet ist und der Injektor eine Einspritzdüse mit einer axial in einem Düsenvorraum verschieblichen Düsennadel aufweist, welche in einen mit Hochdruckkraft- stoff speisbaren Steuerraum eintaucht, dessen Druck über ein wenigstens einen Zu- oder Ablaufkanal für Kraftstoff öffnendes oder schließendes Steuerventil gesteuert wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Injektoren der eingangs beschriebenen Art kommen häufig in Com- mon-Rail-Einspritzsystemen zum Einsatz. Injektoren für Common- Rail-Systeme zum Einspritzen von Kraftstoffen mit hoher Viskosität in den Brennraum von Brennkraftmaschinen sind in unterschiedlicher Ausbildung bekannt. Im Fall von Schweröl ist eine Erwärmung auf bis zu 150°C erforderlich, um die notwendige Einspritzviskosität zu erreichen.

Grundsätzlich hat ein Injektor für ein Common-Rail-Einspritz- system verschiedene Teile, die in aller Regel durch eine Düsen- spannmutter zusammengehalten werden. Die eigentliche Injektordüse enthält eine Düsennadel, welche im Düsenkörper der Injektordüse axial verschieblich geführt ist und mehrere Freiflächen aufweist, durch welche aus dem Düsenvorraum Kraftstoff zur Nadelspitze strömen kann. Die Düsennadel selbst trägt einen Bund, an welchem sich eine Druckfeder abstützt, und taucht in einen Steuerraum ein, welcher mit Kraftstoff unter Druck beaufschlagbar ist. An diesen Steuerraum können ein Zulaufkanal über eine T2011/000031

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Zulaufdrossel und ein Ablaufkanal über eine Ablaufdrossel angeschlossen sein, wobei der jeweilige im Steuerraum aufgebaute Druck gemeinsam mit der Kraft der Druckfeder die Düsennadel in der Schließstellung hält. Der Druck im Steuerraum kann von ei- nem Steuerventil kontrolliert werden, welches zumeist von einem Elektromagneten betätigt wird. Bei entsprechender Beschaltung kann ein Öffnen des Magnetventils einen Abfluss des Kraftstoffes über eine Drossel bewirken, sodass ein Absinken der hydraulischen Haltekraft auf die in den Steuerraum eintauchende Stirnfläche der Düsennadel zum Öffnen der Düsennadel führt. Auf diese Weise kann in der Folge der Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen in den Brennraum des Motors gelangen.

Neben einer Ablaufdrossel ist auch meist eine Zulaufdrossel vorgesehen, wobei die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel durch den Durchflussunterschied zwischen Zu- und Ablaufdrossel bestimmt wird. Wenn das Magnetventil geschlossen wird, wird der Ablaufweg des Kraftstoffes durch die Ablaufdrossel gesperrt und über die Zulaufdrossel neuerlich Druck im Steuerraum aufgebaut und das Schließen der Düsennadel bewirkt.

Aus der WO 2009 /023887 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei welchem der Injektor für das Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum mit temperiertem Kraftstoff vorgewärmt werden kann. Dies kann dann notwendig werden, wenn die Brennkraftmaschine beispielsweise mit Schweröl betrieben wird, wie dies bei großvolumigen Dieselmotoren häufig der Fall ist. Dieses Wärmen der Injektoren ist nötig, da durch den Temperaturrückgang beim Stillstand der Brennkraftmaschine das Schweröl in den Injektoren und in den Leitungen dickflüssig werden würde und die Injektoren und Leitungen in der Folge mit dem festgewordenen Schweröl verstopfen würden und eine Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine nicht ohne weiteres mög- lieh wäre. Bei dem Verfahren gemäß der WO 2009 /023887 wird daher zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe des Einspritzsystems eine Teilmenge des Kraftstoffes entnommen, über einen Wärmeüberträger geleitet und als Spülmenge über einen gesonderten Kanal im Injektor dem Steuerventil zugeführt, sodass die Spülmenge den Ankerraum des Steuerventils durchfließt und somit auf einer gewissen erhöhten Temperatur hält.

Die Injektoren, welche gemäß der WO 2009 /023887 zum Einsatz gelangen sollen, arbeiten nach dem Common-Rail-Prinzip, bei welchem in einem gemeinsamen HochdruckkraftstoffSpeicher , dem Common-Rail, Kraftstoff unter hohem Druck gehalten wird, wobei die Injektoren über Hochdruckleitungen mit dem Common-Rail verbunden sind und es nach Betätigung des Steuerventils im jewei- ligen Injektor zu einem Abheben der Düsennadel vom Ventilsitz und somit zu einer Einspritzung in den Brennraum kommt, wobei die entsprechende Einspritzmenge aus dem Common-Rail bereitgestellt wird. Bei besonders großen Motoren, bei welchen die einzelnen Injektoren unter Umständen in erheblichem Abstand vonei- nander angebracht sind, ist die Verwendung eines gemeinsamen Rails für die Injektoren nicht sinnvoll, da die Längen der Leitungen vom Rail zu den Injektoren aufgrund der Motorgröße sehr lang sein müssten, sodass sich ein großer Druckabfall während der Einspritzung ergeben würde. Bei solchen Motoren, bei denen die Bewegung der Düsennadel für das Öffnen und Schließen der Einspritzdüsen jedoch ebenfalls durch den Druck am Ventilsitz der Düsennadel und den durch ein Steuerventil regelbaren Druck in einer Steuerkammer an der den Einspritzdüsen abgewandten inneren Nadel gesteuert wird, ist es daher vorgesehen, einen HochdruckkraftstoffSpeicher im Inneren des Injektors anzuordnen. Eine solche Bauweise wird als modularer Aufbau bezeichnet, da jeder einzelne Injektor über seinen eigenen HochdruckkraftstoffSpeicher verfügt und somit als eigenständiges Modul eingesetzt werden kann. Unter einem HochdruckkraftstoffSpeicher ist hierbei nicht eine gewöhnliche Leitung zu verstehen, sondern es handelt sich bei einem HochdruckkraftstoffSpeicher um ein druckfestes Gefäß mit einer Zu- und einer Ableitung, dessen 1

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Durchmesser im Vergleich zu den Hochdruckleitungen erheblich vergrößert ist, damit aus dem HochdruckkraftstoffSpeicher eine gewisse Einspritzmenge abgegeben werden kann, ohne dass es zu einem sofortigen Druckabfall kommt, wie dies der Fall wäre, wenn die Einspritzmenge aus einer gewöhnlichen Hochdruckleitung entnommen würde. Zusätzlich zur Einspritzmenge fällt bei derartigen druckgesteuerten Injektoren noch eine Steuermenge an, die durch das geöffnete Steuerventil, welches den Druck in der Steuerkammer am von den Einspritzdüsen abgewandten Ende der Steuernadel steuert, in den Niederdruckbereich abgegeben wird.

Wenn nun, wie im Stand der Technik, eine entsprechend temperierte Spülmenge lediglich dem Steuerventil zur Wärmung des Injektors während des Stillstands der Brennkraftmaschine zuge- führt wird, kann das Kraftstoffvolumen im relativ groß dimensionierten HochdruckkraftstoffSpeicher nicht auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten werden, um eine Verfestigung des Kraftstoffs im HochdruckkraftstoffSpeicher und in den weiteren Bauteilen des Injektors mit Sicherheit zu verhindern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welchem bzw. welcher es gelingt, eine Verfestigung des Kraftstoffs in den Injektoren einer Brennkraftmaschine mit .nodularem Aufbau zu ver- hindern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass während des Stillstandes der Brennkraftmaschine zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe eine Teilmenge des Kraftstoffs als Spülmenge abgezweigt, durch einen Wärmeüberträ- ger zum Erwärmen des Kraftstoffs geleitet und dem HochdruckkraftstoffSpeicher zugeführt wird, sodass dieser von der Spülmenge durchflössen wird. Beim Stillstand der Brennkraftmaschine ruhen die Hochdruckpumpen, und der Druck im System fällt unter den Vorförderdruck der Vorförderpumpe, sodass der Druck der Vorförderpumpe ausreicht, um Kraftstoff in den HochdruckkraftstoffSpeicher zu pumpen. Der hierfür vorgesehene Kraftstoff wird erfindungsgemäß zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe entnommen, in einem Wärmeüberträger erwärmt und direkt dem HochdruckkraftstoffSpeicher zugeführt. Der HochdruckkraftstoffSpeicher stellt ein relativ großes Volumen im Inneren des Injektors dar, sodass der gesamte Injektor ausreichend geheizt wird, wenn der HochdruckkraftstoffSpeicher auf einer entsprechenden Temperatur gehalten wird.

Da bei großen Dieselmotoren, die mit Schweröl betrieben werden, naturgemäß auch relativ lange Leitungswege resultieren, ist die Erfindung mit Vorteil dahingehend weitergebildet, dass der Kraftstoff von der Vorförderpumpe auf einen Überdruck von 5-10 bar gefördert wird, sodass Druckverluste aufgrund der Leitungslängen mit Sicherheit überwunden werden und eine verlässliche Spülung und somit Temperierung sämtlicher Injektoren sichergestellt wird.

Nach dem Einbringen des temperierten Kraftstoffs in den HochdruckkraftstoffSpeicher muss dieser aus dem Injektor abfließen können. Bevorzugt wird hierbei so vorgegangen, dass die Spülmenge über Anschlüsse für Hochdruckkraftstoffleitungen der Einspritzung aus dem Injektor abgeleitet wird. Die Hochdruckkraft- stoffleitungen, die, wie bereits erwähnt, bei Stillstand der Brennkraftmaschine nicht unter Hochdruck stehen, sind bei Brennkraftmaschinen mit einem modularen Aufbau gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Sammelleitung mit dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems verbunden, sodass über diese Leitungen die Spülmengen abgeführt werden können. Bevorzugt wird hierbei so vorgegangen, dass die Spülmenge zum Tank oder zur Vorförderpumpe zurückgeführt wird, sodass auch hier ein entsprechendes Temperaturniveau gehalten werden kann, um ein Verstopfen von Leitungen in diesem Bereich zu verhindern. Die Temperatur der Brennkraftmaschine sinkt bei Stillstand kontinuierlich ab, sodass die Wärmemenge, die zur Aufrechterhaltung der Fluidität des Kraftstoffes in den Injektor eingebracht werden muss, mit der Stillstandszeit zunimmt. Bis zu einer gewissen Grenztemperatur wird es überhaupt keiner Zuführung einer Spülmenge bedürfen, da der Motor ohnehin heiß genug ist, um den Kraftstoff flüssig zu halten, wobei bei Unterschreiten dieser Grenztemperatur ein Beheizen notwendig wird und die abgezweigte Spülmenge mit der Dauer erhöht werden muss, um die immer niedriger werdenden Temperaturen der Brennkraftmaschine im Injektor auszugleichen. Mit Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren daher dahingehend weitergebildet, dass die zwischen der Vorför- derpumpe und der Hochdruckpumpe abgezweigte Spülmenge geregelt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass eine weitere Spülmenge unmittelbar dem Steuerventil des Injektors zugeführt wird, sodass neben dem HochdruckkraftstoffSpeicher, der in aller Regel mit dem Düsenvorraum in Verbindung steht und mit diesem gemeinsam die Hochdruckseite des Injektors ausbildet, auch die durch das Steuerventil und die zugehörigen Abflüsse vom Steuerventil gebildete Niederdruckseite des Injektors durch eine entsprechend tempe- rierte Spülmenge auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden kann. Dies kann insbesondere bei besonders groß ausgeführten Injektoren notwendig sein, um den gesamten Injektor ausreichend warm halten zu können. Wenn die Brennkraftmaschine nach einer Stillstandsphase wieder in Betrieb genommen wird und zu diesem Zweck auch die Hochdruckpumpe wieder anläuft, steigt der Druck im HochdruckkraftstoffSpeicher erheblich an, sodass ein Druckverlust über die Zweigleitung für die Spülmenge auftreten würde. Mit Vorteil ist 0031

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das erfindungsgemäße Verfahren daher dahingehend weitergebildet, dass die Zuleitung für die Spülmenge zum HochdruckkraftstoffSpeicher während des Betriebs der Brennkraftmaschine von einem Rückschlagventil verschlossen wird.

Die Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst zumindest eine Vorförderpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus einem Tank, zumindest eine Hochdruckpumpe und zumindest einen Injektor, wobei der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff der Hochdruckpumpe und der von der Hochdruckpumpe geförderte Hochdruckkraftstoff dem Injektor zugeführt ist, im Inneren des Injektors ein HochdruckkraftstoffSpeicher angeordnet ist und der Injektor eine Einspritzdü- se mit einer axial in einem Düsenvorraum verschieblichen Düsennadel aufweist, welche in einen mit Hochdruckkraftstoff speisbaren Steuerraum eintaucht, dessen Druck über ein wenigstens einen Zu- oder Ablaufkanal für Kraftstoff öffnendes oder schließendes Steuerventil gesteuert ist. Derartige Einspritzun- gen werden als modulare Common-Rail-Systeme bezeichnet, da die einzelnen Injektoren jeweils über einen eigenen HochdruckkraftstoffSpeicher verfügen, der die Funktion des Rails übernimmt und die Einspritzung ansonsten wie bei herkömmlichen Injektoren in Common-Rail-Motoren vonstatten geht. Wie bereits ausgeführt, liegt im Düsenvorraum, in welchem eine axial verschiebliche Düsennadel die Einspritzdüsen verschließt, ständig der Druck des HochdruckkraftstoffSpeichers an, wobei am von den Einspritzdüsen abgewandten Ende der Düsennadel ein ebenfalls unter diesem Druck stehender Steuerraum angeordnet ist, der über die Betätigung eines Steuerventils vorübergehend abgebaut werden kann. Wenn der Steuerdruck im Steuerraum absinkt, sind die Öffnungskräfte an der Düsennadel größer als die Schließkräfte, sodass die Einspritzlöcher freigegeben werden. Bei einer solchen Vorrichtung ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwi- sehen der zumindest einen Vorförderpumpe und der zumindest einen Hochdruckpumpe eine Zweigleitung für eine Spülmenge angeschlossen ist, wobei die Zweigleitung durch einen Wärmeüberträger führt und in den HochdruckkraftstoffSpeicher des Injektors mündet, sodass dieser von der Spülmenge durchflössen ist. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, den HochdruckkraftstoffSpeicher auf einer ausreichend hohen Temperatur zu halten, um eine Verfestigung des Kraftstoffs zu verhindern. Um die Druckverluste, welche in den relativ langen Leitungen bei großen Motoren auftreten, zu überwinden, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Vorteil dahingehend weitergebildet, dass die Vorförderpumpe zur Förderung des Kraftstoffs auf 5-10 bar ausgebildet ist.

Eine besonders bevorzugte Form der Ableitung der zugeführten Spülmenge aus dem Injektor kann dadurch erreicht werden, dass an den Injektor ein T-Stück angeschlossen ist, welches Hochdruckleitungen mit dem HochdruckkraftstoffSpeicher bzw. dem Düsenvorraum eines ersten Injektors und dem T-Stück eines weiteren Injektors verbindet, sodass die Ableitung der Spülmenge über die Hochdruckleitungen für den Hochdruckkraftstoff, der während des Betriebs der Brennkraftmaschine benötigt wird, erfolgen kann.

Um die Vorförderpumpe mit der Restwärme der Spülmenge zu beheizen, ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass Niederdruck-leitungen für die Rückleitung der Spülmenge zur Vorförderpumpe angeordnet sind.

Um eine von der Pumpendrehzahl der Vorförderpumpe unabhängige Regelung der Spülmenge zu ermöglichen, ist die Vorrichtung bevorzugt derart weitergebildet, dass eine Drossel und/oder ein P T/AT2011/000031

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Regelventil zur Regelung der Spülmenge in der Zweigleitung angeordnet ist.

Wenn der Injektor besonders groß ausgeführt wird, kann es vor- teilhaft sein, nicht nur den Hochdruckspeicher mit einer Spülmenge zu temperieren, sondern auch die Niederdruckseite des Injektors zu beheizen. Zu diesem Zweck kann die erfindungsgemäße Vorrichtung derart weitergebildet sein, dass am Injektor ein direkt mit dem Steuerventil des Injektors in Verbindung stehen- der Anschluss für eine weitere Spülmenge angeordnet ist.

Um einen Druckverlust durch die Zweigleitung während des Betriebs der Brennkraftmaschine, bei welchem der Druck in dem HochdruckkraftstoffSpeicher stark ansteigt, zu verhindern, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Vorteil dahingehend weitergebildet sein, dass in der Zweigleitung für die Spülmenge ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches entgegen der Zuführrichtung für die Spülmenge schließt. Die Erfindung wir nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Einspritzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 eine detaillierte schematische Dar- Stellung eines Injektors, wie er bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangt.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Kraftstofftank bezeichnet, aus welchem über eine Vorförderpumpe 2 und einen Filter 3 Kraftstoff zu einer weiteren Vorförderpumpe 2 gefördert wird. Im normalen Betrieb des Motors wird der Kraftstoff über einen weiteren Filter 3 den Hochdruckpumpen 4 zugeführt, die den Kraftstoff in einen Sammler 5 fördern. Mit 6 sind Niederdruckleitungen bezeichnet, welche den Leckkraftstoff, der bei der Hochdruckför- derung entsteht, in den Niederdruckbereich der Einspritzung zurückführen. Über die Hochdruckleitungen 7 und die T-Stücke 8 wird der Hochdruckkraftstoff den schematisch dargestellten Injektoren 9 zugeführt, wobei die HochdruckkraftstoffSpeicher der Injektoren 9 mit 14 bezeichnet sind.

Wenn bei Stillstand des Motors die Temperatur absinkt und das Schweröl in den Leitungen und in den Injektoren sich zu verfestigen droht, wird der Kraftstoff nach der zweiten Vorförderpum- pe 2 und dem Wärmeüberträger 10 vor den Hochdruckpumpen über eine Zweigleitung 11 abgezweigt und den Hochdruckspeichern 14 der einzelnen Injektoren 9 zugeführt. Der Abfluss der Spülmenge erfolgt über die Hochdruckleitungen 7, welche in einer gemeinsamen Sammelleitung 15 münden, wobei der Hochdruckbereich durch das Spülventil 12 vom Niederdruckbereich getrennt ist. Alternativ oder zusätzlich kann über die Leitungen 11 und die T-Stücke 8 eine Spülmenge auch dem vom Steuerventil und den zugehörigen Ableitungen gebildeten Niederdruckbereich der Injektoren 9 zugeführt werden, wobei der entsprechende Abfluss in der Folge über die Niederdruckleitungen 6 in den Niederdruckbereich, beispielsweise in die Sammelleitung 15 des Einspritzsystems mündet .

Wenn im Betrieb des Motors die Vorförderpumpen 4 wieder anlau- fen, steigt der Druck in den Hochdruckspeichern 14 stark an, sodass über die Leitungen 11 ein Rückfluss erfolgen und damit ein Druckverlust auftreten würde. Um dies zu verhindern, ist im Bereich der Mündung der Zweigleitungen 11 in die Hochdruckspeicher der Injektoren ein schematisch dargestelltes Rückschlag- ventil 13 angeordnet, welches in Richtung des Pfeils 16 schließt, um einen Rückfluss von Hochdruckkraftstoff durch die Zweigleitung 11 zu verhindern. Ein ähnliches Ventil kann auch im T-Stück 8 angeordnet sein. Die eigentliche Injektordüse enthält, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, eine Düsennadel 16 , welche im Düsenkörper 15 des Injektors 9 axial verschieblich geführt ist und mehrere Freiflächen 17 aufweist, durch welche aus dem Düsenvorraum 18 Kraftstoff zur Nadelspitze strömen kann. Die Düsennadel 16 selbst trägt einen Bund 19 , an welchem sich eine Druckfeder 20 abstützt, und taucht in einen Steuerraum 21 ein, welcher mit Kraftstoff unter Druck beaufschlagbar ist. An diesen Steuerraum 2 1 sind ein Zulaufkanal 22 über eine Zulaufdrossel 23 und ein Ablaufkanal 24 über eine Ablaufdrossel 25 angeschlossen, wobei der jeweilige im Steuerraum 21 aufgebaute Druck gemeinsam mit der Kraft der Druckfeder 20 die Düsennadel 16 in der Schließstellung hält. Der Druck im Steuerraum 21 wird von einem Steuer- bzw. Magnetventil 26 kontrolliert, welches von einem Elektromagneten 27 betätigt wird. Ein Öffnen des Magnetventils 26 bewirkt einen Abfluss des Kraftstoffes über die Ablaufdrossel 25 , sodass ein Absinken der hydraulischen Haltekraft auf die in den Steuerraum 21 eintauchende Stirnfläche 28 der Düsennadel 16 zum Öffnen der Düsennadel 16 führt. Auf diese Weise gelangt der Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 29 in den Brennraum des Motors.

Neben einer Ablaufdrossel 25 ist auch eine Zulaufdrossel 23 vorgesehen, wobei die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 16 durch den Durchflussunterschied zwischen Zu- und Ablaufdrossel bestimmt wird. Wenn das Magnetventil 26 geschlossen wird, wird der Ablaufweg des Kraftstoffes durch die Ablaufdrossel 25 gesperrt und über die Zulaufdrossel 23 neuerlich Druck im Steuerraum 21 aufgebaut und das Schließen der Düsennadel 16 bewirkt. Die übrigen Bezugszeichen wurden aus Fig. 1 übernommen.