DE10123775A1

DE10123775A1 - Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Common-Rail-Injektor, sowie Kraftstoffsystem und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10123775A1
Application number: DE10123775A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2021-05-17
Also published as: FR2824874A1; ITMI20021023A1; DE10123775B4; JP2002349392A; US20020185111A1; US6684857B2; FR2824874B1; ITMI20021023A0

Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) wird in Brennkraftmaschinen (60) verwendet. Sie umfasst ein Gehäuse (12) mit einem Einspritz-Ende (18). In dem Gehäuse (12) verläuft eine Ausnehmung (20). In der Ausnehmung (20) ist ein axial bewegliches Ventilelement (24) angeordnet, welches mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet und eine vom Einspritz-Ende (18) abgewandte Druckfläche (32) aufweist, welche einen Steuerraum (34) axial begrenzt. Ferner ist eine Einrichtung (30, 54, 56) vorgesehen, welche das Ventilelement (24) entgegen der Kraft-Resultierenden (33) der Druckfläche (32) beaufschlagt. Schließlich ist noch ein Steuerventil (38) vorhanden, welches über eine Strömungsdrossel (40) mit dem Steuerraum (34) verbunden ist. Um den Aufbau der Vorrichtung (10) zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass das Steuerventil (38) mindestens drei Anschlüsse und mindestens zwei Schaltstellungen aufweist und auf der einen Seite an einen Hochdruck-Fluideinlass (48) und einen Niederdruck-Fluidauslass (50) und auf der anderen Seite an die Strömungsdrossel (40) angeschlossen ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Gehäuse mit einem Einspritz-Ende mit einer in dem Gehäuse vorhandenen Ausnehmung, mit mindestens einem axial beweglichen Ventilelement, das in der Ausnehmung angeordnet ist, mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet und eine vom Einspritz-Ende abgewandte Druckfläche aufweist, welche einen Steuerraum axial begrenzt, mit einer Einrichtung, welche das Ventilelement entgegen der Kraft-Resultierenden der Druckfläche beaufschlagt, und mit einem Steuerventil, welches über eine Strömungsdrossel mit dem Steuerraum verbunden ist.

Eine derartige Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist vom Markt her bekannt. Bei ihr handelt es sich um einen Common- Rail-Injektor. Bei diesem wird der Steuerraum durch eine axiale Endfläche einer Ventilnadel begrenzt. Radial wird der Steuerraum durch ein Hülsenteil begrenzt, in dessen Wand eine Zulauf-Drossel vorhanden ist. Auf der der Ventilnadel gegenüberliegenden Seite wird der Steuerraum durch ein Gehäuseteil begrenzt, in dem eine Ablauf-Drossel vorhanden ist. Die Zulauf-Drossel ist mit einem Hochdruckzulauf verbunden, wohingegen die Ablauf-Drossel über ein Steuerventil mit einem Niederdruckbereich verbunden ist. Die Drosselwirkung der Zulauf-Drossel ist stärker als jene der Ablauf-Drossel.

An einer Druckfläche der Ventilnadel, deren Kraft- Resultierende entgegengesetzt zur axialen Endfläche der Ventilnadel ausgerichtet ist, liegt der normale hohe Fluiddruck an. Um die Ventilnadel von ihrem Ventilsitz im Bereich des Einspritz-Endes abzuheben, wird der Druck im Steuerraum durch eine entsprechende Schaltung des Steuerventils abgesenkt. Bei einer ausreichenden Druckdifferenz ergibt sich eine resultierende Kraft, welche die Ventilnadel von ihrem Ventilsitz abhebt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie besonders einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Schaltventil mindestens drei Anschlüsse und mindestens zwei Schaltstellungen aufweist und auf der einen Seite an einen Hochdruck-Fluideinlass und einen Niederdruck-Fluidauslass und auf der anderen Seite an die Strömungsdrossel angeschlossen ist.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist also nur noch eine Strömungsdrossel erforderlich. Diese arbeitet in der einen Richtung als Zulauf-Drossel und in der anderen Richtung als Ablauf-Drossel. Insgesamt müssen in der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung weniger Strömungskanäle vorgesehen werden, was deren Aufbau vereinfacht und ihre Herstellkosten senkt. Darüberhinaus kann die solchermaßen ausgestaltete Kraftstoff- Einspritzvorrichtung auch kleiner bauen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer ersten Weiterbildung ist genannt, dass die Strömungsdrossel so ausgebildet ist, dass ihre Drosselwirkung in Richtung zum Schaltventil größer ist als in Richtung zum Steuerraum. Die Entleerung des Steuerraums erfolgt also langsamer als die Wiederbefüllung. Dies bedeutet wiederum, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung langsamer öffnet als sie schließt. Ein derartiges Öffnungs- /Schließverhalten ist günstig für den Gemischaufbau im Brennraum der Brennkraftmaschine.

Eine einfache Möglichkeit zur Gestaltung der richtungsabhängigen Drosselwirkung besteht darin, dass die Strömungsdrossel an ihren Enden jeweils eine trompetenförmige Erweiterung aufweist und sich die Krümmung und/oder der Krümmungsverlauf der trompetenförmigen Erweiterung des einen Endes von jener des anderen Endes unterscheidet.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die trompetenförmige Erweiterung am dem Steuerraum zugewandten Ende der Strömungsdrossel stärker gekrümmt ist als jene Erweiterung am dem Steuerventil zugewandten Ende.

Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Strömungsdrossel so ausgebildet ist, dass beim Ausströmen des Fluids aus dem Steuerraum stromabwärts der Strömungsdrossel Kavitation austritt. Durch eine derartige Kavitation erhöht sich der Strömungswiderstand beim Ausströmen des Fluids aus dem Steuerraum in Richtung auf das Steuerventil, was zu einer Erhöhung des Druckabfalls über die Strömungsdrossel führt. Dies verringert wiederum den Druck auf der der Strömungsdrossel zugewandten Seite des Steuerventils. Der Druckabfall über das Steuerventil selbst ist somit geringer, sodass Toleranzen des Strömungsspaltes im Steuerventil weniger ins Gewicht fallen. Aus diesem Grund kann ein einfachereres und preiswerteres Steuerventil zum Einsatz kommen.

Um eine solche Kavitation erzeugen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Strömungsdrossel in Längsrichtung gesehen konische Form hat, wobei ihr Querschnitt am dem Steuerraum zugewandten Ende kleiner ist als am dem Steuerventil zugewandten Ende.

Die Ausbildung einer Kavitation kann dadurch verstärkt werden, dass am Auslass der Strömungsdrossel zum Steuerventil hin ein Diffusor angeordnet ist.

Besonders bevorzugt ist jene Kraftstoff- Einspritzvorrichtung bei welcher das Steuerventil einen Piezo-Aktor aufweist. Ein solcher Piezo-Aktor arbeitet sehr schnell.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie mindestens eine zweite Strömungsdrossel umfasst, welche den Steuerraum ständig mit dem Hochdruck-Fluideinlass verbindet, wobei die Drosselwirkung der zweiten Strömungsdrossel stärker ist als jene der ersten Strömungsdrossel in einer Richtung vom Steuerraum zum Steuerventil hin. Bei dieser Kraftstoff- Einspritzvorrichtung ist zwar ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt erforderlich, um die zweite Strömungsdrossel einzubringen, andererseits kann durch diese zweite Strömungsdrossel die Befüllung des Steuerraums beschleunigt und somit die Schließgeschwindigkeit des Ventilelements deutlich erhöht werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass am Ventilelement eine zweite Druckfläche vorhanden ist, deren Kraft-Resultierende im Wesentlichen entgegen der Kraft-Resultierenden der ersten Druckfläche ausgerichtet ist und welche einen Druckraum begrenzt, der mit dem Hochdruck-Fluideinlass verbunden ist. Mit dieser erfindungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzvorrichtung erfolgt also die Beaufschlagung des Ventilelements in Öffnungsrichtung durch eine Kraft, welche aus der Druckbeaufschlagung einer Druckfläche am Ventilelement mit Hochdruck resultiert. Hier sind also keine mechanischen Elemente, beispielsweise Federn etc., erforderlich, welche die für das Abheben des Ventilelements vom Ventilsitz erforderliche Kraft aufbringen. Dies hat günstige Auswirkungen auf die Herstellkosten einerseits und auf die Lebensdauer andererseits der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung.

In einer hierauf aufbauenden Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Druckraum über einen in das Gehäuse eingebrachten Strömungskanal mit dem Hochdruck-Fluideinlass verbunden ist, und die zweite Strömungsdrossel von diesem Strömungskanal abzweigt. Die Herstellung der Fluidverbindung vom Hochdruck-Fluideinlass über den zweiten Strömungskanal und die zweite Strömungsdrossel ist besonders einfach realisierbar.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftstoffsystem mit einem Kraftstoffbehälter, mit mindestens einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung, welche den Kraftstoff direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt, mit mindestens einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und mit einer einer Kraftstoffsammelleitung, an die die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung angeschlossen ist.

Um ein solches Kraftstoffsystem insgesamt preiswerter und einfacher herstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach der obengenannten Art ausgebildet ist.

Ferner betrifft die Erfindung noch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum, in den der Kraftstoff direkt eingespritzt wird.

Um die Kosten für diese Brennkraftmaschine möglichst gering zu halten und Herstellung und Aufbau zu vereinfachen, wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine ein Kraftstoffsystem der obengenannten Art aufweist.

Zeichung

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen;

Fig. 2 eine Darstellung eines Details II von Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 einer alternativen Ausführung des Bereichs II von Fig. 1;

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines dritten Ausführungsbeispiels einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung; und

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem und mehreren Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen entsprechend Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 trägt eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung insgesamt das Bezugszeichen 10. Bei ihr handelt es sich um einen Common-Rail-Injektor, welcher für die direkte Einspritzung hochverdichteten Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Als Kraftstoff kommt Diesel ebenso wie Benzin in Frage. Der Injektor 10 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 umfasst einen Düsenkörper 14 und eine Zwischenscheibe 16. Der Düsenkörper 14 und die Zwischenscheibe 16 sind über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Düsenspannmutter gegeneinander verspannt.

Das in Fig. 1 untere Ende des Düsenkörpers 14 ist als Einspritz-Ende 18 ausgebildet. Im Düsenkörper 14 verläuft in dessen Längsrichtung eine Ausnehmung 20. Diese hat die Form einer Stufenbohrung und endet im Einspritz-Ende 18. Am Einspritz-Ende 18 sind mehrere über den Umfang des Einspritz-Endes 18 verteilt angeordnete Kraftstoff- Austrittsöffnungen 22 vorhanden.

In der Ausnehmung 20 im Düsenkörper 14 ist ein Ventilelement 24 angeordnet. Bei ihm handelt es sich um eine Ventilnadel, welche koaxial zur Ausnehmung 20 verläuft und axial beweglich ist. Die Ventilnadel 24 arbeitet mit einem Ventilsitz (ohne Bezugszeichen) im Bereich des Einspritz-Endes 18 zusammen.

Die Düsennadel weist mehrere Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser auf:
In Fig. 1 ist ein unterer Abschnitt 26 mit kleinerem Durchmesser und ein oberer Abschnitt 28 mit größerem Durchmesser sichtbar. Die beide Abschnitte 26 und 28 sind durch eine Stufe getrennt, welche eine schräge Druckfläche 30 bildet. Der obere Abschnitt 28 mit größerem Durchmesser wird axial nach oben durch eine Druckfläche 32 begrenzt. Die Druckfläche 32 begrenzt axial einen Steuerraum 34. Die Kraft-Resultierenden der Druckflächen 30 und 32 sind in Fig. 1 durch gestrichelte Pfeile gezeichnet. Sie tragen die Bezugszeichen 31 und 33.

Nach oben hin wird der Steuerraum 34 durch die Zwischenscheibe 16 begrenzt. Vom Steuerraum 34 führt ein Strömungskanal 36 durch die Zwischenscheibe 16 hindurch zu einem Steuerventil 38. Der Strömungskanal 36 umfasst einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser, welcher als Strömungsdrossel 40 ausgebildet ist (vgl. Fig. 2). Die Strömungsdrossel 40 mündet zum Steuerventil 38 hin in einen Abschnitt mit größerem Durchmesser, welcher einen Diffusor 42 bildet.

An ihren Enden weist die Strömungsdrossel 40 jeweils eine trompetenförmige Erweiterung 44 bzw. 46 auf. Die trompetenförmige Erweiterung 44, welche zum Diffusor 42 hin zeigt, ist dabei stärker gekrümmt als die trompetenförmige Erweiterung 46, die an dem dem Steuerraum 34 zugewandten Ende der Strömungsdrossel 40 vorhanden ist.

Bei dem Steuerventil 38 handelt es sich um ein 3/2- Schaltventil. Es weist also drei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen 47 und 49 auf. Auf der einen Seite ist es, wie bereits oben ausgeführt wurde, an den Strömungskanal 36 angeschlossen. Auf der anderen Seite ist es an einen Hochdruck-Fluideinlass 48 und an einen Niederdruck- Fluidauslass 50 angeschlossen. Betätigt wird das Steuerventil 38 durch einen Piezo-Aktor 52.

Das in der Zeichnung nicht dargestellte Ventilelement des Steuerventils 38 ist im Allgemeinen kugelförmig. Es arbeitet üblicherweise mit entsprechenden konischen Ventilsitzen zusammen. Möglich ist aber auch ein Steuerventil, welches beispielsweise ein tellerförmiges Ventilelement aufweist. Die Schaltstellungen 47 und 49 des Steuerventils 38 sind derart, dass in der Ruhestellung 47 der Strömungskanal 36 mit dem Hochdruck-Fluideinlass 38 verbunden ist, wohingegen in der betätigten Schaltstellung 49 der Strömungskanal 36 mit dem Niederdruck-Fluidauslass 50 verbunden ist.

Die Zwischenscheibe 16 und der Düsenkörper 14 werden in Längsrichtung des Injektors 10 ferner von einem weiteren Strömungskanal 54 durchsetzt. Dieser ist an seinem in Fig. 1 oberen Ende ständig mit dem Hochdruck-Fluideinlass 48 verbunden. Das in Fig. 1 untere Ende des Strömungskanals 54 mündet in einen Ringraum 56. Dieser ist durch eine entsprechende Ausgestaltung der Ausnehmung 20 zwischen dem Düsenkörper 14 und der Ventilnadel 24 auf Höhe der schrägen Druckfläche 30 gebildet. Vom Ringraum 56 erstreckt sich zwischen dem Düsenkörper 14 und der Ventilnadel 24 bis zum Einspritzende 18 ein weiterer Ringraum 58.

Der in Fig. 1 dargestellte Injektor 10 arbeitet folgendermaßen:
Bei geschlossenem Injektor 10 ist das Steuerventil 38 in der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung 47. In diesem Fall herrscht im Steuerraum 34 der volle Systemdruck des Hochdruck-Fluideinlasss 48, welcher auch im Strömungskanal 54, im Ringraum 56 und im Ringraum 58 herrscht. Dieser Druck wirkt einerseits auf die Druckfläche 32 am oberen Ende der Ventilnadel 24. Andererseits wirkt der Druck auch auf die schräge Druckfläche 30 der Ventilnadel 24 auf Höhe des Ringraumes 56. Da die Druckfläche 32 am oberen Ende der Ventilnadel 24 größer ist als die Druckfläche 30, ist die entsprechende Kraft-Resultierende (Pfeil 33) größer als die entgegengesetzte Kraft-Resultierende 31. Die Ventilnadel 24 wird somit gegen das Einspritz-Ende 18 des Düsenkörpers 14 gedrückt. Die Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 sind in dieser Stellung vom Ringraum 58 getrennt, sodass kein Kraftstoff austreten kann.

Um mit dem Injektor 10 eine Einspritzung durchzuführen, wird das Steuerventil 38 in seine zweite Schaltstellung 49 bewegt. Dies geschieht durch den Piezo-Aktor 52. Nun ist der Strömungskanal 36 mit dem Niederdruck-Fluidauslass 50 verbunden. Somit strömt der Kraftstoff aus dem Steuerraum 34 durch die Strömungsdrossel 40, den Diffusor 42 und das Steuerventil 38 hindurch zum Niederdruck-Fluidauslass 50. Somit sinkt der Druck im Steuerraum 34. Gleichzeitig liegt jedoch im Ringraum 56 weiterhin der volle Systemdruck an, welcher auch auf die schräge Druckfläche 30 an der Ventilnadel 24 wirkt.

Sobald die entsprechende Kraft-Resultierende 31, welche in Öffnungsrichtung wirkt, größer ist als die Kraft- Resultierende 33, welche in Schließrichtung wirkt, hebt die Ventilnadel 24 vom Ventilsitz im Bereich des Einspritz- Endes 18 ab und verbindet so die Kraftstoff- Austrittsöffnungen 22 mit dem Ringraum 58. Jetzt kann Kraftstoff aus den Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 austreten.

Die Geschwindigkeit des Druckabfalls im Steuerraum 34 wird dabei durch die Ausbildung der trompetenförmigen Erweiterungen 44 und 46 an den jeweiligen axialen Enden der Strömungsdrossel 40 bestimmt. Der Druckabfall erfolgt dabei - vergleichsweise - langsam, sodass auch die Ventilnadel 24 relativ langsam öffnet. Dies ist für die Ausbildung eines verbrennungs- und emissionsoptimalen Kraftstoffstrahles, welcher aus den Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 austritt, vorteilhaft.

Um eine Einspritzung zu beenden, wird der Piezo-Aktor 52 wieder stromlos geschaltet. Hierdurch bewegt sich das Steuerventil 38 in seine Ruhestellung 47 zurück, welche in Fig. 1 dargestellt ist. Nun strömt der Kraftstoff vom Hochdruck-Fluideinlass 48 durch das Steuerventil 38, den Diffusor 42 und die Strömungsdrossel 40 in den Steuerraum 34 zurück. Somit erhöht sich der Druck im Steuerraum 34. Sobald die Größe der Kraft-Resultierenden 33 die Größe der in entgegengesetzter Richtung ausgerichteten Kraft- Resultierenden 31 übersteigt, wird die Ventilnadel 24 wieder gegen den Ventilsitz im Bereich des Einspritz-Endes 18 gedrückt und somit die Verbindung zwischen den Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 und dem Ringraum 58 unterbrochen.

Die Schließgeschwindigkeit der Ventilnadel 24 wird dabei durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit welcher sich der Druck im Steuerraum 34 erhöht. Diese Geschwindigkeit hängt wiederum von der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes durch die Strömungsdrossel 44 hindurch ab. Da die Krümmung der trompetenförmigen Erweiterung 44, welche dem Steuerventil 38 zugewandt ist, größer ist als die Krümmung der trompetenförmigen Erweiterung 44, welche am dem Steuerraum 34 zugewandten Ende der Strömungsdrossel 40 angeordnet ist, ist der Strömungswiderstand des Kraftstoffes in Strömungsrichtung zum Steuerraum 34 hin geringer als in umgekehrter Richtung.

Der Druckaufbau im Steuerraum 34, welcher zum Schließen der Ventilnadel 24 erforderlich ist, erfolgt also schneller als der Druckabfall, welcher zum Öffnen der Ventilnadel 24 erforderlich ist. Durch die entsprechende Ausbildung der trompetenförmigen Erweiterungen 44 und 46 kann somit die für eine verbrauchs- und emissionsoptimale Verbrennung erforderliche Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Ventilnadel 24 eingestellt werden. Dabei ist nur eine einzige Strömungsdrossel 40 erforderlich.

In Fig. 3 ist der Bereich der Strömungsdrossel 40 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Injektors 10 dargestellt. Solche Teile und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Teilen und Bereichen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels aufweisen, tragen die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail erläutert.

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen betrifft die geometrische Ausbildung der Strömungsdrossel 40. Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel an den jeweiligen axialen Enden der Strömungsdrossel 40 trompetenförmige Erweiterungen vorhanden waren, sind bei der in Fig. 3 dargestellten Strömungsdrossel 40 derartige trompetenförmige Erweiterungen nicht vorgesehen. Stattdessen hat die Strömungsdrossel 40 in Längsrichtung gesehen konische Form. Dabei ist der Querschnitt der Strömungsdrossel 40 an dem dem Steuerraum 34 zugewandten Ende größer als an dem dem Steuerventil 38 zugewandten Ende.

Wie auch bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, mündet die Strömungsdrossel 40 zum Steuerventil 38 hin in den Diffusor 42. Wenn das Steuerventil 38 betätigt wird, sodass der Steuerraum 34 mit dem Niederdruck-Fluidauslass 50 verbunden ist, strömt der Kraftstoff aus dem Steuerraum 34 über die Strömungsdrossel 40 in den Diffusor 42. Aufgrund der schlagartigen Querschnittserweiterung von der Strömungsdrossel 40 zum Diffusor 42 sinkt der Druck im Kraftstoff schlagartig, sodass im Kraftstoff in diesem Bereich Kavitationsblasen entstehen.

Das Auftreten von Kavitation erhöht den Strömungswiderstand, sodass die Entleerung des Steuerraums 34 und die entsprechende Öffnungsbewegung der Ventilnadel 24 nur relativ langsam erfolgen. In umgekehrter Strömungsrichtung, also vom Steuerventil 38 zum Steuerraum 34 hin, tritt eine solche Kavitation nicht auf. Der Kraftstoff kann somit vom Hochdruck-Fluideinlass 48 in den Steuerraum 34 schneller strömen als in umgekehrter Richtung aus dem Steuerraum 34 heraus zum Niederdruck-Fluidauslass 50 hin.

Der bei einer Fluidströmung vom Steuerraum 34 zum Steuerventil 38 hin erfolgende starke Druckabfall im Übergang zwischen Strömungsdrossel 40 und Diffusor 42 hat noch einen weiteren positiven Effekt: Aufgrund dieses starken Druckabfalls herrscht auf jener Seite des Steuerventils 38, welche zum Steuerraum hin 34 gewandt ist, bei betätigtem Steuerventil 38 bereits ein relativ niedriger Druck. Der Druckabfall über das Steuerventil 38 hinweg ist somit nur noch relativ gering. Insoweit haben Fertigungstoleranzen beispielsweise am Ventilelement (nicht dargestellt) des Steuerventils 38, wenn überhaupt, nur noch einen geringen Einfluss auf die Geschwindigkeit, mit welcher der Druck im Steuerraum 34 abfällt.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Injektors 10 dargestellt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel gilt, dass solche Teile und Bereiche, welche funktionsäquivalent zu Teilen und Bereichen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele sind, die gleichen Bezugszeichen tragen und nicht nochmals im Detail erläutert sind.

Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen zweigt von dem zweiten Strömungskanal 54 eine zweite Strömungsdrossel 59 ab. Über diese zweite Strömungsdrossel 59 ist der Steuerraum 34 ständig mit dem Hochdruck- Fluideinlass 48 verbunden. Querschnitt und Länge der zweiten Strömungsdrossel 59 sind so bemessen, dass ihre Drosselwirkung stärker ist als jene der ersten Strömungsdrossel 40 in einer Richtung vom Steuerraum 34 zum Steuerventil 38 hin. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Kraftstoff aus dem Steuerraum 34 bei betätigtem Steuerventil 38 schneller durch die erste Strömungsdrossel 40 abströmen kann als Kraftstoff durch die zweite Strömungsdrossel 59 in den Steuerraum 34 nachströmen kann.

Ein weiterer Unterschied betrifft die Ausbildung der Strömungsdrossel 40. Diese ist bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Injektors 10 ohne irgendwelche trompetenförmigen Erweiterungen und auch nicht konisch, sondern als linearer und gleichförmiger Strömungskanal ausgebildet.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Injektor 10 stehen für das Befüllen des Steuerraums 34, welches zum Schließen des Ventilelements 24 erforderlich ist, die Strömungsdrossel 40 und die Strömungsdrossel 59 zur Verfügung. Das Befüllen des Steuerraums 34 erfolgt daher sehr schnell, sodass auch das Ventilelement 24 sehr schnell von der geöffneten in die geschlossene Position gebracht und die Abgabe von Kraftstoff aus dem Injektor 10 beendet wird. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Strömungsdrossel 40 in der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Weise auszubilden.

In Fig. 5 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 60 dargestellt. Sie umfasst ein Kraftstoffsystem 62. Dieses weist wiederum einen Kraftstoffbehälter 64 auf, aus dem eine elektrische Niederdruck-Kraftstoffpumpe 66 den Kraftstoff zu einer motorgetriebenen Hochdruckpumpe 68 fördert. Von dieser gelangt der Kraftstoff in eine Kraftstoff-Sammelleitung 70. Diese wird gemeinhin auch als "Rail" bezeichnet. Sie führt zu dem oben erwähnten Hochdruck-Fluideinlass 48. An die Kraftstoff-Sammelleitung 70 sind mehrere Injektoren 10 angeschlossen, die entsprechend den Fig. 1 und 2 bzw. 1 und 3 ausgebildet sind. Die Injektoren 10 spritzen jeweils den Kraftstoff (Diesel oder Benzin) direkt in Brennräume 72 ein. Von einem Niederdruck-Auslass 50 der Injektoren 10 führt jeweils eine Kraftstoffleitung 73 zurück zum Kraftstoffbehälter 64.

Claims

1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) für Brennkraftmaschinen (60), insbesondere Common-Rail- Injektor, mit einem Gehäuse (12) mit einem Einspritz-Ende (18), mit einer in dem Gehäuse (12) vorhandenen Ausnehmung (20), mit mindestens einem axial beweglichen Ventilelement (24), das in der Ausnehmung (20) angeordnet ist, mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet und eine vom Einspritz-Ende (18) abgewandte Druckfläche (32) aufweist, welche einen Steuerraum (34) axial begrenzt, mit einer Einrichtung (30, 54, 56), welche das Ventilelement (24) entgegen der Kraft- Resultierenden (33) der Druckfläche (32) beaufschlagt, und mit einem Steuerventil (38), welches über eine Strömungsdrossel (40) mit dem Steuerraum (34) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (38) mindestens drei Anschlüsse und mindestens zwei Schaltstellungen aufweist und auf der einen Seite an einen Hochdruck-Fluideinlass (48) und einen Niederdruck- Fluidauslass (50) und auf der anderen Seite an die Strömungsdrossel (40) angeschlossen ist.

2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsdrossel (40) so ausgebildet ist, dass ihre Drosselwirkung in Richtung zum Steuerventil (38) größer ist als in Richtung zum Steuerraum (34).

3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10)nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsdrossel (40) an ihren Enden jeweils eine trompetenförmige Erweiterung (44, 46) aufweist und sich die Krümmung und/oder der Krümmungsverlauf der trompetenförmigen Erweiterung (44) des einen Endes von jener (46) des anderen Endes unterscheidet.

4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10)nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die trompetenförmige Erweiterung (46) am dem Steuerraum (34) zugewandten Ende der Strömungsdrossel (40) stärker gekrümmt ist als jene Erweiterung (44) am dem Steuerventil (38) zugewandten Ende.

5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsdrossel (40) so ausgebildet ist, dass beim Ausströmen des Fluids aus dem Steuerraum (34) stromabwärts der Strömungsdrossel (40) Kavitation auftritt.

6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsdrossel (40) in Längsrichtung gesehen konische Form hat, wobei ihr Querschnitt am dem Steuerraum (34) zugewandten Ende größer ist als am dem Steuerventil zugewandten Ende.

7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Auslass der Strömungsdrossel (40) zum Steuerventil (38) hin ein Diffusor (42) angeordnet ist.

8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (38) einen Piezo-Aktor (52) aufweist.

9. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine zweite Strömungsdrossel (59) umfasst, welche den Steuerraum (34) ständig mit dem Hochdruck- Fluideinlass (48) verbindet, wobei die Drosselwirkung der zweiten Strömungsdrossel (59) stärker ist als jene der ersten Strömungsdrossel (40) in einer Richtung vom Steuerraum (34) zum Steuerventil (38) hin.

10. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilelement (24) eine zweite Druckfläche (30) vorhanden ist, deren Kraft-Resultierende (31) im Wesentlichen entgegen der Kraft-Resultierenden (33) der ersten Druckfläche (32) ausgerichtet ist und welche einen Druckraum (36) begrenzt, der mit dem Hochdruck-Fluideinlass (48) verbunden ist.

11. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (34) über einen in das Gehäuse (12) eingebrachten Strömungskanal (54) mit dem Hochdruck-Fluideinlass (50) verbunden ist, und die zweite Strömungsdrossel (59) von diesem Strömungskanal (54) abzweigt.

12. Kraftstoffsystem (62) mit einem Kraftstoffbehälter (64), mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10), welche den Kraftstoff direkt in den Brennraum (72) einer Brennkraftmaschine (60) einspritzt, mit mindestens einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (68), und mit einer Kraftstoff-Sammelleitung (70), an die die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (10) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.

13. Brennkraftmaschine (60) mit mindestens einem Brennraum (72), in den der Kraftstoff direkt eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kraftstoffsystem (62) nach Anspruch 12 aufweist.