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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von bekannten Kraftstoffinjektoren zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Bei
diesen Kraftstoffinjektoren kann es sich insbesondere um Kraftstoffinjektoren
für Hochdruck-Speichereinspritzsysteme handeln, welche
auch als Common-Rail-Injektoren bezeichnet werden. Dabei wird Kraftstoff
aus einem Hochdruckspeicher (Rail) den Kraftstoffinjektoren über
einen Hochdruckzulauf zugeleitet, und die Injektion des Kraftstoffs,
d. h. das Öffnen des Kraftstoffinjektors, wird in der Regel
durch einen Aktor, beispielsweise einen Magnet- oder Piezoaktor,
gesteuert.
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Ein
Vorteil der Common-Rail-Injektoren besteht darin, dass das Einspritzverhalten über
den Aktor sehr präzise gesteuert werden kann, sodass sich auch
komplexe, für die Verbrennung besonders günstige
Einspritzverläufe realisieren lassen. Dadurch lassen sich
Brennkraftmaschinen mit äußerst geringer Schadstoffemission
realisieren.
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Eine
bei Common-Rail-Kraftstoffinjektoren in der Praxis auftretende unliebsame
Erscheinung ist jedoch das Problem der Druckschwingungen. Druckschwingungen
im Common-Rail-System können unerwünschte bis
schädigende Auswirkungen auf das Betriebsverhalten des
Gesamtsystems und der Brennkraftmaschine haben. Zudem können
diese auch die Haltbarkeit des Gesamtsystems sowie einzelner Injektoren
vermindern. So sind Druckschwingungen im Hochdruckbereich mit einer
Amplitude von ca. 300 bar in vielen Fällen ein alltägliches
Ereignis.
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Die
Druckschwingungen führen jedoch in der Praxis zu Düsensitzverschleiß und
zu einer Mengenungenauigkeit, insbesondere bei Mehrfacheinspritzungen.
Daher wird versucht, diesen Druckschwingungen mit Dämpfungsmaßnahmen,
wie beispielsweise Drosseln und Mengenstromventilen, entgegenzuwirken.
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Ein
Beispiel einer derartigen Maßnahme zur zumindest teilweisen
Eliminierung von Druckschwingungen ist in
DE 103 07 871 A1 offenbart.
Dabei wird eine Hochdruckleitung zwischen einem Injektor und einem
Common-Rail vorgeschlagen, welche die beim Betätigen des
Injektors entstehenden Druckwellen ganz oder teilweise abbaut. Die
Hochdruckleitung weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt
auf, welche zueinander parallel geschaltet sind.
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Die
in
DE 103 07 871 A1 gezeigte
Anordnung trägt zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens
und zur Eliminierung von Druckschwingungen bei. Dennoch lässt
die
DE 103 07 871
A1 Raum für weitere Verbesserungen, insbesondere
da die vorgeschlagene Hochdruckleitung vom Aufbau her vergleichsweise
komplex ist und aufgrund der fest vorgegebenen Längenverhältnisse
in der Regel nur Druckschwingungen innerhalb eines schmalen Frequenzbereichs
dämpft.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung beruht im Wesentlichen auf der Idee, zusätzlich
zu einer in Common-Rail-Injektoren üblicherweise vorhandenen,
sich im Wesentlichen parallel zur Injektorachse erstreckenden Hochdruckbohrung
mindestens eine weitere, separate Schwingungsdämpfungsbohrung
vorzusehen. Diese Schwingungsdämpfungsbohrung umfasst einen
sich im Injektorgehäuse im Wesentlichen parallel zur Injektorachse
erstreckenden Dämpfungskanal. Unter „im Wesentlichen
parallel" sind dabei hier und im Folgenden auch leichte Abweichungen
von der Parallelität zu verstehen, vorzugsweise Abweichungen
von nicht mehr als 20°, besonders bevorzugt von nicht mehr
als 5°.
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Im
Gegensatz zur
DE 103
07 871 A1 wird somit vorgeschlagen, das Schwingungsdämpfungselement
in den Injektorkörper selbst zu verlagern. Die zusätzliche
Bohrung kann ohne größeren konstruktiven Aufwand
realisiert werden und ist daher auch fertigungstechnisch leicht
implementierbar.
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Weiterhin
beruht das Schwingungsdämpfungsverhalten gemäß der
Erfindung nicht, wie in der
DE 103 07 871 A1 , auf einer Überlagerung
von hin- und rücklaufenden Wellen. Dadurch ist eine Dämpfung
innerhalb eines weiten Frequenzbereichs realisierbar. Das Dämpfungsverhalten
beruht gegenüber bekannten Systemen vielmehr auf einer „Parallelschaltung"
eines Dämpfungskanals, mit einem entsprechenden Widerstand
für Druckwellen und einem entsprechenden Flüssigkeitsvolumen.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn die Schwingungsdämpfungsbohrung
sich zwischen einem Hochdruckbereich, insbesondere einem Hochdruckraum,
welcher dem Steuerraum benachbart ist (beispielsweise einem Hochdruck-Ringraum,
welcher den Steuerraum um gibt), und dem Düsenraum erstreckt.
Beispielsweise kann in diesem Fall die Schwingungsdämpfungsbohrung
im Wesentlichen gleich lang sein und sich im Wesentlichen parallel
erstrecken zu einer Hochdruckbohrung, welche Kraftstoff unter Hochdruck
in den Düsenraum befördert, damit dieser von dort
durch Einspritzöffnungen in den Brennraum eingespritzt
werden kann.
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Besonders
bevorzugt ist es dabei, wenn die Schwingungsdämpfungsbohrung
mindestens ein Drosselelement umfasst, wobei zwei oder mehr Drosselelemente
bevorzugt sind. Insbesondere kann das Drosselelement ein den Dämpfungskanal
und den Hochdruckraum (insbesondere den Hochdruck-Ringraum) verbindendes
erstes Drosselelement umfassen. Weiterhin kann das Drosselelement ein
den Dämpfungskanal und den Düsenraum verbindendes
zweites Drosselelement umfassen. Diese Implementierung der Drosselelemente
ist auch fertigungstechnisch vergleichsweise einfach implementierbar,
da in diesem Fall beispielsweise lediglich eine im Wesentlichen
parallel zur Injektorachse verlaufende Bohrung für den
Dämpfungskanal und zwei schräg dazu verlaufende
Bohrungen für die Drosselelemente implementiert werden
müssen.
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Dabei
hat es sich als besonders vorteilhaft für die Dämpfungseigenschaften
erwiesen, wenn die Drosselelemente einen Querschnitt mit einem Durchmesser
zwischen 0,1 und 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,2 und 0,5 und besonders
bevorzugt bei 0,3 mm aufweisen. Für den Dämpfungskanal
haben sich Querschnitte von mindestens 1,0 mm, insbesondere mindestens
1,5 mm und besonders bevorzugt von ca. 2,0 mm als vorteilhaft erwiesen.
Letzterer Wert stellt einen in der Praxis gut realisierbaren Kompromiss
zwischen einem möglichst hohen Flüssigkeitsvolumen
für die Dämpfung (träge Masse) und der Raumbedarf
des Dämpfungskanals im Injektorkörper dar.
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Um
ein möglichst hohes Dämpfungsvolumen als „träge
Masse" bereitstellen zu können, ist es bevorzugt, wenn
der Dämpfungskanal eine Länge von mindestens 40
mm, insbesondere von mindestens 60 mm und besonders bevorzugt von
90 mm aufweist. Damit ist der Dämpfungskanal in heute kommerzielle
Kraftstoffinjektoren implementierbar, ohne dass deren Außenabmessungen
verändert werden müssten.
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Der
Kraftstoffinjektor in einer der oben beschriebenen Ausführungsformen
ermöglicht eine Schwingungsdämpfung von Druckschwingungen
innerhalb eines weiten Frequenzbereichtes. Damit lässt
sich der Verschleiß des Kraftstoffinjektors erheblich vermindern,
und die Lebensdauer der Common-Rail-Systeme lassen sich erheblich
verbessern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
Druck- und Kraftverlauf für ein Common-Rail-System;
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2 eine
Systemantwort im Frequenzraum eines Common-Rail-Systems auf eine
eigene Einspritzung und eine Nachbareinspritzung;
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3 einen
kumulierten Verschleiß für ein Ein-Injektor-System
und ein gesamtes Common-Rail-System mit mehreren aktiven Injektoren;
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4 ein
Ausführungsbeispiel eines Common-Rail-Injektors gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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5 ein Übertragungsverhalten
eines Common-Rail-Injektors gemäß dem Stand der
Technik im Vergleich zu einem erfindungsgemäßen
Common-Rail-Injektor und
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6 simulierter
Verschleiß von Common-Rail-Injektoren mit verschiedenen
Verschleiß reduzierenden Maßnahmen.
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Anhand
der 1 bis 3 sollen zunächst Verschleißeffekte
in Kraftstoffinjektoren und deren Ursachen skizziert werden. Die
dadurch gewonnenen Erkenntnisse stellen die Grundlage für
einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor dar,
welcher anschließend in den 4 bis 6 anhand
eines Ausführungsbeispiels erläutert wird.
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In
der 1 ist ein charakteristisches Betriebsverhalten
eines kommerziell erhältlichen Common-Rail-Injektors als
Zeitverlauf dargestellt. Dabei zeigt die obere Kurve (Bezugszeichen 110)
den Druckverlauf in Bar, und die untere Kurve (Bezugszeichen 112)
die Kraft auf, die Düsennadel bzw. das Einspritzventilglied
(im Folgenden als Nadelkraft bezeichnet), aufgetragen in Newton.
Dargestellt ist der Zeitverlauf über einen vollen Injektionszyklus
eines Sechszylinder-Motors.
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Es
lässt sich erkennen, dass das Betriebsverhalten des Einspritzsystems
in zwei Bereiche aufgeteilt werden kann: zum Einen in den Bereich
(in 1 mit Bezugsziffer 114 bezeichnet), in
dem die Antwort auf die eigene Einspritzung dominiert, und in einen
zweiten Be reich (in 1 mit Bezugsziffer 116 bezeichnet),
in welchem der Einfluss der Nachbarinjektionen überwiegt.
In 1 verläuft die Grenze zwischen den beiden
Bereichen ungefähr bei 0,027 s.
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Innerhalb
des ersten Bereichs 114 wird das Schwingungsverhalten,
beispielsweise die Schwingung der Nadelkraft 112, dominiert
durch die eigene Einspritzung des betrachteten Kraftstoffinjektors.
Im zweiten Bereich 116 hingegen wird das Schwingungsverhalten
ausgelöst durch Nachbarinjektionen, also durch Injektionen
benachbarter Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine. Dieser
Bereich der fremdominierten Schwingungen wird üblicherweise auch
als „Telefonie"-Bereich bzw. Bereich der „Telefonie"-Effekte
bezeichnet.
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Die
Telefonie-Effekte, also Effekte der Schwingung in einem Kraftstoffinjektor,
welche durch Nachbarinjektionen ausgelöst werden, haben
einen massiven Einfluss auf den Verschleiß der Kraftstoffinjektoren.
Untersuchungen haben ergeben, dass die eigene Einspritzung lediglich
eine Gesamtbelastung pro Zyklus von 1/3 an Verschleiß verursacht,
im Gegensatz zu dem Einfluss der Nachbarinjektionen, welche einen
Anteil von ca. 2/3 am Verschleiß haben.
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In 2 ist
eine mögliche Ursache der oben beschriebenen Effekte aufgezeigt.
Dabei sind die Gradienten der Systemantworten, also die Ableitungen
I der Nadelkraft (vgl. Kurve 112 in 1) im Frequenzraum
in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Während
die Kurve 118 die Systemantwort auf eine eigene Injektion
darstellt, zeigt die Kurve 120 die Systemantwort auf Nachbarinjektionen.
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Dabei
ist deutlich zu erkennen, dass sowohl bei der eigenen Einspritzung 118 als
auch bei Nachbarinjektionen 120 im Wesentlichen zwei Hauptfrequenzen
angeregt werden, nämlich eine erste Frequenz bei ca. 650
Hz und eine zweite Frequenz bei ca. 3,2 KHz. Diese Eigenfrequenzen
sind in beiden Kurven 118, 120 als steile Peaks
(Maxima) zu erkennen.
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Darüber
hinaus zeigt die Systemantwort 120 der Nachbarinjektionen,
also der Telefonie-Effekte, eine Vielzahl weiterer Anregungsfrequenzen.
Dies bedeutet, dass die Düsennadel bzw. das Einspritzventilglied
eines Kraftstoffinjektors sehr empfindlich auf Anregungen durch
Nachbarinjektionen reagiert und ein wesentlich ausgeprägteres
Schwingungsverhalten aufweist.
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Diese
erhöhte Empfindlichkeit, d. h. ausgeprägtere Systemantwort
bzw. Kraftgradient, gegenüber einer Rail-seitigen Anregung
durch Nachbarinjektionen hat einen erheblichen Einfluss auf das
Verschleißverhalten der Kraftstoffinjektoren. Zwar sind, wie
aus Kurve 112 in 1 hervorgeht,
die Schwingungsamplituden, welche durch Nachbarinjektionen verur sacht
werden, kleiner als die Schwingungsamplituden im Bereich der eigenen
Einspritzungen 114. Dies könnte zunächst
einen niedrigeren Verschleiß vermuten lassen. Maßgeblich
für den Verschleiß sind jedoch die Gradienten
dieser Kräfte, welche in 2 dargestellt
sind und die Verschleißleistung charakterisieren. Aufgrund
dieser höheren Gradienten durch die Telefonie-Effekte weisen
die Nachbarinjektionen 120 einen höheren Anteil
in den akkumulierten berechneten Verschleißwerten auf.
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Für
die Berechnung des Verschleißes lassen sich verschiedene
physikalische Modelle generieren, auf die hier nicht im Detail eingegangen
werden soll. In 3 ist das Ergebnis eines derartigen
Verschleißmodells grafisch veranschaulicht. Dabei zeigt die
Y-Achse 122 den akkumulierten Verschleiß, wohingegen
die X-Achse 124 die Zeit symbolisiert. Aufgetragen ist
die Zeit über einen vollständigen Injektionszyklus
eines Sechszylinder-Motors. Dabei sind jeweils symbolisch die Injektionen
der einzelnen Injektoren mit der Bezugsziffer 126 bezeichnet.
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Wiederum
sind zwei Kurven dargestellt: eine Kurve 128, bei welcher
lediglich die eigene Injektion berücksichtigt wird, und
eine Verschleißkurve 130 bei welcher auch Nachbarinjektionen
berücksichtigt werden, welche also ein vollständig
aktiviertes System einer Brennkraftmaschine symbolisieren.
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Die
Kurve 128, bei welcher lediglich ein einzelner Injektor
während eines Injektionszyklus aktiv ist, zeigt den erwarteten,
im Wesentlichen flachen Verlauf. Die Kurve 130, bei welcher
auch die Nachbarinjektionen berücksichtigt sind, zeigt
jedoch ein charakteristisches Stufenbild, bei welchem nicht nur
bei der eigenen Injektion am Anfang des Zyklus ein Verschleiß auftritt,
sondern auch bei jeder nachfolgenden Injektion durch benachbarte
Injektoren. Dies ist das Ergebnis der in 2 dargestellten
Systemantwort des nicht aktivierten Injektors auf Injektionen durch
Nachbarinjektoren.
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Wie
oben beschrieben, beruht ein wesentlicher Ansatz der vorliegenden
Erfindung darauf, die Empfindlichkeiten eines Kraftstoffinjektors
gegenüber höheren Frequenzen durch geometrische
Veränderungen des Hochdruck-Fluidsystems zu verkleinern.
Dementsprechend wird eine Maßnahme vorgeschlagen, welche
in der Lage ist, das Übertragungsverhalten der Eingangsgröße
Druck auf die Nadelkraft hinsichtlich seiner Verstärkung
bzgl. der Eigenfrequenzen zu minimieren.
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In 4 ist
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Kraftstoffinjektors 132 dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 132 weist
ein Injektorgehäuse 134 auf, welches modular aus
mehreren, durch eine Überwurfmutter 136 zusammengehaltenen
Modulen zusammengesetzt ist.
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In
einem Düsenmodul 138 ist ein Einspritzventilglied 140 aufgenommen,
welches parallel zur Injektorachse 142 beweglich gelagert
ist. Das Einspritzventilglied 140 ist von einem Düsenraum 144 umgeben
und verschließt an seinem unteren Ende Einspritzöffnungen 146.
Der Düsenraum 144 steht mit einer Hochdruckbohrung 148 in
Verbindung, welche sich im Wesentlichen parallel zur Injektorachse 142 erstreckt,
d. h. mit einer Winkelabweichung von ca. 4°. Die Hochdruckbohrung 148 steht
mit einem Hochdruckzulauf 150 in Verbindung und kann über diesen
aus einem Hochdruckspeicher (Common-Rail), welcher in 4 nicht
dargestellt ist, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt
werden.
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Das
Einspritzventilglied 140 wird durch eine Düsenfeder 152 mit
einer Schließkraft beaufschlagt. Weiterhin steht das Einspritzventilglied 140 in
Verbindung mit einem Steuerkolben 154, oberhalb dessen sich
ein Steuerraum 156 befindet. Der Steuerraum 156 ist
von einem Hochdruck-Ringraum 158 umgeben, welcher wiederum
mit der Hochdruckbohrung 148 in Verbindung steht. Der Hochdruck-Ringraum 158 ist
mit dem Steuerraum 156 über ein Steuerraum-Drosselelement 160 verbunden.
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Der
Druck im Steuerraum 156 wird in diesem Ausführungsbeispiel
durch ein Magnetventil 162 gesteuert, über welches
eine Entlastungsbohrung 164, welche ebenfalls mit einem
Drosselelement ausgestattet ist, verschlossen bzw. freigegeben werden kann.
Dadurch wird die Entlastungsbohrung 164 und damit der Steuerraum 156 von
einem Niederdruckablauf 166 getrennt bzw. mit diesem verbunden.
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Wird
das Magnetventil 162 geöffnet, so sinkt der Druck
im Steuerraum 156, und der Steuerkolben 154 und
damit das Einspritzventilglied 140 bewegen sich nach oben
und geben die Einspritzöffnung 146 frei. Damit
beginnt der Einspritzvorgang. Wird das Magnetventil 162 geschlossen,
so herrscht im Steuerraum 156 hingegen Hochdruck, sodass
das Einspritzventilglied 140 in seinen Ventilsitz gepresst wird,
wobei die Einspritzöffnungen 146 verschlossen sind.
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Die
oben beschriebenen Systemanregungen des Fluidsystems des Kraftstoffinjektors 132 durch Nachbarinjektionen
werden somit in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 durch
den Hochdruckzulauf 150 angeregt, welcher mit dem Common-Rail
in Verbindung steht. Die Druckschwankungen breiten sich durch die
Hochdruckbohrung 148 aus und verursachen somit, wie oben
beschrieben, typische Druckschwingungen im Düsenraum 144 und
im Hochdruck-Ringraum 158 mit Amplituden von typischerweise
bis zu 300 bar.
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Bei
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des
Kraftstoffinjektors 132 ist eine erfindungsgemäße
Dämpfungsmaßnahme implementiert, um diese Druckschwankungen
zu dämpfen. Zu diesem Zweck ist eine Schwingungsdämpfungsbohrung 168 vorgesehen,
welche einen Dämpfungskanal 170 aufweist. Dieser
Dämpfungskanal 170 erstreckt sich im Wesentlichen
auf gleicher Länge zur Hochdruckbohrung 148 durch
den Injektorkörper 134 und verläuft ebenfalls
im Wesentlichen parallel zur Injektorachse 142. Die Winkelabweichungen
von der Parallelität entsprechen dabei im Wesentlichen
den Winkelabweichungen der Hochdruckbohrungen 148.
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Die
Schwingungsdämpfungsbohrung 168 verbindet den
Hochdruck-Ringraum 158 mit dem Düsenraum 144.
Zu diesem Zweck ist der Dämpfungskanal 170 in
diesem Ausführungsbeispiel über eine Ringraumdrossel 172 und
mit dem Düsenraum 144 über eine Düsenraumdrossel 174 verbunden.
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Durch
die in 4 dargestellte Dämpfungsmaßnahme
lässt sich auf einfache Weise (d. h. lediglich durch zusätzliche
Implementierung des Dämpfungskanals 170 und der
Drosseln 172, 174) das fluidische Schwingungsverhalten
des Kraftstoffinjektors 132 gezielt modifizieren. Insbesondere
lassen sich auf diese Weise die Eigenfrequenzen des Schwingungssystems
verstimmen und die Empfindlichkeit des Systems gegenüber
einer Anregung von außen deutlich reduzieren.
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Dabei
haben sich in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Länge des Dämpfungskanals 170 von
90 mm und ein Durchmesser von ca. 2 mm als geeignet erwiesen. Die
Drosseln 172, 174 weisen in diesem Ausführungsbeispiel
jeweils Durchmesser von 0,3 mm auf. Die Schwingungsdämpfungsbohrung 168 stellt
somit insgesamt ein zweites fluidisches Hochdrucksystem dar, welches
parallel zur Hochdruckbohrung 148 angeordnet ist. Eine Schwingungsdämpfung
wird im Wesentlichen durch die Kombination der trägen fluidischen
Masse innerhalb des Dämpfungskanals 170 und die
Drosseln 172, 174 bewirkt, was auf ähnliche
Weise beschreibbar ist wie eine elektrische Dämpfung in
einem RC-Schwingkreis.
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Die
in 4 dargestellte Dämpfungsmaßnahme
verändert das Übertragungsverhalten des Kraftstoffinjektors 132 im
positiven Sinne. In 5 ist eine Übertragungsfunktion
für einen Standardinjektor (Kurve 176) mit einer Übertragungsfunktion 178 eines
Injektors mit einer Schwingungsdämpfungsbohrung 168 verglichen.
Aufgetragen ist dabei jeweils die Übertragungsfunktion η in
dB, welches sich als Quotient der Ableitung der Nadelkraft und der
Ableitung des Rail-Drucks ergibt. Die Auftragung erfolgt im Frequenzraum.
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Die
beiden Kurven 176, 178 entsprechen dabei einem
Kraftstoffinjektor 132 gemäß 4,
wobei Kurve 176 einen Kraftstoffinjektor ohne die Schwingungsdämpfungsbohrung 168 (d.
h. ohne Dämpfungskanal 170, ohne Ringraumdrossel 172 und ohne
Düsenraumdrossel 174) darstellt, Kurve 178 hingegen
einen Kraftstoffinjektor 132 gemäß 4 mit
den genannten Elementen, also mit einer Schwingungsdämpfungsbohrung 168.
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Das
in 5 dargestellte Diagramm, welches auch als Bode-Diagramm
bezeichnet wird, zeigt deutlich zwei Effekte der Schwingungsdämpfungsmaßnahme:
zum einen verschieben sich die als charakteristische Spitzen in
den Kurven 176, 178 gekennzeichneten Eigenfrequenzen
durch die Schwingungsdämpfungsmaßnahme hin zu
kleineren Frequenzen. Zum anderen werden die Spitzen in den Übertragungsfunktionen
auch deutlich minimiert, sodass insgesamt eine breitbandige Dämpfung
im gesamten Frequenzbereich zu verzeichnen ist. Damit ist die Empfindlichkeit
des Kraftstoffinjektors 132 gegenüber Druckschwankungen
deutlich minimiert. Insbesondere in dem für das Verschleißverhalten
von Kraftstoffinjektoren besonders relevanten Betriebsfrequenzbereich
zwischen 100 Hz und 4 KHz sind die Amplitudenantworten durch die
Schwingungsdämpfungsbohrung 168 deutlich vermindert
worden.
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Somit
ergeben sich durch die Schwingungsdämpfungsbohrung
168 gemäß dem
Ausführungsbeispiel in
4 deutliche
Vorteile gegenüber bekannten Schwingungsdämpfungsmaßnahmen,
wie beispielsweise der in
DE
103 07 871 A1 dargestellten Maßnahme. Es ist insgesamt
im gesamten Frequenzbereich eine Schwingungsdämpfung zu
verzeichnen, sodass die Schwingungsmaßnahme beispielsweise
nicht spezifisch eingerichtet ist auf einen bestimmten Betriebspunkt
des gesamten Injektorsystems bzw. der Brennkraftmaschine. Dies ist
ein erheblicher Vorteil, da hierdurch beispielsweise die Flexibilität
und Einsetzbarkeit des Schwingungsdämpfungssystems nicht
nur bezüglich verschiedener Injektortypen bzw. Maschinentypen
erweitert wird, sondern auch bezüglich der Effizienz für
die einzelnen Betriebspunkte der Brennkraftmaschine. Zudem ist die
Schwingungsdämpfungsbohrung
168 unmittelbar im
Injektorgehäuse
134 integriert, was zusätzliche Maßnahmen
außerhalb des Kraftstoffinjektors erspart. Die Absorptionsdämpfung
erfolgt also zusätzliche Bauteile oder Komponenten innerhalb
des Kraftstoffinjektors
132 selbst.
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In 6 sind
schließlich Ergebnisse von Verschleißsimulationen
dargestellt. Gezeigt sind dabei drei verschiedene Situationen: der
Balken 180 zeigt den Verschleiß für eine
Mehrfacheinspritzung ohne jegliche Dämpfungsmaßnahme,
d. h. ohne irgendeine Dämpfung zwischen Common-Rail und
Düsenraum 144. Diese Situation, welche auch als „DC"
(direct connection) bezeichnet wird, wurde willkürlich auf
100% gesetzt.
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Der
Balken 182 bezeichnet demgegenüber einen Kraftstoffinjektor 132 mit
einer sog. „Rail Injector Throttle" (RTT), mit einem Durchmesser
von 1,1 mm. Dieses Drosselelement RIT, welches ebenfalls aus dem
Stand der Technik bekannt ist, ist im Hochdruckzulauf 150 angeordnet,
und zwar im Railausgang vor der zum Injektor führenden
Hochdruckleitung, und bewirkt bereits eine gewisse Dämpfung
von Druckschwingungen im Rail. Somit sinkt bereits durch diese Maßnahme
der Verschleiß des Kraftstoffinjektors um ca. 20%.
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Der
Balken 184 veranschaulicht hingegen eine Schwingungsdämpfungsmaßnahme
gemäß der Erfindung, beispielsweise die in 4 dargestellte Schwingungsdämpfungsbohrung 168 bzw.
deren Auswirkung. Deutlich ist zu erkennen, dass durch die Schwingungsdämpfungsbohrung 168 der
Gesamtverschleiß von 100% auf ca. 66% reduziert wird.
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Die
Erfindung zeigt somit einen Weg auf, um effizient den Verschleiß an
Kraftstoffinjektoren 132 durch einfache zusätzliche
Dämpfungsmaßnahmen zu reduzieren. Die Dämpfungsmaßnahmen
lassen sich insbesondere in Kraftstoffinjektoren 132 implementieren,
in denen der Abstand zwischen dem Steuerraum 150 und dem
Düsenraum 144 hoch ist, sodass hier ein ausreichendes
Flüssigkeitsvolumen und eine ausreichende Entlastungsstrecke
durch den Dämpfungskanal 170 bereit gestellt werden
können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10307871
A1 [0005, 0006, 0006, 0008, 0009, 0049]