-
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 für ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem, die ein Düsengehäuse und eine in dem Düsengehäuse axial bewegliche Düsennadel aufweist, mit der eine Ausströmöffnung in einem Ventilsitz der Kraftstoffeinspritzdüse verschließbar und freigebbar ist.
-
Viele moderne Kraftfahrzeuge verwenden Einspritzmotoren, die ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem erfordern, um dem Motor über mehrere solcher Einspritzdüsen Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen. Bei den Einspritzdüsen handelt es sich beispielsweise um elektromagnetisch betätigte Injektoren, welche dem Motor Kraftstoff in dosierten Takten zuführen. Dies wird über eine elektronische Motorsteuerung geregelt.
-
Der Betrieb solcher Einspritzdüsen und der zugehörigen Kraftstoffpumpe verursacht Druckpulsationen und damit Vibrationen in der Kraftstoffzuführung, die sich insbesondere bei starren Kraftstoffzuleitungen auf die Fahrzeugkarosserie übertragen können. Dies kann zu unerwünschten Geräuschentwicklungen führen, so dass verschiedene Maßnahmen bekannt sind, um derartige Druckpulsationen abzuschwächen bzw. ihre Übertragung auf andere Fahrzeugteile zu verhindern. Dabei werden beispielsweise Dämpfungselemente an verschiedenen Positionen innerhalb des Kraftstoffzuleitungssystems eingesetzt bzw. Komponenten des Kraftstoffzuleitungssystems so ausgebildet, dass sie eine dämpfende Wirkung haben.
-
Beispielsweise offenbart die
US 6,948,479 B1 ein flexibles Schlauchelement, welches innerhalb eines Kraftstoffzuleitungssystems dazu genutzt werden kann, um Druckpulsationen in Kraftstoffleitungen abzuschwächen. Dazu weist das Schlauchelement in seinem Inneren ein flexibles Dämpfungselement auf, welches wellmantelartig ausgebildet ist. Dieses Dämpfungselement ist vorzugsweise in einen elastischen Schaum eingebettet, welcher das Schlauchelement ausfüllt.
-
Aus der
US 6,148,798 A ist ferner ein Kraftstoffzuleitungssystem bekannt, das ein Kraftstoffverteilerrohr mit einer Kraftstoffzuleitung und einer Rückleitung für überschüssigen Kraftstoff aufweist. Dabei ist die Kraftstoffrückleitung innerhalb der Kraftstoffzuleitung geführt und so von einem rohrförmigen Dämpfungselement umgeben, dass Druckpulsationen abgeschwächt werden sollen. Dazu weist das Dämpfungselement einen Querschnitt auf, der nicht kreisförmig ist, sondern beispielsweise oval oder rechteckig. Hierdurch sollen die Seitenwände des Dämpfungsrohrs so flexibel sein, dass sie Druckpulsationen dämpfen können. Auch die
EP 0 886 066 A1 schlägt ein Dämpfungselement innerhalb eines Kraftstoffzuleitungssystems vor.
-
Druckpulsationen aufgrund des Öffnens und Schließens einer Einspritzdüse und der Kraftstoffzuführung durch eine Pumpe können jedoch nicht nur unerwünschte Geräusche erzeugen, sondern auch beim Einspritzvorgang zu Problemen führen. Während des Einspritzvorgangs können insbesondere im Sitz der Einspritzdüse Druckpulsationen von +/–20bar auftreten, was die eingedüste Kraftstoffmenge beeinflussen kann. Diese Art von Einspritzfehler kann nicht durch ein Kraftstoffregelsystem kompensiert werden.
-
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich der Verringerung von Druckpulsationen in Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystemen somit noch Raum für Verbesserungen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzdüse bereitzustellen, bei der Druckpulsationen insbesondere im Bereich des Sitzes der Düse reduziert sind.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Kraftstoffeinspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, während sich vorteilhafte Ausführungsformen dieser Kraftstoffeinspritzdüse aus den Unteransprüchen 2–10 ergeben.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
-
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse eignet sich für ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem. Sie weist ein Düsengehäuse und eine in dem Düsengehäuse axial bewegliche Düsennadel auf, mit der eine Ausströmöffnung in einem Ventilsitz der Kraftstoffeinspritzdüse verschließbar und freigebbar ist. Zwischen der Innenseite des Düsengehäuses und der Düsennadel ist üblicherweise ein gewisser Spalt vorhanden. Die Erfindung sieht vor, in diesem Bereich wenigstens einen Pulsationsreduzierer anzuordnen. Der Pulsationsreduzierer ist erfindungsgemäß hülsenförmig ausgebildet und erstreckt sich gemäß der Erfindung koaxial zur Düsennadel. Ferner weist der Pulsationsreduzierer erfindungsgemäß wenigstens ein Element auf, das als eine Art Wellenbrecher ausgebildet ist und im Folgenden als Wellenbrechelement bezeichnet wird.
-
Dieser Pulsationsreduzierer zeichnet sich dadurch aus, dass er Druckpulsationen des Kraftstoffs innerhalb der Düse abschwächt. Hierdurch lassen sich wiederum Druckschwankungen im Ventilsitz reduzieren. Dabei reduziert der wenigstens eine Pulsationsreduzierer den mit Kraftstoff durchströmten Querschnitt innerhalb des Düsengehäuses lokal an einer oder mehreren Stellen.
-
Der eingesetzte Pulsationsreduzierer kann auf verschiedene Arten ausgeführt und angeordnet sein. Beispielsweise kann er als Element ausgebildet sein, das fest mit dem Düsengehäuse verbunden ist. Dieses Element kann einstückig mit dem Düsengehäuse ausgeformt sein oder es ist als separates Bauteil fest an der Innenseite des Düsengehäuses angebracht. In anderer möglicher Ausgestaltung kann der erfindungsgemäße Pulsationsreduzierer jedoch auch fest mit der Düsennadel verbunden sein, so dass er sich mit der Düsennadel bewegt.
-
Es kann sich somit um einen fest installierten oder beweglichen Pulsationsreduzierer handeln, doch auch eine Kombination beider Ausführungsformen ist möglich. Wenn ein erster Pulsationsreduzierer fest am Düsengehäuse angebracht ist, kann ein zweiter Pulsationsreduzierer so an der Düsennadel angebracht sein, dass beide Elemente zusammen eine Abschwächung von Druckpulsationen in der Düse bewirken.
-
Für den jeweiligen Pulsationsreduzierer können verschiedene Geometrien gewählt werden, um den Kraftstoffstrom zwischen Düsengehäuse und Düsennadel strömungstechnisch so zu beeinflussen, dass die Druckpulsationen abgeschwächt werden.
-
Das wenigstens eine Wellenbrechelement des Pulsationsreduzierers ist dabei beispielsweise so ausgeformt, dass es den mit Kraftstoff durchströmten Querschnitt innerhalb des Düsengehäuses lokal verringert. Das Wellenbrechelement kann dabei als Schaufel oder Lamelle ausgeformt sein, die entsprechend im Kraftstoffstrom angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein solches Wellenbrechelement durch eine zum Ventilsitz der Kraftstoffeinspritzdüse hin zeigende Schaufel oder Lamelle gebildet. Natürlich kann das Wellenbrechelement auch unter Verzicht auf die Hülse direkt an dem Düsengehäuse und/oder der Düsennadel angeordnet sein. Die Wellenbrechelemente könnten einstückig mit der Düsennadel und/oder dem Düsengehäuse gefertigt werden.
-
Ein Pulsationsreduzierer umfasst insbesondere mehrere solcher Wellenbrechelemente. Diese sind beispielsweise in Axialrichtung voneinander beabstandet. In einer Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens ein Pulsationsreduzierer beispielsweise durch einen hohlzylindrischen Grundkörper gebildet, an dem wenigstens ein Wellenbrechelement, vorzugsweise eine Vielzahl von Wellenbrechelementen angebracht sind. Der Grundkörper bildet so eine Hülse, von der ein oder mehrere Wellenbrechelemente abstehen. Dieser hülsenförmige Grundkörper kann an der Innenseite des Düsengehäuses anliegen, wobei die Wellenbrechelemente nach innen in Richtung der Düsennadel von der Hülse abstehen. Bei einem Pulsationsreduzierer an der Düsennadel kann diese von einer Hülse umgeben sein, von der ein oder mehrere Wellenbrechelemente nach außen in Richtung Düsengehäuse abstehen. Bei einer Kombination beider Ausführungsformen sind die Wellenbrechelemente der beiden Pulsationsreduzierer zweckmäßigerweise so angeordnet, dass sie sich bei der Bewegung der Düsennadel nicht berühren. Sie können jedoch kammartig ineinander greifen, wobei sich die beweglichen Wellenbrechelemente der Düsennadel innerhalb der freien Räume zwischen den fest stehenden Wellenbrechelementen am Düsengehäuse bewegen.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Pulsationsreduzierer wenigstens bereichsweise flexibel, so dass er Energie aus Druckwellen im Kraftstoff wenigstens teilweise absorbieren kann. Dies kann durch eine entsprechende Materialwahl und/oder eine geeignete Geometrie der Wellenbrechelemente erreicht werden. Beispielsweise kann ein Pulsationsreduzierer aus Metall oder einem elastischen Material wie Gummi bestehen, so dass als Wellenbrechelemente Gummielemente oder sehr dünne Metallplättchen eingesetzt werden können. Auch der Grundkörper kann aus Metall oder aus elastischem Material gebildet sein. Möglich ist natürlich auch die Verwendung unterschiedlicher Materialien für die Hülse und/oder für die Wellenbrechelemente.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzdüse mit einem zusammen mit der Düsennadel beweglichen Pulsationsreduzierer an der Düsennadel,
-
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzdüse mit einem festen Pulsationsreduzierer an der Innenseite des Düsengehäuses, und
-
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzdüse, welche eine Kombination der Pulsationsreduzierer gemäß den 1 und 2 darstellt.
-
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden. Dabei sind die in den 1 bis 3 gezeigten Kraftstoffeinspritzdüsen 10, 10‘, 10‘‘ auf bekannte Weise ausgeführt, wobei zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Ausführung nur dasjenige Ende der Kraftstoffeinspritzdüsen 10, 10`, 10“ gezeigt ist, an dem sich die Ausströmöffnung zur Eindüsung von Kraftstoff in einem Motor befindet. Die beispielsweise elektromagnetische Ansteuerung der Kraftstoffeinspritzdüsen, die im Folgenden auch als Einspritzdüsen bezeichnet werden und die Zuführung von Kraftstoff in diese sind nicht gezeigt.
-
Die Einspritzdüsen 10, 10‘, 10‘‘ weisen dabei jeweils ein Düsengehäuse 20 und eine darin beweglich geführte Düsennadel 30 auf. Die Düsennadel 30 kann beispielsweise eine Nadelspitze 31 in Form einer Kugel aufweisen, welche die Ausströmöffnung der jeweiligen Einspritzdüse in einem trichterförmigen Ventilsitz 21 verschließt. Die Düsennadel 30 ist axial innerhalb des Düsengehäuses 20 beweglich, so dass sie die Ausströmöffnung abwechselnd verschließen und freigeben kann, um einem nicht dargestellten Motor getaktet Kraftstoff zuzuführen. Der Kraftstoff wird der jeweiligen Einspritzdüse 10, 10‘, 10‘‘ wiederum von einer ebenfalls nicht dargestellten Kraftstoffpumpe unter hohem Druck zugeführt.
-
Bei typischen Kraftstoffeinspritzdüsen ist zwischen der Düsennadel 30 und dem Düsengehäuse 20 ein Abstand, also ein Radialspalt vorgesehen, so dass ein erfindungsgemäßer Pulsationsreduzierer 40, 41 in dem Raum zwischen der Düsennadel 30 und der Innenseite des Düsengehäuses 20 angeordnet werden kann.
-
In der Ausführungsform der 1 weist die Kraftstoffeinspritzdüse 10 einen beweglichen Pulsationsreduzierer 40 auf, der als Hülse 42 mit mehreren daran angebrachten Wellenbrechelementen 43 ausgebildet ist. Dieser hülsenförmige Pulsationsreduzierer 40 umgibt die Düsennadel 30 und bewegt sich zusammen mit dieser innerhalb des Düsengehäuses 20. Die Wellenbrechelemente 43 sind als Schaufeln ausgebildet, die von einem Grundkörper, also von der Hülse 42 abstehen. Sie stehen vorzugsweise in einem Winkel verschieden von 90° ab, wobei sie mit ihrem freien Ende insbesondere in Richtung des Ventilsitzes 21 geneigt sind. Dabei können diese Schaufeln als gerade oder gebogene Plättchen ausgebildet sein.
-
Die Größe und das Muster der Wellenbrechelemente 43 auf dem Grundkörper 42 sind so gewählt, dass der Kraftstoff nach wie vor ohne Beeinträchtigung zur Ausströmöffnung im Ventilsitz 21 bewegt werden kann, durch die Form und Anordnung der Wellenbrechelemente 43 jedoch nachteilige Druckpulsationen im Kraftstoff vermindert werden. Dabei wird die Bewegung der Düsennadel 30 nicht durch den Pulsationsreduzierer 40 beeinträchtigt.
-
Bei der Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzdüse 10‘ gemäß 2 ist der Pulsationsreduzierer 41 nicht an der Düsennadel 30 angebracht, sondern an der Innenseite 22 des Düsengehäuses 20. Auch hier weist der Pulsationsreduzierer 41 eine Hülse 42 mit mehreren schaufelförmigen Wellenbrechelementen 43 auf, die von diesem Grundkörper, also von der Hülse 42 nach innen und mit Ihrem freien Ende geneigt in Richtung zum Ventilsitz 21 abstehen.
-
Bei der Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzdüse 10‘‘ gemäß 3 sind beide Varianten kombiniert, so dass ein erster Pulsationsreduzierer 40 an der Düsennadel 30 und ein zweiter Pulsationsreduzierer 41 am Düsengehäuse 20 angebracht ist. Die Abmessungen dieser beiden Elemente 40, 41 sind so gewählt, dass sich ihre Wellenbrechelemente 43 bei der Bewegung der Düsennadel 30 und damit des Pulsationsreduzierers 40 nicht berühren, sondern sich die Düsennadel 30 nach wie vor frei innerhalb des Düsengehäuses 20 bewegen kann.
-
Wie in der Ausführungsform der 3 können die Wellenbrechelemente 43 der beiden Pulsationsreduzierer 40, 41 dabei insbesondere so angeordnet sein, dass sich die Wellenbrechelemente 43 an der Düsennadel 30 innerhalb der freien Räume zwischen den Wellenbrechelementen 43 des fest stehenden Pulsationsreduzierers 41 bewegen können. Die beiden Pulsationsreduzierer 40, 41, also deren Wellenbrechelemente 43 greifen somit kammartig ineinander, ohne sich jedoch bei einer Bewegung der Düsennadel 30 zu berühren. Die Abmessungen können jedoch auch so gewählt sein, dass die beiden Pulsationsreduzierer 40, 41 nicht ineinander greifen, sondern sich frei nebeneinander bewegen können.
-
Ferner muss ein Pulsationsreduzierer auch keine Vielzahl von Wellenbrechelementen aufweisen, wie sie beispielhaft in den Ausführungsformen der Figuren gezeigt sind. Er kann vielmehr auch nur vereinzelte Elemente aufweisen, die an bestimmten Positionen innerhalb des Düsengehäuses 20 angeordnet sind.
-
Die Wellenbrechelemente 43 können auch als Lamellen bezeichnet werden, und sind in Axialrichtung zu einander beabstandet und in Umfangsrichtung der Hülse 42 gesehen bevorzugt durchgehend ausgeführt, wobei natürlich auch eine in Umfangsrichtung gesehen unterbrochene Ausgestaltung vorgesehen sein könnte. Die Wellenbrechelemente 43 weisen bevorzugt einen gleichen Abstand in Axialrichtung gesehen auf, wobei der Abstand jeweils benachbarter Wellenbrechelemente 43 natürlich auch unterschiedlich sein kann. Möglich ist auch eine versetzte Anordnung, wenn die Wellenbrechelemente 43 in Umfangsrichtung gesehen unterbrochen vorgesehen sind.
-
Zielführend ist, wenn der axiale Abstand der in Axialrichtung aufeinander folgenden Wellenbrechelemente 43 dem Hub der Kraftstoffeinspritzdüse, also dem Hub der Düsennadel entspricht, wobei dies auch für die versetzte Anordnung der Wellenbrechelemente 43 und auch für die Ausgestaltung nach 3 gelten kann. In möglicher Ausgestaltung können die Wellenbrechelemente 43 einen axialen Abstand mit einem Betrag von 1 mm bis 5 mm oder sogar einen kleineren Abstand als 1 mm zueinander aufweisen. Denkbar ist, wenn die Wellenbrechelemente 43 einen axialen Abstand von 0,3 bis 0,5 mm, möglicherweise sogar von 0,1 mm aufweisen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10, 10‘, 10‘‘
- Kraftstoffeinspritzdüse
- 20
- Düsengehäuse
- 21
- Ventilsitz
- 22
- Innenseite des Düsengehäuses
- 30
- Düsennadel
- 31
- Nadelspitze
- 40, 41
- Pulsationsreduzierer
- 42
- Grundkörper, Hülse
- 43
- Wellenbrechelement, Schaufel, Lamelle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 6948479 B1 [0004]
- US 6148798 A [0005]
- EP 0886066 A1 [0005]
