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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine solche Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtung ist aus der Literatur, beispielsweise Dieselmotor-Management, Verlag Vieweg, 1. Auflage 1998, Seite 276, bekannt. Diese Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtung dient dazu unter Hochdruck stehenden Kraftstoff auf ein niedriges Druckniveau zu entspannen. Die Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtung weist dabei eine Drosselstelle auf, die üblicherweise als Drosselbohrung ausgebildet ist. Um eine Entspannung des Kraftstoffs von einem Hochdruck, der bis zu 1600 bar betragen kann, bei einem vorgegebenen Volumenstrom zu ermöglichen, ist es erforderlich die Drosselbohrung mit sehr kleinem Durchmesser auszuführen. Hierbei ergeben sich jedoch Probleme durch Schmutzpartikel, die zu einem Verstopfen der Drosselbohrung führen können. Außerdem kann in der bekannten Drosseleinrichtung Kavitation auftreten, wodurch Schäden an der Drosseleinrichtung oder an dieser nachgeordneten Bauteilen der Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtung verursacht werden können.
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Aus der
US 3 692 064 A ist ein Durchflusswiderstand bekannt; weiterhin ist aus der
US 2 400 161 A ein Druckminderer bekannt, wie er vorzugsweise in Abströmventilen verwendet wird. In der
US 4 043 360 A ist darüber hinaus eine Vorrichtung zur Druckreduzierung offenbart.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch diese eine kavitationsfreie Entspannung von unter hohem Druck stehender Flüssigkeit ermöglicht ist. Dies wird durch die Reihenschaltung mehrerer Drosselstellen und damit einen stufenweisen Druckabbau erreicht. Die Drosselstellen können dabei mit relativ großem Querschnitt ausgebildet werden, wodurch die Gefahr eines Verstopfens durch Schmutzpartikel verringert ist. Durch die über den Umfang versetzte Anordnung der Drosselstellen wird eine Verwirbelung der Flüssigkeit erreicht. Die Anzahl der Drosselstellen kann in Abhängigkeit vom zu entspannenden Hochdruck und vom vorgegebenen Volumenstrom gewählt werden. Die erfindungsgemäße Drosseleinrichtung benötigt darüber hinaus nur einen geringen Bauraum und ist einfach aufgebaut und herstellbar.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine raumsparende Anordnung mehrerer Drosselstellen über die Längserstreckung des Zylinders. Die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ermöglicht die Anordnung von mehreren Drosselstellen in einer Radialebene. Die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 6 und 7 ermöglicht ebenfalls eine raumsparende Anordnung mehrerer Drosselstellen über die Längserstreckung des Zylinders.
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Zeichnung
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in vereinfachter schematischer Darstellung mit einer Drosseleinrichtung, 2 die Drosseleinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, 3 die Drosseleinrichtung in einem Querschnitt entlang Linie III-III in 2, 4 einen in 2 mit IV bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung, 5 die Drosseleinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, 6 bis 8 die Drosseleinrichtung in Querschnitten entlang den Linien VI-VI bis VIII-VIII in 5, 9 die Drosseleinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt und 10 die Drosseleinrichtung in einem Querschnitt entlang Linie X-X in 9.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Injektor 10 als Teil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist außer dem Injektor 10 eine Hochdruckpumpe 11 auf, durch die Kraftstoff unter Hochdruck in einen Hochdruckspeicher 12 gefördert wird. Der Injektor 10 ist mit dem Hochdruckspeicher 12 verbunden und an einem Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet, um in diesen Kraftstoff einzuspritzen. Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein eigener Injektor 10 vorhanden. Der Injektor 10 weist ein Kraftstoffeinspritzventil 14 und ein Steuerventil 16 auf. Das Kraftstoffeinspritzventil 14 weist ein Einspritzventilglied 18 auf, das durch den im Hochdruckspeicher 12 herrschenden Druck in einer Öffnungsrichtung beaufschlagt ist und das durch den in einem Steuerdruckraum 20 herrschenden Druck sowie gegebenenfalls eine Schließfeder 22 in einer Schließrichtung beaufschlagt ist. Durch das Einspritzventilglied 18 wird wenigstens eine Einspritzöffnung 24 gesteuert. Der Steuerdruckraum 20 ist mit dem Hochdruckspeicher 12 verbunden und weist eine durch ein Steuerventilglied 26 gesteuerte Verbindung mit einem Entlastungsbereich auf, als der zumindest mittelbar ein Rücklauf zu einem Kraftstoffvorratsbehälter dienen kann. Das Steuerventil 16 weist einen elektrisch betätigten Aktor 28 auf, der als Elektromagnet oder als Piezoaktor ausgebildet sein kann. Mittels des Aktors 28 kann das Steuerventilglied 26 zwischen einer Schließstellung, in der dieses die Verbindung des Steuerdruckraums 20 zum Entlastungsbereich verschließt, und einer Öffnungsstellung, in der dieses die Verbindung des Steuerdruckraums 20 mit dem Entlastungsbereich freigibt, bewegt werden. Wenn sich das Steuerventilglied 26 in seiner Schließstellung befindet, so kann wegen des hohen Druckes im Steuerdruckraum 20 das Einspritzventilglied 18 nicht öffnen, so daß keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Wenn sich das Steuerventilglied 26 in seiner Öffnungsstellung befindet, so ist der Steuerdruckraum 20 entlastet und das Einspritzventilglied 18 kann öffnen, so daß eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt.
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In der Verbindung des Steuerdruckraums 20 mit dem Hochdruckspeicher 12 ist eine erste Drosseleinrichtung 30 angeordnet, um den Zulauf von Kraftstoff vom Hochdruckspeicher 12 in den Steuerdruckraum 20 zu begrenzen. In der durch das Steuerventilglied 26 gesteuerten Verbindung des Steuerdruckraums 20 mit dem Entlastungsbereich ist eine zweite Drosseleinrichtung 32 angeordnet, um bei sich in seiner Öffnungsstellung befindendem Steuerventilglied 26 den aus dem Steuerdruckraum 20 abfließenden, unter dem Hochdruck des Hochdruckspeichers 12 stehenden Kraftstoff zu entspannen und den Ablauf von Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 20 zu begrenzen. Nachfolgend wird die Drosseleinrichtung 32 näher erläutert, wobei die erste Drosseleinrichtung 30 denselben Aufbau aufweisen kann.
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In den 2 bis 4 ist die Drosseleinrichtung 32 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Drosseleinrichtung 32 weist einen Zylinder 34 auf, der in eine Bohrung 36 eingesetzt, vorzugsweise eingepresst ist. Der Zylinder 34 kann beispielsweise einen Außendurchmesser zwischen etwa 2 mm und 10 mm, insbesondere etwa 4 mm, und eine Länge zwischen etwa 10 mm und 40 mm, vorzugsweise etwa 20 mm aufweisen. Der Zylinder 34 weist dabei einen etwas größeren Außendurchmesser auf als der Durchmesser der Bohrung. Das Einsetzen des Zylinders 34 in die Bohrung 36 kann beispielsweie erfolgen, indem der Zylinder 34 abgekühlt wird, so daß sich dessen Ausdehnung verringert und dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 36, und in gekühltem Zustand in die Bohrung 36 eingeführt wird. Bei einer nachfolgenden Erwärmung des Zylinders 34 ergibt sich eine Presspassung für diesen in der Bohrung 36. Der Zylinder 34 weist in seinem Außenmantel mehrere Vertiefungen 38 auf, die mit der angrenzenden Bohrung 36 mehrere in Umfangsrichtung und in Richtung der Längsachse 35 des Zylinders 34 zueinander versetzte Drosselstellen 40 bilden. Die Drosselstellen 40 sind durch Kanäle 42 mit größerem Querschnitt miteinander verbunden und in Strömungsrichtung 44 des diese durchströmenden Kraftstoffs hintereinander angeordnet und werden vom Kraftstoff nacheinander passiert ausgehend vom Steuerdruckraum 20 zum Entlastungsbereich. Beim ersten Ausführungsbeispiel sind zwei Drosselstellen 40 vorgesehen, wobei die die Drosselstellen 40 bildenden Vertiefungen 38 beispielsweise einen etwa rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Die Vertiefungen 38 weisen beispielsweise eine Breite b zwischen etwa 0,05 bis 0,1 mm, eine Tiefe t zwischen etwa 0,05 und 0,1 mm und eine Länge l von höchstens etwa 1 mm auf. Die Kanäle 42 sind beim ersten Ausführungsbeispiel als über den Umfang des Zylinders 34 umlaufende, in einer Radialebene angeordnete Ringnuten ausgebildet, wobei drei in Richtung der Längsachse 35 des Zylinders 34 zueinander versetzte Kanäle 42 vorgesehen sind. Die Kanäle 42 sind jeweils durch einen über den Umfang des Zylinders 34 umlaufenden Ringsteg 46 voneinander getrennt, wobei die die Drosselstellen 40 bildenden Vertiefungen 38 in den Ringstegen 46 angeordnet sind und zumindest im wesentlichen in Richtung der Längsachse 35 des Zylinders 34 verlaufen. Die Kanäle 42 weisen jeweils einen größeren Querschnitt auf, und somit eine größere Breite und/oder Tiefe, als die Drosselstellen 40. Die Kanäle 42 weisen außerdem auch eine größere Länge auf als die Drosselstellen 40. Die Drosselstellen 40 sind in Umfangsrichtung des Zylinders 34 zueinander versetzt angeordnet, beispielsweise etwa einander diametral gegenüberliegend. Der Eintritt des Kraftstoffs vom Steuerdruckraum 20 her in die Drosseleinrichtung 32 und der Austritt des Kraftstoffs aus der Drosseleinrichtung 32 zum Entlastungsbereich hin kann in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Längsachse 35 des Zylinders 34, oder in radialer Richtung erfolgen. Der Kraftstoff tritt dabei in einen ersten Kanal 42 ein, gelangt aus diesem über eine erste Drosselstelle 40 in einen zweiten Kanal 42, durchströmt diesen und gelangt über eine zweite Drosselstelle 40 in den dritten Kanal 42 und strömt aus der Drosseleinrichtung 32 aus. Es können auch mehr als zwei Drosselstellen 40 vorgesehen werden, wobei dann entsprechend jeweils ein Kanal 42 mehr als die Anzahl der Drosselstellen 40 vorgesehen ist. Bei der nacheinander erfolgenden Durchströmung der Drosselstellen 40 erfolgt ein stufenweiser Druckabbau des Kraftstoffs.
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In den 5 bis 8 ist die Drosseleinrichtung 132 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Drosseleinrichtung 32 weist dabei wiederum den Zylinder 134 auf, in dessen Außenmantel mehrere Vertiefungen 138 eingebracht sind, die mit der Bohrung 36 die Drosselstellen 140 bilden. Es sind mehrere in Richtung der Längsachse 35 des Zylinders 134 zueinander versetzte Kanäle 142 vorgesehen, die jeweils in einer Radialebene angeordnet sind. Die Kanäle 142 sind in Längsrichtung durch Ringstege 146 voneinander getrennt. Abweichend zum ersten Ausführungsbeispiel sind die Kanäle 142 jedoch nicht als über den gesamten Umfang des Zylinders 34 verlaufende Ringnuten ausgebildet, sondern es sind wie in den 6 bis 8 jeweils wenigstens zwei Kanäle 142 in einer Radialebene vorgesehen, die sich jeweils nur über einen Teil des Umfangs des Zylinders 134 erstrecken und die durch Längsstege 148 voneinander getrennt sind. Bei dem in den 5 bis 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind in jeder Radialebene zwei getrennte Kanäle 142a, b vorgesehen, die durch jeweils zwei Längsstege 148 voneinander getrennt sind und die sich jeweils über knapp die Hälfte des Umfangs des Zylinders 134 erstrecken. Die Längsstege 148 von zwei in Längsrichtung einander benachbarten Kanälen 142 sind dabei wie den 6 bis 8 zu entnehmen ist in Umfangsrichtung des Zylinders 134 zueinander versetzt angeordnet, so daß die einander benachbarten Kanäle 142 in Richtung der Längsachse 35 betrachtet nicht deckungsgleich sind sondern um etwa 90° um die Längsachse 35 des Zylinders 134 zueinander verdreht sind. Jeweils zwei in Längsrichtung einander benachbarte Kanäle 142 sind durch eine Drosselstelle 140 in Form der Vertiefung 138 in dem diese trennenden Ringsteg 146 miteinander verbunden. Die in Längsrichtung verlaufenden Drosselstellen 140 und die in Umfangsrichtung verlaufenden Kanäle 142 werden vom Kraftstoff von dessen Eintritt in die Drosseleinrichtung 132 bis zu dessen Austritt aus der Drosseleinrichtung 132 nacheinander durchströmt. Der Kraftstoff strömt dabei durch die Drosselstellen 140 in Längsrichtung und durch die Kanäle 142 in Umfangsrichtung. Der Eintritt des Kraftstoffs durch eine Drosselstelle 140 in einen Kanal 142 ist dabei in Umfangsrichtung in möglichst großem Abstand zum Austritt des Kraftstoffs aus dem Kanal 142 durch eine andere Drosselstelle 140 angeordnet, so daß der Kraftstoff den Kanal 142 über einen möglichst großen Teil von dessen Erstreckung in Umfangsrichtung durchströmt.
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In den 9 und 10 ist die Drosseleinrichtung 232 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Drosseleinrichtung weist den Zylinder 234 auf, in dem über dessen Umfang und dessen Längserstreckung verteilt die die Drosselstellen 240 bildenden Vertiefungen 238 mit geringem Querschnitt angeordnet sind. Die Vertiefungen 238 verlaufen dabei abwechselnd in Abschnitten 238a über den Umfang des Zylinders 234 in einer Radialebene und in Abschnitten 238b in Längsrichtung des Zylinders 234. Die Abschnitte 238a der Vertiefungen 238 sind dabei in einem ersten Umfangsbereich des Zylinders 234 angeordnet und die Abschnitte 238b sind in einem dem ersten Umfangsbereich gegenüberliegenden zweiten Umfangsbereich des Zylinders 234 angeordnet. Der zweite Umfangsbereich mit den Abschnitten 238b liegt dem ersten Umfangsbereich mit den Abschnitten 238a beispielsweise zumindest annähernd diametral gegenüber. Die Abschnitte 238a und 238b sind jeweils durch im Querschnitt größere Kanäle miteinander verbunden, wobei die Kanäle wie in 10 dargestellt als durch den Zylinder 234 vom ersten Umfangsbereich zum zweiten Umfangsbereich durchgehende Bohrungen 242 ausgebildet sind. Es sind jeweils zwei in einer Radialebene liegende Bohrungen 242 vorgesehen, die mit Abstand zueinander durch den Zylinder 234 verlaufen. Die Länge der die Drosselstellen 240 bildenden Abschnitte 238a, 238b der Vertiefungen 238 ist gegenüber der Länge der Bohrungen 242, die etwa dem Durchmesser des Zylinders 234 entspricht, geringer. Im ersten Umfangsbereich des Zylinders 234 sind die in Umfangsrichtung des Zylinders 234 verlaufenden Abschnitte 238a angeordnet und im zweiten Umfangsbereich des Zylinders 234 sind die in Längsrichtung verlaufenden Abschnitte 238b angeordnet. Der die Drosseleinrichtung 32 durchströmende Kraftstoff durchströmt eine durch einen Abschnitt 238a gebildete Drosselstelle 240 im ersten Umfangsbereich des Zylinders 234, anschließend eine Bohrung 242, anschließend eine durch einen Abschnitt 238b gebildete Drosselstelle 240 im zweiten Umfangsbereich des Zylinders 234, anschließend eine Bohrung 242 und dann wieder einen Abschnitt 238a und so weiter. Bei dieser Ausbildung der Drosseleinrichtung 232 können eine Vielzahl von Drosselstellen 240 bei geringem Durchmesser und geringer Länge des Zylinders 234 angeordnet werden.
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Die vorstehend erläuterten Ausführungen der Drosseleinrichtung können auch in anderen Bereichen einer Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtung oder bei anderen Hochdrucksystemen verwendet werden als dem vorstehend genannten Injektor 10.
