DE10232691B4

DE10232691B4 - Pumpe-Düse-Einheit

Info

Publication number: DE10232691B4
Application number: DE2002132691
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Hamann; Dejan Jovovic; Friedrich Lupp
Original assignee: Volkswagen Mechatronic GmbH and Co KG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: DE10232691A1; WO2004016944A1

Abstract

Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff (100) in einen Verbrennungsraum (120) einer Brennkraftmaschine, mit
– einer steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe (140–220),
– einer Kraftstoffeinspritzdüse (240), die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel (260) aufweist,
– einem ersten Druckraum (280), der von der Kraftstoffpumpe (140–220) mit unter einem ersten Druck (p₂₈; p₂₈₀) stehenden Kraftstoff (100) befüllbar ist, und
– einem zweiten Druckraum (300, 420, 680), wobei in dem zweiten Druckraum (300, 420, 680) unter einem zweiten Druck (p₃₀₀) stehender Kraftstoff (100) eine Schließkraft auf die Düsennadel (260) ausübt,
dadurch gekennzeichnet,
– dass Kraftstoff (100) aus dem zweiten Druckraum (300, 420, 680) über eine Drosseleinrichtung (26) ausströmen kann,
– dass die Drosseleinrichtung (26) eine im wesentlichen plane Anlagefläche (18; 540) aufweist, in der eine Bohrung (20) vorgesehen ist,
– dass eine Drosselscheibe (10) vorgesehen ist,
– dass die...

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine, mit einer steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe, mit einer Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel aufweist, mit einem ersten Druckraum, der von der Kraftstoffpumpe mit unter einem ersten Druck stehenden Kraftstoff befüllbar ist, und mit einem zweiten Druckraum, wobei in dem zweiten Druckraum unter einem zweiten Druck stehender Kraftstoff eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt.
Drosselscheiben werden bei einer Vielzahl von technischen Anwendungen zur Durchfluss- beziehungsweise Durchströmungsbegrenzung eingesetzt, beispielsweise bei sogenannten Pumpe-Düse-Einheiten, die im Zusammenhang mit druckgesteuerten Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen verwendet werden. Ein wesentliches Merkmal eines druckgesteuerten Einspritzsystems besteht darin, dass die Kraftstoffeinspritzdüse öffnet, sobald eine zumindest von aktuell herrschenden Drücken beeinflusste Öffnungskraft auf die Düsennadel ausgeübt wird. Derartige druckgesteuerte Einspritzsysteme dienen der Kraftstoffdosierung, der Kraftstoffaufbereitung, der Formung des Einspritzverlaufs und einer Abdichtung der Kraftstoffzuführung gegen den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine. Mit druckgesteuerten Einspritzsystemen lässt sich der zeitliche Verlauf des Mengenstroms während der Einspritzung in vorteilhafter Weise steuern. Damit kann ein positiver Einfluss auf die Leistung, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemission des Motors genommen werden. Bei Pumpe-Düse-Einheiten ist die Kraftstoffpumpe und die Kraftstoffeinspritzdüse als integriertes Bauteil ausgebildet. Für jeden Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine wird zumindest eine Pumpe-Düse-Einheit vorgesehen, die in der Regel in den Zylinderkopf eingebaut wird. Die Kraftstoffpumpe umfasst dabei typischerweise einen in einem Kraftstoffpumpenzylinder hin und her beweglichen Kraftstoffpumpenkolben, der entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der einen ersten Druckraum bildende Abschnitt des Kraftstoffpumpenzylinders ist über ein Steuerventil mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich verbindbar, wobei bei geöffnetem Steuerventil Kraftstoff von dem Kraftstoff-Niederdruckbereich in den ersten Druckraum angesaugt und bei weiterhin geöffnetem Steuerventil von dem ersten Druckraum in den Kraftstoff-Niederdruckbereich zurückgedrückt wird. Sobald das Steuerventil geschlossen wird, erfolgt durch den Kraftstoffpumpenkolben eine Komprimierung des in dem ersten Druckraum befindlichen Kraftstoffs und somit ein Druckaufbau.
Um bei einem Einspritzvorgang neben einer Haupteinspritzmenge eine zusätzliche Voreinspritzmenge und/oder eine zusätzliche Nacheinspritzmenge in den Verbrennungsraum einzubringen, ist es bereits bekannt, während eines Einspritzzyklus mehrere, in kurzen Zeitabständen aufeinanderfolgende Einspritzimpulse auszulösen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, den Einspritzdruck mittels einer Einspritzverlaufsformung so zu regeln, dass Hochdruckspitzen und damit harte Verbrennungsschläge vermieden werden.
Um den Einspritzverlauf in der gewünschten Weise beeinflussen zu können, wurde bereits vorgeschlagen, den jeweiligen Düsennadel-Öffnungsdruck zu verändern, indem in einem zweiten Druckraum unter einem zweiten Druck stehender Kraftstoff eine variable Schließkraft auf die Düsennadel ausübt.
Um den zweiten Druck in einem derartigen zweiten Druckraum in der gewünschten Weise wieder abzubauen, wurde bereits die Verwendung einer herkömmlichen Drosselscheibe in Erwägung gezogen, die beispielsweise eine Bohrung von 30 μm bis 40 μm bei einer Stärke der Drosselscheibe von zirka 300 μm aufweisen kann, wobei es erforderlich ist, dass die Kanten der Drosselbohrung gratfrei sind.
Während Drosselbohrungen mit einem Durchmesser ≥ 60 μm mit EDM-Verfahren hergestellt werden können, lassen sich Drosselbohrungen mit kleineren Durchmesser nur durch das sogenannten Laserstrahlbohren fertigen.
Eine derartige unter anderem durch Laserstrahlbohren bearbeitete Drosselscheibe ist in den 1a und 1b schematisch dargestellt, wobei 1a eine Draufsicht ist, während es sich bei 1b um eine Seiten-Schnittansicht handelt. Die insgesamt mit 1 bezeichnete bekannte Drosselscheibe weist eine Sackbohrung 2 auf, durch die das Material verdünnt wird, bevor die eigentliche Drosselbohrung 3 mittels Laserstrahlbohren ausgebildet wird. Da die Kanten der Drosselbohrung wie erwähnt gratfrei und die Oberfläche der Drossel spritzerfrei sein müssen, sind bei der Anwendung des Laserstrahlbohrverfahrens aufwendige Vor- und Nacharbeiten erforderlich, wie beispielsweise das Abdecken der Seite, auf der der Laserstrahl austritt, oder das Beschichten der Seite, auf der der Laserstrahl eintritt.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass sowohl die EDM- als auch die Laserstrahlbohrverfahren aufwendig und daher teuer sind. Beispielsweise beim Einsatz der bekannten Drosselscheiben im Zusammenhang mit Pumpe-Düse-Einheiten kann weiterhin das Problem auftreten, dass die Drosselbohrung in Betrieb teilweise oder vollständig verstopft.

Aus DE 70 17 876 U ist eine Drosseleinrichtung mit einer Drosselscheibe bekannt, die für hydraulisch betätigte Maschinenteile, insbesondere hydrostatische Lager eingesetzt wird. Die Drosseleinrichtung weist einen Drosselscheibensatz aus mindestens zwei ebenen Kreisscheiben gleichen Durchmessers auf, von denen wenigstens eine am Scheibenrand mit gegenüber liegenden parallelen Abflachungen, sowie auf beiden Scheibenseiten diametral verbindenden Vertiefungen versehen ist. Die andere bzw. die anderen Scheiben weisen eine zentrale Durchlassöffnung auf.

Aus US 2,021,078 ist eine Drosselanordnung bekannt, die eine Vielzahl von aufeinander gelagerten Drosselscheiben aufweist. Die Drosselscheiben weisen Kanäle mit Durchführungen auf und bilden somit einen Drosselkanal.

Aus US 2,460,647 ist eine Drosselscheibe bekannt, die ein zentrales Loch aufweist. Zudem sind am Außenrand teilkreisförmige Seitenwände ausgebildet. Weiterhin sind Gräben in die Drosselplatte eingebracht, die mit dem durchgehenden Loch in Verbindung stehen.

Aus DE 198 59 997 A1 ist ein Diesel-Injektor bekannt, der eine hydraulische Steuerkammer zum Betätigen der Düsennadel aufweist. Die hydraulische Steuerkammer weist einen Zufluss und einen Abfluss auf. Im Zufluss und im Abfluss ist eine Drosselplatte in Form eines Bleches eingebracht, die eine mittige Bohrung aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe-Düse-Einheit mit einer verbesserten Drosseleinrichtung bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Pumpe-Düse-Einheit weist den Vorteil auf, dass die Drosseleinrichtung in Form einer Drosselscheibe einfach ausgebildet ist und eine präzise Drosselfunktion bereitstellt.

Die erfindungsgemäße Pumpe-Düse-Einheit baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass Kraftstoff aus dem zweiten Druckraum über eine erfindungsgemäßen Drosseleinrichtung ausströmen kann. Durch diese Lösung kann der gewünschte Druck-Auf- und -Abbau in einfacher Weise erzielt werden, wobei die erfindungsgemäße Drosseleinrichtung zu niedrigeren Herstellungskosten führt und darüber hinaus ein Verstopfen der Drossel praktisch ausschließt.

Die Drosselscheibe weist zur Definition eines durchflussbegrenzenden Öffnungsquerschnitts zumindest eine Vertiefung auf, welche die Drosselscheibe nicht durchdringt. Dadurch kann die Drosselscheibe auf einer Seite als einfache Planscheibe ausgelegt werden, so dass die beim Laserstrahlbohren erforderliche Sackbohrung zur Verdünnung des Materials entfallen kann. Die zumindest eine, vorzugsweise jedoch mehreren Vertiefungen, können in nahezu beliebigen Strukturen auf der Drosselscheibenoberfläche vorgesehen werden, das heißt der Drosselquerschnitt kann über die Breite, Tiefe und Anzahl der Vertiefungen variiert werden. Da die zumindest eine Vertiefung die Drosselscheibe nicht durchdringt, ist eine gratfreie Ausbildung der zumindest einen Vertiefung problemlos möglich, wodurch die erwähnten aufwendigen Vor- und Nacharbeiten wie beispielsweise das Abdecken der Seite, auf der der Laserstrahl austritt, oder das Beschichten der Seiten, auf der der Laserstrahl eintritt, entfallen können. Insbesondere wenn mehrere Vertiefungen vorgesehen werden, kann zumin dest ein vollständiges Verstopfen der Drossel nahezu ausgeschlossen werden.

Die Drosseleinrichtung weist eine im Wesentlichen plane Anlagefläche auf, in der eine Bohrung vorgesehen ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Drosselscheibe im Bereich der Bohrung derart an die Anlagefläche angelegt ist, dass die zumindest eine Vertiefung der Anlagefläche gegenüberliegt. Der Durchmesser der Bohrung sollte groß im Verhältnis zum Querschnitt der zumindest einen Vertiefung sein.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Drosselscheibe ist vorgesehen, dass zumindest eine Vertiefung zumindest teilweise im Randbereich der Drosselscheibe vorgesehen ist. In diesem Fall kann die Dichtwirkung der Drossel scheibe am Rand der geschliffenen Drosselscheibe durch Anlegen an eine Anlagefläche oder Kante erzielt werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drosselscheibe sieht vor, dass die zumindest eine Vertiefung in Form von zumindest einem Graben vorliegt. Obwohl prinzipiell beliebige Grabenformen möglich sind, werden gerade Gräben besonders bevorzugt, da sich diese am leichtesten herstellen lassen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drosselscheibe ist vorgesehen, dass mehrere Vertiefungen in Form von im Wesentlichen sternförmig angeordneten Gräben vorgesehen sind. Dadurch kann ein teilweises oder vollständiges Verstopfen der Drossel besonders wirksam vermieden werden.

In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die sternförmig angeordneten Gräben sich bis zum Rand der Drosselscheibe erstrecken. Die außer im Bereich der Gräben erwünschte Dichtwirkung kann in diesem Fall wieder durch die Anlage des vorzugsweise geschliffenen Drosselscheibenrandes an eine Kante beziehungsweise Fläche erzielt werden.

Weiterhin wird es als vorteilhaft erachtet, wenn bei der erfindungsgemäßen Drosselscheibe vorgesehen ist, dass die sternförmig angeordneten Gräben sich nicht bis zum Mittelpunkt der Drosselscheibe erstrecken. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft, weil die Ausbildung von bis zum Mittelpunkt der Drosselscheibe führenden Gräben unter Umständen eine mehrfache Bearbeitung des Mittelpunktbereichs erfordern und zu einer damit verbundenen Materialüberlastung führen könnte.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drosselscheibe ist vorgesehen, dass die zumindest eine Vertiefung durch Verdampfen von Drosselscheibenmaterial mittels Laser gebildet ist. In diesem Zusammenhang wird es als beson ders vorteilhaft erachtet, wenn die Oberfläche mittels eines Laserstrahls auf Oxidationstemperatur gebracht und anschließend verdampft wird. Diese Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft, da die Verdampfungstemperatur des Oxids vorzugsweise unter der Schmelztemperatur des Drosselscheibenmaterials liegt, das insbesondere durch Metall gebildet sein kann.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Vertiefung durch Laserstrahlspanen gebildet ist. Bei dieser Vorgehensweise wird beispielsweise die Oberfläche von Stahl aufgeschmolzen und oxidiert. Beim Abkühlen zieht sich die Schmelze zusammen und hebt als Span von der Drosselscheibenoberfläche ab. Durch eine geeignete Wahl der Parameter und des Drosselscheibenmaterials (beispielsweise 1.8159 kann die Bearbeitung der Oberfläche so eingestellt werden, dass die Oxidation der Oberfläche nur einen feinen pulverförmigen Niederschlag erzeugt, der dann durch Wischen oder Blasen einfach entfernt werden kann. Unabhängig von der speziellen Wahl des Laserbearbeitungsverfahrens kann eine eventuell erforderliche Reinigung während des Gleitschleifens der Scheibenkanten in vorteilhafter Weise erfolgen.

Ohne darauf beschränkt zu sein werden mit der erfindungsgemäßen Drosselscheibe insbesondere Vorteile erzielt, wenn vorgesehen ist, dass der durchflussbegrenzende Öffnungsquerschnitt einer herkömmlichen Drosselbohrung mit einem Durchmesser von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 40 μm entspricht.

In ähnlicher Weise kann bei der erfindungsgemäßen Drosselscheibe zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass sie eine Stärke im Bereich von ungefähr 200 μm bis 400 μm aufweist.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Spiel zwischen im Wesentlichen senkrecht und benachbart zur Drosselscheibe vorgesehenen Flächen und dem Randbereich der Drossel scheibe groß im Verhältnis zum Querschnitt der zumindest einen Vertiefung ist. Durch diese Lösung wird sichergestellt, dass der durchflussbegrenzende Öffnungsquerschnitt tatsächlich durch die zumindest eine Vertiefung und nicht durch ein zu geringes Spiel im Randbereich definiert wird.

Ohne darauf beschränkt zu sein kann bei der Drosseleinrichtung weiterhin vorgesehen sein, dass die Drosselscheibe durch eine Federkraft an die Anlagefläche angelegt ist. Diese Lösung kommt insbesondere im Zusammenhang mit Pumpe-Düse-Einheiten in Betracht, was nachfolgend noch näher erläutert wird.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit wird es als besonders vorteilhaft erachtet, wenn vorgesehen ist, dass eine Innenseite eines Federraums die Anlagefläche bildet. In diesem Fall wird die Drosselscheibe vorzugsweise durch eine in dem Federraum vorgesehene Feder an die Anlagefläche angelegt.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.

Es zeigen:

1a eine schematische Draufsicht einer Drosselscheibe gemäß dem Stand der Technik;

1b eine schematische Seiten-Schnittansicht der bekannten Drosselscheibe gemäß 1a;

2a eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drosselscheibe;

2b eine Seitenansicht der Drosselscheibe gemäß 2a;

3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drosseleinrichtung; und

4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit.

2a zeigt eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drosselscheibe, während 2b eine Seitenansicht der Drosselscheibe gemäß 2a zeigt. Die erfindungsgemäße Drosselscheibe 10 ist bei dieser Ausführungsform kreisförmig ausgebildet. Zur Definition des durchflussbegrenzenden Öffnungsquerschnitts sind drei Vertiefungen 12, 14, 16 vorgesehen, die die Drosselscheibe 10 nicht durchdringen. Die Vertiefungen 12, 14, 16 sind als sternförmig angeordnete Gräben 12, 14, 16 ausgebildet, wobei sich die Gräben 12, 14, 16 bis zum Rand der Drosselscheibe 10, jedoch nicht bis zu deren Mittelpunkt erstrecken. Die Gräben 12, 14, 16 werden vorzugsweise durch Laserstrahlspanen oder durch Verdampfen von Drosselscheibenmaterial mittels Laser gebildet. Im zuletzt genannten Fall ist es vorteilhaft, die Oberfläche der Drosselscheibe 10 vor der Ausbildung der Gräben 12, 14, 16 mittels eines Laserstrahls auf Oxidationstemperatur zu bringen und das Drosselscheibenmaterial anschließend zu verdampfen. Diese Vorgehensweise ist wie erwähnt besonders vorteilhaft, da die Verdampfungstemperatur des Oxids unter der Schmelztemperatur des Metalls liegt, aus dem die Drosselscheibe 10 vorzugsweise gebildet ist. Die in den 2a und 2b dargestellte Drosselscheibe 10 kann beispielsweise eine Dicke beziehungsweise Stärke von 300 μm aufweise und der durch die Gräben 12, 14, 16 definierte durchflussbegrenzende Öffnungsquerschnitt kann derart gewählt werden, dass er einer herkömmlichen Drosselbohrung mit einem Durchmesser von 30μm bis 40 μm entspricht, wobei eine derartige Geometrie insbesondere bei Anwendungen im Zusammenhang mit Pumpe-Düse-Einheiten vorgesehen werden kann.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drosseleinrichtung. Die in 3 dargestellte erfindungsgemäße Drosseleinrichtung 26 weist eine im Wesentlichen plane Anlagefläche 18 auf, in der eine Bohrung 20 vorgesehen ist. Der Durchmesser der Bohrung 20 ist derart gewählt, dass die Drosselwirkung nicht durch diese Bohrung 20 sondern zumindest überwiegend durch eine erfindungsgemäße Drosselscheibe 10 erzielt wird, die im Bereich der Bohrung 20 an die Anlagefläche 18 angelegt ist. Bei der Drosselscheibe 10 kann es sich beispielsweise um die in den 2a und 2b dargestellte Drosselscheibe 10 handeln. Die Drosselscheibe 10 ist derart an die Anlagefläche 18 angelegt, dass die Gräben 12, 14, 16 (nur der Graben 12 ist in 3 dargestellt) der Anlagefläche 18 gegenüberliegen. Die Dichtwirkung der Drosselscheibe 10 wird am Rand der vorzugsweise geschliffenen Drosselscheibe 10 durch Anlage an die Anlagefläche 18 erzielt. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drosseleinrichtung sind zwei Flächen 22 senkrecht zur Anlagefläche 18 und zur Drosselscheibe 10 vorgesehen. Damit der durchflussbegrenzende Öffnungsquerschnitt tatsächlich über die Anzahl, Form und Tiefe der Gräben 12, 14, 16 definiert wird, ist es erforderlich, dass das Spiel zwischen den Flächen 22, 24 und dem Randbereich der Drosselscheibe 10 groß im Verhältnis zum Querschnitt der Gräben 12, 14, 16 ist.
4 zeigt eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit. Die dargestellte Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff 100 in einen Verbrennungsraum 120 einer Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoffpumpe 140–220 auf. Ein Kraftstoffpumpenkolben 140 ist in einem Kraftstoffpumpenzylinder 160 hin und her bewegbar. Der Kraftstoffpumpenkolben 140 wird direkt oder indirekt über eine nicht dargestellte Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Der Kompressionsraum des Kraftstoffpumpenzylinders 160 bildet bei dieser Ausführungsform den ersten Druckraum 280, der von der Kraftstoffpumpe 140–220 mit unter dem ersten Druck p₂₈₀ stehendem Kraftstoff 100 befüllbar ist. Der erste Druckraum 280 ist über eine Kraftstoffleitung 200 mit einem an sich bekannten piezoelektrisch betriebenen Steuerventil 220 verbunden. Das Steuerventil 220 dient dazu, die Kraftstoffleitung 200 entweder zu verschließen oder mit einem Kraftstoff-Niederdruckbereich 180 zu verbinden, aus dem Kraftstoff 100 angesaugt werden kann. In seiner geöffneten Ruhestellung wird bei einer bezogen auf 4 nach oben gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 140 Kraftstoff 100 aus dem Kraftstoff-Niederdruckbereich 180 in den ersten Druckraum 280 angesaugt. Sofern das Steuerventil 220 sich bei einer bezogen auf 4 nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 140 noch in seiner geöffneten Ruhestellung befindet, kann vorher in den ersten Druckraum 280 angesaugter Kraftstoff 100 wieder zurück in den Kraftstoff-Niederdruckbereich 180 gedrückt werden. Bei einer Ansteuerung des Steuerventils 220 verschließt dieses die Kraftstoffleitung 200. Dadurch wird der in den ersten Druckraum 280 angesaugte Kraftstoff 100 bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Kraftstoffpumpenkolbens 140 komprimiert, wodurch der erste Druck p₂₈₀ in dem ersten Druckraum 280 erzeugt wird. Die dargestellte Ausführungsform der Pumpe-Düse-Einheit umfasst weiterhin eine insgesamt mit 240 bezeichnete Kraftstoffeinspritzdüse, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel 260 aufweist. Der bezogen auf 4 obere Endabschnitt der Düsennadel 260 weist einen Düsennadelkolben 500 auf, der in einem Schließfederraum 720 geführt ist. Eine in dem Schließfederraum 720 angeordnete erste Feder 360 stützt sich mit ihrem bezogen auf die Darstellung von 4 oberen Endabschnitt an einer ersten Anlagefläche 520 ab, die den Schließfederraum 720 begrenzt. Mit dem anderen Endabschnitt stützt sich die erste Feder 360 an dem Düsennadelkolben 500 ab und übt somit eine Schließkraft auf die Düsennadel 260 aus. Ein eine Schulter 580 aufweisender Abschnitt der Düsennadel 260 ist von einem dritten Druckraum 320 umgeben, der mit dem ersten Druckraum 280 über eine Verbindungsleitung 480 kommuniziert. In Abhängigkeit von der Drosselwirkung der Verbindungsleitung 480 und gegebenenfalls weiterer nicht dargestellter Drosseleinrichtungen wird in Abhängigkeit von dem in dem ersten Druckraum 280 herrschenden ersten Druck p₂₈₀ in dem dritten Druckraum 320 ein dritter Druck p₃₂₀ aufgebaut. Der in dem dritten Druckraum 320 unter dem dritten Druck p₃₂₀ stehende Kraftstoff 100 übt eine bezogen auf die Darstellung von 4 nach oben gerichtete Öffnungskraft auf die Düsennadel 260 aus. Ein Druckbegrenzungs- und -halteventil 340 in Form eines 2/2-Ventils ist räumlich benachbart zur Düsennadel 260 angeordnet und steht über die Verbindungsleitung 480 mit dem ersten Druckraum 280 in Verbindung. Ein zweiter Druckraum 300, 420, 680 umfasst einen Bereich 300, der einen Abschnitt der Düsennadel 260 umgibt, der eine Ringfläche 700 aufweist. Dadurch übt ein in dem Bereich 300 herrschender zweiter Druck p₃₀₀ eine nach unten gerichtete Schließkraft auf die Düsennadel 260 aus, so dass der in dem dritten Druckraum 320 herrschende dritte Druck p₃₂₀ höhere Werte annehmen muss, um einen Einspritzvorgang auszulösen. Der zweiten Druckraum 300, 420, 680 umfasst neben dem die Düsennadel 360 umgebenden Bereich 300 eine Verbindungsleitung 680 und einen Federraum 420. Um den zweiten Druck p₃₀₀ in dem zweiten Druckraum 300, 420, 680 einzustellen beziehungsweise zu begrenzen und zu halten, ist ein Druckbegrenzungs- und -halteventil 340 in dessen Öffnungsrichtung vorgesehen, das über die Verbindungsleitung 680 mit dem Bereich 300 und über eine Abzweigung 640 in der Verbindungsleitung 480 sowohl mit dem ersten Druckraum 280 als auch mit dem dritten Druckraum 320 in Verbindung steht. Somit wirkt ungefähr der dritte Druck p₃₂₀ auf das Druckbegrenzungs- und -halteventil 340 ein. Das Druckbegrenzungs- und -halteventil 340 öffnet, wenn die Summe der bezogen auf die Darstellung von 4 nach oben auf einen Ventilteller 380 wirkenden Kräfte größer ist, als die Summe der nach unten auf den Ventilteller 380 wirkenden Kräfte. Das Druckbegrenzungs- und -halteventil ist durch eine in dem Federraum 420 angeordnete zweite Feder 560 in seine geschlossene Stellung vorgespannt. Das Druckbegrenzungs- und -halteventil 340 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es bereits bei dritten Drücken p₃₂₀ öffnet, die noch nicht ausreichend hoch sind, um die Düsennadel 260 in ihre Öffnungsstellung zu bewegen. Wenn das Druckbegrenzungs- und -halteventil 340 öffnet, gelangt über die Verbindungsleitung 480 zugeführter Kraftstoff 100 in den zweiten Druckraum 300, 420, 680, so dass dort ein zweiter Druck p₃₀₀ aufgebaut werden kann, der die erwähnte Schließkraft auf die Ringfläche 700 der Düsennadel 260 ausübt. Mit der dargestellten Anordnung ist es bei bevorzugten Ausführungsformen möglich, den zweiten Druck p₃₀₀ in dem zweiten Druckraum 300, 420, 680 nach Art eines Aufpumpvorgangs zu erhöhen, indem das Steuerventil 220 derart impulsförmig angesteuert wird, dass zwar jeweils das Druckbegrenzungs- und – halteventil 340 öffnet, die Düsennadel 260 jedoch in ihrer Schließstellung verbleibt. Beispielsweise kann es erwünscht sein, den zum Öffnen der Düsennadel 260 erforderlichen dritten Druck p₃₂₀ in dem dritten Druckraum 320 für eine Haupteinspritzung zu erhöhen. Andererseits ist es in vielen Fällen erwünscht, dass die Düsennadel 260 für Vor- und Nacheinspritzungen bereits bei geringeren dritten Drücken p₃₂₀ öffnet. Daher muss der in dem zweiten Druckraum 300, 420, 680 herrschende zweite Druck p₃₀₀ beispielsweise nach einer Haupteinspritzung wieder abgebaut werden, um die gewünschte Nacheinspritzung zu ermöglichen. Der Abbau des zweiten Drucks p₃₀₀ erfolgt über eine erfindungsgemäße Drosseleinrichtung 26, die zwischen dem Federraum 420 und einer Leitung 660 angeordnet ist. Bei der Drosseleinrichtung 26 kann es sich beispielsweise um die in 3 dargestellte Drosseleinrichtung handeln. Die Drosseleinrichtung 26 gemäß 4 umfasst eine erfindungsgemäße Drosselscheibe 10, die an einer Anlagefläche 540 anliegt, wobei in 4 nicht dargestellte, jedoch in der Drosselscheibe 10 vorgesehene Vertiefungen der Anlagefläche 540 gegenüberliegen. Die Anlagefläche 540 weist eine die Drosseleigenschaften vorzugsweise zumindest nicht maßgeblich beeinflussende Bohrung zum Anschluss der Leitung 660 auf. Bei dieser Ausführungsform wird die Drosselscheibe 10 durch die zweite Feder 560 an die Anlagefläche 540 angelegt. Die Drosselscheibe 10 kann beispielsweise eine Stärke von ungefähr 300 μm aufweisen, wobei der durchlassbegrenzende Öffnungsquerschnitt einer herkömmlichen Drosselbohrung von 30 μm bis 40 μm entsprechen kann. Da vorzugsweise mehrere in 4 nicht dargestellte Vertiefungen 12, 14, 16 in der Drosselscheibe 10 vorgesehen sind, ist zumindest ein vollständiges Verstopfen der Drosseleinrichtung 26 praktisch auszuschließen, was gegenüber dem Stand der Technik erhebliche Vorteile mit sich bringt. Weiterhin ergeben sich durch die einfach herzustellende Drosseleinrichtung 26 Kostenvorteile im Vergleich zu herkömmlichen Drosseleinrichtungen, die eine eine Drosselbohrung aufweisende Drosselscheibe verwenden.
Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die Erfindung betrifft eine Drosselscheibe, bei der anstelle einer Drosselbohrung vorzugsweise mehrere die Drosselscheibe nicht durchdringenden Vertiefungen in Form von Gräben 12, 14, 16 vorgesehen sind, die den durchflussbegrenzenden Öffnungsquerschnitt definieren, wenn die Drosselscheibe 10 an eine Anlagefläche 18 angelegt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Drosselscheibe 10 unter Einsatz eines Laserstrahls sowie eine Drosseleinrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Pumpe-Düse-Einheit, bei der zum Abbau eines eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübenden Druckes eine erfindungsgemäße Drosseleinrichtung verwendet wird.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

Pumpe-Düse-Einheit zum Zuführen von Kraftstoff (100) in einen Verbrennungsraum (120) einer Brennkraftmaschine, mit – einer steuer- und/oder regelbaren Kraftstoffpumpe (140–220), – einer Kraftstoffeinspritzdüse (240), die eine zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegliche Düsennadel (260) aufweist, – einem ersten Druckraum (280), der von der Kraftstoffpumpe (140–220) mit unter einem ersten Druck (p₂₈; p₂₈₀) stehenden Kraftstoff (100) befüllbar ist, und – einem zweiten Druckraum (300, 420, 680), wobei in dem zweiten Druckraum (300, 420, 680) unter einem zweiten Druck (p₃₀₀) stehender Kraftstoff (100) eine Schließkraft auf die Düsennadel (260) ausübt, dadurch gekennzeichnet, – dass Kraftstoff (100) aus dem zweiten Druckraum (300, 420, 680) über eine Drosseleinrichtung (26) ausströmen kann, – dass die Drosseleinrichtung (26) eine im wesentlichen plane Anlagefläche (18; 540) aufweist, in der eine Bohrung (20) vorgesehen ist, – dass eine Drosselscheibe (10) vorgesehen ist, – dass die Drosselscheibe (10) zur Definition eines durchflussbegrenzenden Öffnungsquerschnitts zumindest eine Vertiefung (12, 14, 16) aufweist, welche die Drosselscheibe (10) nicht durchdringt, – dass die Drosselscheibe (10) im Bereich der Bohrung (20) derart an die Anlagefläche (18; 540) angelegt ist, dass die zumindest eine Vertiefung (12, 14, 16) der Anlagefläche (18; 540) gegenüberliegt.
Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiel zwischen im Wesentlichen senkrecht und benachbart zur Drosselscheibe (10) vorgesehenen Flächen (22, 24) und dem Randbereich der Drosselscheibe (10) groß im Verhältnis zum Querschnitt der zumindest einen Vertiefung (12, 14, 16) ist.
Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (10) durch eine Federkraft an die Anlagefläche (18; 540) angelegt ist.
Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenseite eines Federraums (420) die Anlagefläche (540) bildet.
Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Vertiefung (12, 14, 16) zumindest teilweise im Randbereich der Drosselscheibe (10) vorgesehen ist.
Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vertiefung (12, 14, 16) in Form von zumindest einem Graben (12, 14, 16) vorliegt.
Pumpe-Düse-Einheit nach einem der Ansprüche 1 oder 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vertiefungen (12, 14, 16) in Form von im Wesentlichen sternförmig angeordneten Gräben (12, 14, 16) vorgesehen sind.
Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sternförmig angeordneten Gräben (12, 14, 16) sich bis zum Rand der Drosselscheibe (10) erstrecken.
Pumpe-Düse-Einheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sternförmig angeordneten Gräben (12, 14, 16) sich nicht bis zum Mittelpunkt der Drosselscheibe (10) erstrecken.
Pumpe-Düse-Einheit nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vertiefung (12, 14, 16) durch Verdampfen von Drosselscheibenmaterial mittels Laser gebildet ist.
Pumpe-Düse-Einheit nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vertiefung (12, 14, 16) durch eines der formgebenden Verfahren Laserstrahlspanen, Fräsen, Sägen, Strahlspanen, Erodieren oder Ätzen gebildet ist.
Pumpe-Düse-Einheit nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der durchflussbegrenzende Öffnungsquerschnitt einer herkömmlichen Drosselbohrung mit einem Durchmesser von weniger als 100 μm, vorzugsweise weniger als 40 μm entspricht.
Pumpe-Düse-Einheit nach einem der Ansprüche 1 oder 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stärke im Bereich von ungefähr 200 μm bis 400 μm aufweist.