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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,
insbesondere für
Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse, mit
einem in dem Gehäuse
angeordneten Ventilelement, mit mindestens einer Kraftstoff-Austrittsöffnung,
und mit einem Strömungsweg,
welcher zu der Kraftstoff-Austrittsöffnung führt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein
Kraftstoffsystem, insbesondere für
Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einer Kraftstoff-Sammelleitung,
mit mindestens einer an die Kraftstoff-Sammelleitung angeschlossenen
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und mit einem Strömungsweg,
welcher von der Kraftstoff-Sammelleitung
zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung führt.
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Eine derartige Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und
ein derartiges Kraftstoffsystem sind aus der
DE 198 32 940 A1 bekannt.
Dort wird eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung gezeigt, welche auch
für direkt
einspritzende Brennkraftmaschinen verwendet werden soll. In einer
Zulaufbohrung im Gehäuse
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
ist eine Filterkammer ausgebildet, in welche ein stabförmiges Filterelement eingesetzt
ist. Um eine Drosselung des Kraftstoffstroms beim Durchströmen der
Filterkammer und des Filterelements zu vermeiden, ist die Größe des Gesamtdurchflussquerschnittes
am Filterelement und die Größe des Durchflussquerschnitts
des Strömungswegs
stromabwärts
von dem Filterelement etwa 5 bis 10 Mal so groß ausgelegt wie das Maß des Gesamtdurchflussquerschnitts
sämtlicher vorgesehener
Kraftstoff-Austrittsöffnungen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
und ein Kraftstoffsystem der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
dass sie im Betrieb möglichst
wenig Geräusche verursachen
und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in dem Strömungsweg
eine definierte Strömungsdrossel
angeordnet ist.
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Bei einem Kraftstoffsystem der eingangs
genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem Abschnitt
des Strömungswegs,
welcher an oder in unmittelbarer Nähe zu der Kraftstoff-Sammelleitung
liegt, eine definierte Strömungsdrossel
angeordnet ist.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die Anordnung einer Strömungsdrossel
mit einem definierten Drosselgrad im Strömungsweg wird vermieden, dass
sich die beim Öffnen
und beim Schließen
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in der Nähe der Kraftstoff-Austrittsöffnungen
auftretende schlagartige Druckänderung
im Strömungsweg
in Form einer Druckschwingung oder einer Druckwelle in einen Bereich
des Strömungswegs
fortpflanzt, welcher stromaufwärts
von der Strömungsdrossel
liegt oder sie werden zumindest stark gedämpft. Die entsprechenden Druckwellen
werden durch die erfindungsgemäß vorgesehene
Strömungsdrossel
also zuverlässig
von einem großen
Bereich des Strömungswegs
und damit verbundener Komponenten ferngehalten. Diese Maßnahme ist
am wirkungsvollsten bei einer Anordnung der Strömungsdrossel unmittelbar in
oder an der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung. Bei einer Anordnung
der Strömungsdrossel
an oder in unmittelbarer Nähe
zu der Kraftstoff-Sammelleitung hat man jedoch weniger Platzprobleme
und es wird zumindest vermieden, dass die besagten Druckwellen bis
in die Kraftstoff-Sammelleitung gelangen.
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Dadurch, dass die Druckschwingungen
beziehungsweise Druckwellen von großen Bereichen des Strömungswegs
ferngehalten werden, werden in dem Kraftstoffsystem beziehungsweise
in der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung insgesamt weniger Geräusche erzeugt,
und die entsprechenden Bereiche des Strömungswegs und die damit verbundenen
Komponenten werden weniger belastet, was die Lebensdauer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
beziehungsweise des Kraftstoffsystems verlängert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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In einer ersten Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
wird vorgeschlagen, dass diese einen hydraulischen Steuerraum umfasst,
wobei durch den in ihm herrschenden Druck eine Bewegung des Ventilelements
gesteuert wird und welcher über
eine Zulaufdrossel mit dem Strömungsweg
verbunden ist, und wobei die Strömungsdrossel
stromaufwärts
von der Zulaufdrossel angeordnet ist. In diesem Fall handelt es
sich bei der Strömungsdrossel,
durch welche Druckwellen von Bereichen des Strömungswegs ferngehalten werden, um
eine zusätzliche
Strömungsdrossel,
deren Funktion und Gestaltung vollkommen unabhängig von der Zulaufdrossel
zum Steuerraum ist.
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Besonders bevorzugt ist jene Weiterbildung, bei
welcher in dem Strömungsweg
mindestens ein Filterelement angeordnet ist, welches einen Filterabschnitt
und einen von diesem separaten Drosselabschnitt umfasst. Die Ausgestaltung
des Filterabschnitts kann dabei der in der
DE 198 32 940 A1 gezeigten
Art entsprechen, deren Offenbarung daher ausdrücklich in die vorliegende Erfindung
einbezogen wird. Da das Filterelement üblicherweise mit sehr hoher
Präzision
in den Strömungsweg
eingepasst ist, kann der Drosselabschnitt ebenfalls sehr präzise mit dem
Strömungsweg
zusammenarbeiten, so dass die gewünschte Drosselwirkung mit hoher
Präzision
und geringer Fertigungsstreuung eingestellt werden kann.
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In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass
der Drosselabschnitt durch einen an einem Ende des Filterelements
angeordneten Zylinderkörper
gebildet wird, zwischen dessen äußerer Mantelfläche und
der inneren Mantelfläche
des Strömungswegs
ein Ringspalt mit einem bestimmten Drosselquerschnitt gebildet ist.
Eine solche Strömungsdrossel
ist einfach und daher preiswert herstellbar.
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Möglich
ist aber auch, dass in dem Drosselabschnitt ein Drosselkanal mit
einem bestimmten Drosselquerschnitt vorhanden ist. Dies gestattet
eine besonders präzise
Einstellung der Drosselwirkung und erfordert keine spezielle Präzision seitens
des Strömungswegs.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn
der Drosselabschnitt an den Filterabschnitt angeformt ist, da hierdurch
der Zusammenbau vereinfacht wird.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffsystems
wird vorgeschlagen, dass die Strömungsdrossel
in einem Anschlussstutzen der Kraftstoff-Sammelleitung angeordnet
ist, an den die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung angeschlossen ist.
Dieser ist gut zugänglich,
was den Einbau der erfindungsgemäß vorgesehenen
Strömungsdrossel
erleichtert.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei,
wenn die Strömungsdrossel
durch ein Filterelement mit einem Drosselabschnitt der oben genannten
Art gebildet wird. Die gute Zugänglichkeit
im Bereich der Kraftstoff-Sammelleitung kann in diesem Fall nicht
nur für die
Strömungsdrossel,
sondern auch für
das Filterelement ausgenutzt werden.
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Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung im Detail erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffsystems einer
Brennkraftmaschine mit mehreren Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen;
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2 einen
teilweisen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
von 1;
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3 ein
Detail III der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
von 2;
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4 eine
Darstellung ähnlich 3 einer abgewandelten Ausführungsform
einer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen von 1;
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5 einen
teilweisen Schnitt durch eine weitere alternative Ausführungsform
einer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
von 1; und
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6 eine
schematische Darstellung ähnlich 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Kraftstoffsystems.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffsystems
trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10.
Es gehört
zu einer Brennkraftmaschine 12 und umfasst einen Kraftstoffbehälter 14,
aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 16 (Vorförderpumpe)
den Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 fördert. Diese
wird mechanisch von der Brennkraftmaschine 12 angetrieben,
komprimiert den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck, und fördert ihn zu
einer Kraftstoff-Sammelleitung 20 (Rail). In dieser ist
der Kraftstoff unter sehr hohem Druck gespeichert.
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An die Kraftstoff-Sammelleitung 20 sind über Hochdruckleitungen 22 mehrere
Injektoren 24 angeschlossen. Diese spritzen den Kraftstoff
direkt in ihnen jeweils zugeordnete Brennräume 26 ein. Von den
Injektoren 24 führt
eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 28 zum Kraftstoffbehälter 14 zurück.
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In den 2 und 3 ist einer der Injektoren 24 im
Detail dargestellt. Der Injektor 24 umfasst ein mehrteiliges
Gehäuse 30,
in dem eine Stufen-Sackbohrung 32 vorhanden ist. In dieser
ist ein nadelartiges Ventilelement 34 angeordnet, welches
in seinem in 2 unteren
Bereich eine Dichtkante 36 aufweist, die mit einem gehäuseseitigen
Ventilsitz 38 zusammenarbeitet.
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Ein Strömungsweg 40 führt von
einem Hochdruckanschluss 42 bis zu einem koaxial zum Ventilelement 34 angeordneten
Strömungsraum 44.
Bei geöffnetem
Ventilelement, wenn also dessen Dichtkante 36 nicht am
Ventilsitz 38 anliegt, verläuft der Strömungsweg weiter bis zu Kraftstoff-Auslassöffnungen 46.
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Bei dem in den 2 und 3 dargestellten
Injektor 24 handelt es sich um einen sogenannten "druckgesteuerten" Injektor. Bei diesem
wird das Ventilelement von einer Druckfeder 48 mit der
Dichtkante 36 gegen den Ventilsitz 38 gedrückt. Ein
Abheben der Dichtkante 36 vom Ventilsitz 38 wird
dadurch bewirkt, dass der Druck im Strömungsraum 44 angehoben
wird, was an einer Druckfläche 50 des Ventilelements 34 zu
einer in Öffnungsrichtung
wirkenden hydraulischen Kraft führt.
Ein Raum 52, in dem die Druckfeder 48 angeordnet
ist, ist über
einen Leckagekanal 54 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 28 verbunden.
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Ein zwischen dem Strömungsraum
44 und dem
Hochdruckanschluss
42 gelegener Abschnitt des Strömungswegs
40 ist
als zylindrische Kammer
56 ausgebildet. Diese ist im Detail
in
3 dargestellt. Die
Kammer
56 ist mit hoher Präzision hergestellt, beispielsweise
gerieben. In die Kammer
56 ist im Presssitz ein Filterelement
58 aus
gehärtetem Stahl
eingesetzt. Dessen Filterabschnitt
59 ist stabförmig ausgebildet
und zwingt den zulaufenden Kraftstoff zum Durchtritt durch Engspalten,
die zwischen dem profilierten Außenumfang des Filterelements
58 und
der diesen umgebenden Wand der Kammer
56 des Strömungswegs
40 gebildet
sind. Dabei wird der Kraftstoff gefiltert und mitgeführte Schmutzteilchen und
Späne werden
ab einer bestimmten Größe zurückgehalten.
Im Hinblick auf die genaue Ausgestaltung des Filterelements
58 wird
auf die
DE 198 32 940
A1 verwiesen, deren Offenbarung hiermit nochmals ausdrücklich in
die vorliegende Erfindung einbezogen wird.
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An dem stromabwärts gelegenen Ende des Filterabschnitts 59 ist
zunächst
ein Freistich 60 vorhanden, an den wiederum ein zylindrischer
Drosselabschnitt 62 angeformt ist. Der Filterabschnitt 59,
der Freistich 60 und der Drosselabschnitt 62 sind
also insgesamt einstückig.
Der Drosselabschnitt 62 ist koaxial zum Filterabschnitt 59;
er hat jedoch insgesamt einen etwas kleineren Durchmesser, so dass
zwischen der äußeren Mantelfläche des
Drosselabschnitts 62 und der inneren Mantelfläche der
Kammer 56 ein Ringspalt 64 vorhanden ist, durch
den eine Strömungsdrossel 65 mit
einem bestimmten definierten Drosselgrad gebildet wird.
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Aufgrund der präzisen Herstellung der Kammer 56 einerseits
und des Filterelements 58 andererseits kann auch der Ringspalt 64 sehr
genau hergestellt werden und weist von einem Injektor 24 zum
anderen reproduzierbare Abmessungen auf. Streuungen der Drosselwirkung
von einem Injektor 24 zum anderen sind daher sehr gering.
Der Drosselabschnitt 62 des Filterelements 58 ist
vergleichsweise kurz, um zu verhindern, dass die Temperatur des Kraftstoffes
und die mit ihr verbundene Viskosität die Drosselwirkung beeinflusst.
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In 4 ist
eine Alternative zu dem in den 2 und 3 dargestellten Filterelement 58 gezeigt. Dabei
tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen
und Bereichen des in den 2 und 3 gezeigten Injektors 24 aufweisen,
die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
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Im Gegensatz zum Filterelement der 2 und 3 liegt der Drosselabschnitt 62 des
Filterelements 58 von 4 ebenfalls
im Presssitz an der inneren Mantelfläche der Kammer 56 des
Strömungswegs 40 an.
Vom Freistich 60 ausgehend verläuft im Drosselabschnitt 62 in
schräger
Richtung bis zur axialen Endfläche 66 des
Drosselabschnitts 62 eine Drosselbohrung 64, deren
Querschnitt entsprechend der gewünschten
Drosselwirkung gewählt
ist. Bei dieser Variante ist die Drosselwirkung von der Zentrierung
des Filterelements 58 in der Kammer 56 im Wesentlichen
unabhängig.
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In 5 ist
eine alternative Ausführungsform eines
Injektors 24 gezeigt. Auch bei diesem gilt, dass solche
Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen
zu Elementen und Bereichen der in den 2 bis 4 gezeigten Injektoren aufweisen,
die gleichen Bezugszeichen tragen und nicht nochmals im Detail erläutert sind.
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Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Injektoren
wird der in 5 gezeigte
Injektor 24 nicht druck- sondern hubgesteuert. Dies bedeutet,
dass er nicht nur von einer Druckfeder 48, sondern auch
von einer in einem Steuerraum 68 an einer axialen Druckfläche 70 des
Ventilelements 34 angreifenden hydraulischen Kraft mit
der Dichtkante 36 gegen den gehäuseseitigen Ventilsitz 38 beaufschlagt
wird. Eine Öffnungsbewegung
des Ventilelements 34 wird dadurch bewirkt, dass der Druck
im Steuerraum 68 mittels eines entsprechenden Schaltventils 72 kurzzeitig abgesenkt
wird.
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Im Strömungsraum 44 und an
der Druckfläche 50 liegt
ständig
der hohe Druck der Kraftstoff-Sammelleitung 20 an. Sobald
die in Schließrichtung
wirkenden Kräfte
die an der Druckfläche 50 des Ventilelements 34 angreifende
und in Öffnungsrichtung
wirkende hydraulische Kraft unterschreiten, hebt die Dichtkante 36 vom
Ventilsitz 38 ab und gibt den Strömungsweg vom Strömungsraum 44 zu
den Kraftstoff-Auslassöffnungen 46 frei.
Der Kraftstoffdruck wird dabei mittels einer Zulaufdrossel 74 vom Strömungsraum 44 in
den Steuerraum 68 übertragen,
und zwischen Schaltventil 72 und Steuerraum 68 ist
eine Ablaufdrossel 76 angeordnet. Das Filterelement 58 mit
dem Filterabschnitt 59 und dem Drosselabschnitt 62 ist
in 5 nur schematisch
dargestellt und in dem zum Strömungsraum 44 führenden Strömungsweg 40 angeordnet.
Es kann in der in 3 oder
in der in 4 gezeigten
Art ausgebildet sein.
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Eine andere Ausführungsform eines Kraftstoffsystems 10 ist
in 6 dargestellt. Dabei
tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu dem
in 1 dargestellten Kraftstoffsystem
aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im
Detail erläutert.
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Die Injektoren 24 können als
druck- oder als hubgesteuerte Injektoren ausgestaltet sein. Im Gegensatz
zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
ist das Filterelement 58 jedoch nicht in die Injektoren 24 integriert,
sondern in einen Anschlussstutzen 78 an der Kraftstoff-Sammelleitung 20.
Das Filterelement 58 kann wiederum in der in 3 oder in 4 gezeigten Art ausgebildet sein. Auch
andere Ausführungsformen
einer Strömungsdrossel
sind denkbar.
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Dabei sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf
hingewiesen, dass in anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen
die Strömungsdrossel
unabhängig
von einem eventuell vorhandenen Filterelement sein kann. So ist
beispielsweise auch denkbar, dass das Filterelement im Anschlussstutzen
der Kraftstoff-Sammelleitung, die Strömungsdrossel jedoch im Injektor
angeordnet ist. Auch ist denkbar, dass überhaupt kein Filterelement,
sondern nur eine Strömungsdrossel
vorgesehen ist.
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Durch die bei den verschiedenen Kraftstoffsystemen 10 beziehungsweise
Injektoren 24 der 1 bis 6 vorhandenen Strömungsdrosseln 65 werden
Druckwellen, welche durch die scharfen Druckgradienten beim Öffnen und
Schließen
des Ventilelements 34 im Bereich der Dichtkante 36 beziehungsweise
des Ventilsitzes 38 erzeugt werden, von dem stromaufwärts von
der Strömungsdrossel 65 gelegenen
Bereich des Strömungswegs 40 ferngehalten oder
zumindest deutlich abgeschwächt.
Insbesondere die Kraftstoff-Sammelleitung 20 und
die dort vorhandenen und in den 1 und 6 nicht gezeigten Komponenten,
wie beispielsweise ein Mengensteuerventil, ein Drucksensor, ein
Druckentlastungsventil und so weiter, werden hierdurch geschont.