EP1503073A1 - Unit injector - Google Patents
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- EP1503073A1 EP1503073A1 EP04017275A EP04017275A EP1503073A1 EP 1503073 A1 EP1503073 A1 EP 1503073A1 EP 04017275 A EP04017275 A EP 04017275A EP 04017275 A EP04017275 A EP 04017275A EP 1503073 A1 EP1503073 A1 EP 1503073A1
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- F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
Definitions
- the invention relates to a pump-nozzle device with a Pump, a valve and a nozzle unit.
- a pump-nozzle device is used in particular for fuel supply in a combustion chamber of a direct injection internal combustion engine, used in particular a diesel internal combustion engine.
- the pump, a control unit, in addition to the valve also a Actuator comprises, which preferably consists of a piezo stack is formed, and the nozzle unit form a structural unit.
- the drive of a piston of the pump is preferably carried out via a camshaft of an internal combustion engine by means of a rocker arm.
- the pump is connected via the valve to a low-pressure fuel supply device hydraulically coupled. It is hydraulically coupled on the output side with the nozzle unit.
- Start of injection and injection quantity are by the Valve and its actuator determined. Due to the compact Construction of the pump-nozzle device results in a very low High pressure volume and high hydraulic stiffness. There are so very high injection pressures of about 2000 bar allows. This high injection pressure in conjunction with the good controllability of the start of injection and the injection quantity enable a significant reduction in emissions at the same time low fuel consumption when used in Internal combustion engines.
- a pump-nozzle device with a pump and a valve with a valve member, the hydraulic coupling of a Ab horrraums with a Flow channel controls.
- the drainage channel is hydraulically coupled with the pump and a nozzle unit.
- An inlet channel is provided which is hydraulically coupled to the Ab horrraum.
- the valve member is a piezoelectric actuator assigned, via which the valve member between two end positions can be adjusted. In a first end position of the valve member, the drainage channel is hydraulically coupled with a Ab tenuraum and this in turn with the inlet channel. In a second end position of the valve member is the Drain channel hydraulically decoupled from the discharge chamber.
- the valve member In the first end position of the valve member is during a Delivery strokes of the pump fluid from the inlet channel via the Abersonraum and the drainage channel sucked by the pump. While a working stroke of a pump piston of the pump is in the first end position of the valve member fluid from the pump pushed back via the supply channel, the discharge chamber in the drainage channel. In the second end position of the valve member can during the delivery stroke of the pump piston because of the missing hydraulic coupling of the drainage channel with the discharge chamber and no fluid is pushed back to the drain channel and the pump piston generates high pressure. With crossing a predetermined pressure threshold opens a nozzle needle the Nozzle unit, a nozzle of the nozzle unit and there is a Injection of the fluid.
- the object of the invention is a pump-nozzle device which ensures low noise emissions during operation.
- the invention is based on the recognition that during the Operation of the Prior Art Pump-Nozzle Device substantially caused noise emissions are due to cavitations after making the hydraulic Coupling between the drainage channel with high pressure standing fluid and the Abgresraum and the drainage channel. Of the resulting Abêtimpuls leads to pressure waves of high amplitude in the fluid in the region of the discharge chamber and the feed channel, in the form of sound waves from the pump-nozzle device be transmitted to the outside.
- the invention is characterized in that in the inlet channel a throttle element is provided.
- the throttle element causes a rapid increase in pressure in the Abberichtraum and slows down the outflow of fluid into the inlet channel. Thereby becomes the time within which cavitations occur greatly reduced and so the generation of sound emissions strongly attenuated in a simple way.
- the throttle element in particular high-frequency noise components significantly reduced during the Ab horrvorgangs.
- By the Reducing the cavitation time is also the so-called.
- Cavitation erosion on the valve member and on the walls of the Abjuriraums significantly reduced. Cavitation erosion is caused by the imploding of gas bubbles, the cavitation by Evaporation of the fluid can be formed.
- valve member is extremely unsteady and precise Setting the position of the valve member thus difficult to achieve.
- the reduction in cavitation time, which is caused by the throttle element also a more precise control of the valve member.
- the throttle element in the form of a stepped bore of the inlet channel educated. This has the advantage of being easy is to produce.
- At least two throttle elements are arranged in the inlet channel. This results in a further improved reduction the noise emissions.
- the at least two throttle elements are arranged so spaced apart, that they have predetermined frequencies of pressure oscillations of the fluid in the inlet duct or in predetermined others Transform frequency ranges. This results in a very effective reducing z. B. audible to humans Sound emissions.
- a pump-nozzle device ( Figure 1) comprises a pump unit 1, a control unit 2 and a nozzle unit 5.
- the Pump-nozzle device is preferably used for feeding of fuel into the combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
- the internal combustion engine is preferably as Diesel internal combustion engine trained.
- the internal combustion engine has an intake tract, which by means of gas inlet valves with cylinders can be coupled and is sucked in through the air.
- the Internal combustion engine also has an exhaust tract over controlled the exhaust valve to eject from the cylinders Discharges gases.
- the cylinders are each assigned pistons, each via a connecting rod with a crankshaft are coupled.
- the crankshaft is with a camshaft coupled.
- the pump unit comprises a piston 11, a pump body 12, a pumping chamber 13 and a pump return means 14, the is preferably designed as a spring.
- the piston 11 is in built-in state in an internal combustion engine with a camshaft coupled, preferably by means of a rocker arm, and is driven by this.
- the piston 11 is in one Recess of the pump body 12 out and determined dependent from its position the volume of a pumping space 13.
- the pump return means 14 is designed and arranged that limited by the piston 11 volume of the pump chamber 13 has a maximum value when on the piston no outer Forces, d. H. Forces beyond the coupling with the camshaft be transmitted.
- the nozzle unit 5 comprises a nozzle body 51 in which a Nozzle return means 52, as a spring and possibly in addition is designed as a damping unit, and a needle 53 is arranged are.
- the needle 53 is in a recess of the nozzle body 51 arranged and is in the range of a needle guide 55 led.
- the needle 53 is located at a Needle seat 54 and thus closes a nozzle 56, the Feeding the fuel into the combustion chamber of the cylinder Internal combustion engine is provided.
- the nozzle unit 5 is preferably, as illustrated, as an inwardly opening nozzle unit intended.
- the needle 53 In a second state, the needle 53 is slightly spaced to the needle seat 54 toward the nozzle return means 52 and thus releases the nozzle 56. In this second state, fuel enters the combustion chamber metered to the cylinder of the internal combustion engine.
- the first or second state is taken depending on a balance of forces from the force generated by the nozzle return means 52 acting on the needle 53 and from the counteracting this Force caused by the hydraulic pressure in the area of the needle heel 57 is caused.
- the control unit comprises an inlet channel 21 and an outlet channel 22.
- the inlet channel 21 and the outlet channel 22 are hydraulically coupled by means of a valve.
- the inlet channel 21 is from a low-pressure side port of the pump-nozzle device led to the valve.
- the drainage channel 22 is hydraulically coupled to the pumping chamber 13 and is out led to the needle heel 57 and is hydraulically dependent from the state occupied by the needle 53 the nozzle 56 coupled.
- the valve comprises a valve member 231, preferably as so-called A-valve is formed, d. H. it opens to the outside against the flow direction of the fluid.
- the valve includes a Abschraum 232, which is hydraulically coupled with the inlet channel 21 and by means of the valve member 231 with a high pressure chamber 233 is hydraulically coupled.
- the high pressure room 233 is hydraulically coupled to the drainage channel 22nd
- valve return means 235 is provided, which is arranged and adapted to be the valve member 231 in an open position, d. H. spaced to the Valve seat 234 presses when by an actuator 24th acting on the valve member forces are less than that Forces generated by the valve return means 235 on the valve member 231 act.
- the actuator 24 is preferably as Piezo stack formed. But he can also do another One skilled in the art and suitable for such an application Actuator, such as an electromagnetic actuator be.
- the actuator 24 is preferably by means of a transformer, which preferably amplifies the stroke of the actuator 24, coupled to the valve member 231.
- On the actuator 24 is preferably also a plug 26 for receiving of electrical contacts for controlling the actuator 24 provided.
- valve member 231 In the open position of the valve member 231 is in one movement of the piston 11, the upward d. H. towards the way directed from the nozzle 56, fuel via the inlet channel 21 sucked towards the pump room 13. As long as the valve member 231 during a subsequent downward movement of the piston 11, d. H. with a movement directed towards the nozzle 56, still in its open position, the one in the Pump chamber 13 located fuel back through the valve in the Abêtraum 232 and possibly in the inlet channel 21st pushed back.
- valve member 231 is controlled in its closed position, is in the pump chamber 13 and thus also in the flow channel 22nd and compresses the fuel located in the high pressure space 233, causing the pressure with increasing downward movement of the piston 11 in the pump chamber 13, in the high-pressure chamber 233 and in the Drain channel 22 increases. According to the rising pressure in the Drain passage 22 also increases due to the hydraulic pressure caused force on the needle heel 57 in the direction an opening movement of the needle 53 to release the nozzle 56th acts.
- a throttle element 27 is arranged in the inlet channel 21 ( Figure 2).
- the throttle element 27 causes a fast Pressure increase in the Abberichtraum 232 and slows down the outflow of the fuel in the inlet channel 21. This is the length of time within which cavitations occur is strong reduces and thus the generation of sound emissions to simple Way strongly muted. Be through the throttle element especially high-frequency noise during the Ab horrvorgangs significantly reduced.
- d. H the time while the fuel is from High-pressure chamber 233 toward the Abêtraum 232 with sound velocity flows and at which vapor bubbles form, the then in a region of lower flow velocity implode again and thereby generate sound and also damage on the valve body, greatly reduced. So The generation of sound emissions is easy heavily steamed.
- Throttling element 27 is arranged very close to the diversion chamber 232, as shown in Figure 2. The closer the throttle element 27 is arranged at the Abberichtraum, the more effective the noise emissions are reduced. Furthermore, it will be like that a sealing connection between the inlet channel and a this associated fuel supply device, which usually done by means of an O-ring, spared and so their Lifespan increased.
- the throttle element is particularly easy through a stepped bore produced.
- a first Pilot hole and the holes can then be rounded hydroerosiv become.
- the throttle element 27 can also be used as an insert be used in the inlet channel 21.
- the pump-nozzle device ( Figure 3) are at least two throttle elements 16, 61, 62, 63rd arranged in the inlet channel 21.
- a suitable dimensioning the throttle elements 60 to 63 and a suitable one Spacing the throttle elements 60 to 63 can predetermined Frequencies of the pressure oscillations of the fuel in the inlet channel Be intentionally subdued or into predetermined others, preferably inaudible to humans, frequency ranges be transformed.
- the throttle elements act 60 to 63 in conjunction with the inlet channel 21 as Resonators and reflect each pressure waves with a given wavelength, so that the corresponding wave dissipated.
- the or the Drosselelemte 27, 60th to 63 and the diversion room are designed so that the Pumping chamber 13 via the inlet channel 21 even at a predetermined Low pressure value, preferably 3 to 10 bar in the inlet channel 21 can be filled within a predetermined period of time is.
- the predetermined period of time depends on the Speed of the crankshaft selected. This ensures that that the operation of the pump-nozzle device, d. H. the earliest possible start of injection and the maximum possible Injection amount through the throttle element 27, 60 to 63 not to be influenced.
- the solid line in Figure 4 shows an exemplary Pressure curve in a pump-nozzle device according to FIG 2 in the drain channel 22.
- a time t1 is the Threshold pthr of pressure exceeded and thus begins the fuel metering into the cylinder, as in FIG. 5 Plotted on the basis of the metered amount of fuel Qinj the time t is shown.
- the threshold value pthr of the pressure falls below again and thus ending the fuel metering.
- the throttle element 27 is formed and arranged and also the Abschraum 27 is formed so that in Comparison to a pump-nozzle device without the throttle element 27 the pressure drop at pressures above the threshold pthr is identical (see dashed line of Pressure).
- the pressure curve is shown for the case at the throttle element 27 is dimensioned so that in the given low pressure value no complete filling of the Pump room 13 is guaranteed.
- the Pressure build-up in the pump chamber 13 only delayed and the Threshold pthr is only reached at time t2.
- the Throttle element 27 is dimensioned in this case so that after a Abêtn of the valve by the throttle effect of Throttle element 27, the pressure already above the threshold pthr drops more slowly than in the unthrottled case. This also has the consequence that the end of the fuel metering only delayed occurs at time t5.
- the dotted line sets the course of the dotted Line in the event that the throttle element 27 so dimensioned is that its throttling effect only below the Threshold pthr to a change in pressure drop in Comparison with the unthrottled case leads.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Pumpe-Düse-Vorrichtung mit einer Pumpe, einem Ventil und einer Düseneinheit. Derartige Pumpe-Düse-Vorrichtung wird insbesondere zur Kraftstoffzufuhr in einen Brennraum einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine eingesetzt. Die Pumpe, eine Steuereinheit, die neben dem Ventil auch einen Stellantrieb umfasst, welche vorzugsweise aus einem Piezostapel gebildet ist, und die Düseneinheit bilden eine Baueinheit. Der Antrieb eines Kolbens der Pumpe erfolgt vorzugsweise über eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mittels eines Kipphebels. Die Pumpe ist über das Ventil an eine Niederdruck-Kraftstoffzuführeinrichtung hydraulisch koppelbar. Sie ist ausgangsseitig mit der Düseneinheit hydraulisch gekoppelt. Einspritzbeginn und Einspritzmenge werden durch das Ventil und dessen Stellantrieb bestimmt. Durch die kompakte Bauweise der Pumpe-Düse-Vorrichtung ergibt sich ein sehr geringes Hochdruckvolumen und eine große hydraulische Steifigkeit. Es werden so sehr hohe Einspritzdrücke von ca. 2000 bar ermöglicht. Dieser hohe Einspritzdruck in Verbindung mit der guten Steuerbarkeit des Einspritzbeginns und der Einspritzmenge ermöglichen eine deutliche Reduktion der Emissionen bei gleichzeitig niedrigen Kraftstoffverbrauch beim Einsatz in Brennkraftmaschinen.The invention relates to a pump-nozzle device with a Pump, a valve and a nozzle unit. Such a pump-nozzle device is used in particular for fuel supply in a combustion chamber of a direct injection internal combustion engine, used in particular a diesel internal combustion engine. The pump, a control unit, in addition to the valve also a Actuator comprises, which preferably consists of a piezo stack is formed, and the nozzle unit form a structural unit. The drive of a piston of the pump is preferably carried out via a camshaft of an internal combustion engine by means of a rocker arm. The pump is connected via the valve to a low-pressure fuel supply device hydraulically coupled. It is hydraulically coupled on the output side with the nozzle unit. Start of injection and injection quantity are by the Valve and its actuator determined. Due to the compact Construction of the pump-nozzle device results in a very low High pressure volume and high hydraulic stiffness. There are so very high injection pressures of about 2000 bar allows. This high injection pressure in conjunction with the good controllability of the start of injection and the injection quantity enable a significant reduction in emissions at the same time low fuel consumption when used in Internal combustion engines.
Aus der DE 198 35 494 C2 ist eine Pumpe-Düse-Vorrichtung bekannt mit einer Pumpe und einem Ventil mit einem Ventilglied, das die hydraulische Kopplung eines Absteuerraums mit einem Ablaufkanal steuert. Der Ablaufkanal ist hydraulisch gekoppelt mit der Pumpe und einer Düseneinheit. Ein Zulaufkanal ist vorgesehen der hydraulisch gekoppelt ist mit dem Absteuerraum. Dem Ventilglied ist ein piezoelektrischer Stellantrieb zugeordnet, über den das Ventilglied zwischen zwei Endstellungen verstellt werden kann. In einer ersten Endstellung des Ventilglieds ist der Ablaufkanal hydraulisch gekoppelt mit einem Absteuerraum und dieser wiederum mit dem Zulaufkanal. In einer zweiten Endstellung des Ventilglieds ist der Ablaufkanal hydraulisch entkoppelt von dem Absteuerraum. In der ersten Endstellung des Ventilglieds wird während eines Förderhubs der Pumpe Fluid von dem Zulaufkanal über den Absteuerraum und den Ablaufkanal von der Pumpe angesaugt. Während eines Arbeitshubs eines Pumpenkolbens der Pumpe wird in der ersten Endposition des Ventilglieds Fluid von der Pumpe über den Zulaufkanal, den Absteuerraum in den Ablaufkanal zurückgedrückt. In der zweiten Endposition des Ventilglieds kann während des Förderhubs des Pumpenkolbens wegen der fehlenden hydraulischen Kopplung des Ablaufkanals mit dem Absteuerraum und dem Ablaufkanal kein Fluid zurückgedrückt werden und der Pumpenkolben erzeugt Hochdruck. Mit Überschreiten einer vorgegebenen Druckschwelle öffnet eine Düsennadel der Düseneinheit eine Düse der Düseneinheit und es erfolgt eine Einspritzung des Fluids. Das Einspritzende wird dadurch bestimmt, dass das Ventilglied mittels des Stellantriebs in seine erste Endposition gesteuert wird und so Fluid über den Ablaufkanal in den Absteuerraum und den Zulaufkanal zurückströmen kann, was zur Folge hat, dass der Druck in der Pumpe und somit auch in der Düseneinheit abnimmt, was wiederum zu einem Schließen der Düseneinheit führt. Bei diesem sog. Absteuervorgang werden hohe Geräuschemissionen erzeugt. Derartige Geräuschemissionen werden vom Fahrer eines Kraftfahrzeugs, in dem die Pumpe-Düse-Vorrichtung eingebaut sein kann, als unangenehm wahrgenommen und müssen zum einen im Hinblick auf einen möglichst hohen Fahrkomfort und zum anderen auch aufgrund immer strengerer gesetzlicher Bestimmungen bezüglich Geräuschemissionen von Fahrzeugen weitgehend vermieden werden.From DE 198 35 494 C2, a pump-nozzle device is known with a pump and a valve with a valve member, the hydraulic coupling of a Absteuerraums with a Flow channel controls. The drainage channel is hydraulically coupled with the pump and a nozzle unit. An inlet channel is provided which is hydraulically coupled to the Absteuerraum. The valve member is a piezoelectric actuator assigned, via which the valve member between two end positions can be adjusted. In a first end position of the valve member, the drainage channel is hydraulically coupled with a Absteuerraum and this in turn with the inlet channel. In a second end position of the valve member is the Drain channel hydraulically decoupled from the discharge chamber. In the first end position of the valve member is during a Delivery strokes of the pump fluid from the inlet channel via the Absteuerraum and the drainage channel sucked by the pump. While a working stroke of a pump piston of the pump is in the first end position of the valve member fluid from the pump pushed back via the supply channel, the discharge chamber in the drainage channel. In the second end position of the valve member can during the delivery stroke of the pump piston because of the missing hydraulic coupling of the drainage channel with the discharge chamber and no fluid is pushed back to the drain channel and the pump piston generates high pressure. With crossing a predetermined pressure threshold opens a nozzle needle the Nozzle unit, a nozzle of the nozzle unit and there is a Injection of the fluid. The end of injection is determined by that the valve member by means of the actuator in its first end position is controlled and so fluid over the Return flow channel in the Absteuerraum and the inlet channel can, which has the consequence that the pressure in the pump and thus also decreases in the nozzle unit, which in turn to a closing of the nozzle unit leads. In this so-called. Absteuervorgang High noise emissions are generated. such Noise emissions are measured by the driver of a motor vehicle, in which the pump-nozzle device can be installed, perceived as unpleasant and need on the one hand with regard to on the highest possible comfort and on the other hand due to ever stricter legal provisions regarding Noise emissions from vehicles are largely avoided.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe-Düse-Vorrichtung zu schaffen, welche geringe Geräuschemissionen gewährleistet beim Betrieb. The object of the invention is a pump-nozzle device which ensures low noise emissions during operation.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The task is solved by the characteristics of the independent Claim. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die während des Betriebs der Pumpe-Düse-Vorrichtung nach dem Stand der Technik hervorgerufenen Geräuschemissionen im Wesentlichen verursacht sind durch Kavitationen nach dem Herstellen der hydraulischen Kopplung zwischen dem Ablaufkanal mit unter Hochdruck stehendem Fluid und dem Absteuerraum und dem Ablaufkanal. Der entstehende Absteuerimpuls führt zu Druckwellen hoher Amplitude in dem Fluid im Bereich des Absteuerraums und des Zuführkanals, die in Form von Schallwellen aus der Pumpe-Düse-Vorrichtung nach außen übertragen werden.The invention is based on the recognition that during the Operation of the Prior Art Pump-Nozzle Device substantially caused noise emissions are due to cavitations after making the hydraulic Coupling between the drainage channel with high pressure standing fluid and the Absteuerraum and the drainage channel. Of the resulting Absteuerimpuls leads to pressure waves of high amplitude in the fluid in the region of the discharge chamber and the feed channel, in the form of sound waves from the pump-nozzle device be transmitted to the outside.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Zulaufkanal ein Drosselelement vorgesehen ist. Das Drosselelement bewirkt einen schnellen Druckanstieg in dem Absteuerraum und verlangsamt das Abströmen des Fluids in den Zulaufkanal. Dadurch wird die Zeitdauer, innerhalb derer Kavitationen auftreten stark verringert und so die Erzeugung von Schallemissionen auf einfache Weise stark gedämpft. Durch das Drosselelement werden insbesondere hochfrequente Geräuschanteile während des Absteuervorgangs deutlich reduziert. Durch das Verringern der Kavitationszeit wird auch die sog. Kavitationserosion an dem Ventilglied und an den Wänden des Absteuerraums deutlich verringert. Kavitationserosion entsteht durch das Implodieren von Gasbläschen, die bei Kavitation durch Verdampfen des Fluids gebildet werden. Während der Zeitdauer, innerhalb derer Kavitationen im Bereich des Ventilglieds auftreten ist der Druckverlauf auf die verschiedenen Ventilflächen des Ventilgliedes äußerst instationär und eine präzise Einstellung der Position des Ventilglieds somit schwer realisierbar. Somit bewirkt die Verringerung der Kavitationszeit, die hervorgerufen ist durch das Drosselelement, auch eine präzisere Ansteuerung des Ventilglieds. The invention is characterized in that in the inlet channel a throttle element is provided. The throttle element causes a rapid increase in pressure in the Absteuerraum and slows down the outflow of fluid into the inlet channel. Thereby becomes the time within which cavitations occur greatly reduced and so the generation of sound emissions strongly attenuated in a simple way. Through the throttle element in particular high-frequency noise components significantly reduced during the Absteuervorgangs. By the Reducing the cavitation time is also the so-called. Cavitation erosion on the valve member and on the walls of the Absteuerraums significantly reduced. Cavitation erosion is caused by the imploding of gas bubbles, the cavitation by Evaporation of the fluid can be formed. During the period, within which cavitations occur in the region of the valve member is the pressure gradient on the different valve surfaces the valve member is extremely unsteady and precise Setting the position of the valve member thus difficult to achieve. Thus, the reduction in cavitation time, which is caused by the throttle element, also a more precise control of the valve member.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Drosselelement nahe des Absteuerraums angeordnet. So werden die Geräuschemissionen besonders wirksam verringert. Ferner wird auch so eine dichtende Verbindung zwischen dem Zulaufkanal und einer diesem zugeordneten Kraftstoffzufuhreinrichtung, die üblicherweise mittels eines O-Rings erfolgt geschont und somit deren Lebensdauer erhöht.In an advantageous embodiment of the invention that is Throttle arranged near the Absteuerraums. So be the noise emissions are particularly effectively reduced. Further This is also a sealing connection between the inlet channel and a fuel supply device associated therewith, which is usually spared by means of an O-ring and thus increases their life.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Absteuerraum und das Drosselelement so ausgebildet, dass die Pumpe über den Zulaufkanal auch bei einem vorgegebenen Niederdruckwert in dem Zulaufkanal vollständig mit Fluid über den Zulaufkanal innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer befüllbar ist. Dies hat den Vorteil, dass dann der Betrieb der Pumpe-Düse-Vorrichtung, d. h. der frühestmögliche Einspritzbeginn und die maximal mögliche Einspritzmenge durch das Drosselelement nicht beeinflusst sind.In a further advantageous embodiment of the invention are the Absteuerraum and the throttle element designed so that the pump via the inlet channel at a given Low pressure value in the inlet channel completely with fluid over the inlet channel within a predetermined period of time is fillable. This has the advantage that then the operation the pump-nozzle device, d. H. the earliest possible start of injection and the maximum possible injection quantity the throttle element are not affected.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Absteuerraum und das Drosselelement so ausgebildet, dass ein Ende des Einspritzens von Fluid über die Düseneinheit mittels des Ventilglieds steuerbar ist und zwar unabhängig von dem Drosselelement. Dies hat den Vorteil, dass das Verringern der Geräuschemissionen nicht zu einer Beeinflussung des möglichen Endes des Einspritzens führt. Das Drosselelement beeinflusst somit das Ende der Einspritzung nicht.In a further advantageous embodiment of the invention are the Absteuerraum and the throttle element designed so that an end of the injection of fluid through the nozzle unit is controllable by means of the valve member and that independently from the throttle element. This has the advantage that the Do not reduce the noise emissions to an influence the possible end of the injection leads. The throttle element thus does not affect the end of the injection.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Drosselelement in Form einer Stufenbohrung des Zulaufkanals gebildet. Dies hat den Vorteil, dass es einfach herzustellen ist.In a further advantageous embodiment of the invention is the throttle element in the form of a stepped bore of the inlet channel educated. This has the advantage of being easy is to produce.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Drosselelemente in dem Zulaufkanal angeordnet. Dadurch ergibt sich ein nochmals verbessertes Verringern der Geräuschemissionen. In a further advantageous embodiment of the invention At least two throttle elements are arranged in the inlet channel. This results in a further improved reduction the noise emissions.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mindestens zwei Drosselelemente so beabstandet angeordnet, dass sie vorgegebene Frequenzen der Druckschwingungen des Fluids in dem Zulaufkanal dämpfen oder in vorgegebene andere Frequenzbereiche transformieren. Dadurch ergibt sich ein sehr wirksames Verringern von z. B. für den Mensch hörbaren Schallemissionen.In a further advantageous embodiment of the invention the at least two throttle elements are arranged so spaced apart, that they have predetermined frequencies of pressure oscillations of the fluid in the inlet duct or in predetermined others Transform frequency ranges. This results in a very effective reducing z. B. audible to humans Sound emissions.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- ein erstes Ausführungsbeispiel einer Pumpe-Düse-Vorrichtung,
Figur 2- eine Ausschnittsvergrößerung der Pumpe-Düse-Vorrichtung gemäß Figur 1,
- Figur 3
- ein zweites Ausführungsbeispiel der Pumpe-Düse-Vorrichtung,
- Figur 4
- den Verlauf des Drucks innerhalb des Hochdruckbereichs der Pumpe-Düse-Vorrichtung aufgetragen über die Zeit t und
Figur 5- der eingespritzte Kraftstoffmassenstrom Qinj aufgetragen über die Zeit t.
- FIG. 1
- A first embodiment of a pump-nozzle device,
- FIG. 2
- an enlarged detail of the pump-nozzle device according to Figure 1,
- FIG. 3
- A second embodiment of the pump-nozzle device,
- FIG. 4
- the course of the pressure within the high pressure region of the pump-nozzle device over the time t and
- FIG. 5
- the injected fuel mass flow Qinj is plotted over time t.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction and function are cross-figurative provided with the same reference numerals.
Eine Pumpe-Düse-Vorrichtung (Figur 1) umfasst eine Pumpeneinheit
1, eine Steuereinheit 2 und eine Düseneinheit 5. Die
Pumpe-Düse-Vorrichtung wird bevorzugt eingesetzt zum Zuführen
von Kraftstoff in den Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als
Diesel-Brennkraftmaschine ausgebildet. Die Brennkraftmaschine
hat einen Ansaugtrakt, der mittels Gaseinlassventilen mit Zylindern
koppelbar ist und über die Luft angesaugt wird. Die
Brennkraftmaschine weist ferner einen Abgastrakt auf, der über
das Auslassventil gesteuert, die aus den Zylindern auszustoßenden
Gase abführt. Den Zylindern sind jeweils Kolben zugeordnet,
die jeweils über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle
gekoppelt sind. Die Kurbelwelle ist mit einer Nockenwelle
gekoppelt.A pump-nozzle device (Figure 1) comprises a pump unit
1, a
Die Pumpeneinheit umfasst einen Kolben 11, einen Pumpenkörper
12, einen Pumpraum 13 und ein Pumpen-Rückstellmittel 14, das
vorzugsweise als Feder ausgebildet ist. Der Kolben 11 ist im
eingebauten Zustand in einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle
gekoppelt, vorzugsweise mittels eines Kipphebels,
und wird von dieser angetrieben. Der Kolben 11 ist in einer
Ausnehmung des Pumpenkörpers 12 geführt und bestimmt abhängig
von seiner Position das Volumen eines Pumpraums 13. Das Pumpen-Rückstellmittel
14 ist so ausgebildet und angeordnet,
dass das durch den Kolben 11 begrenzte Volumen des Pumpraums
13 einen Maximalwert aufweist, wenn auf den Kolben keine äußeren
Kräfte, d. h. Kräfte, die über die Kopplung mit der Nockenwelle
übertragen werden, einwirken.The pump unit comprises a piston 11, a
Die Düseneinheit 5 umfasst einen Düsenkörper 51, in dem ein
Düsenrückstellmittel 52, das als Feder und ggf. zusätzlich
als Dämpfungseinheit ausgebildet ist, und eine Nadel 53 angeordnet
sind. Die Nadel 53 ist in einer Ausnehmung des Düsenkörpers
51 angeordnet und wird im Bereich einer Nadelführung
55 geführt. In einem ersten Zustand liegt die Nadel 53 an einem
Nadelsitz 54 an und verschließt so eine Düse 56, die zum
Zuführen des Kraftstoffs in den Brennraum des Zylinders der
Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Die Düseneinheit 5 ist
vorzugsweise, wie dargestellt, als nach innen öffnende Düseneinheit
vorgesehen.The
In einem zweiten Zustand ist die Nadel 53 leicht beabstandet
zu dem Nadelsitz 54 und zwar hin in Richtung zu dem Düsenrückstellmittel
52 angeordnet und gibt so die Düse 56 frei.
In diesem zweiten Zustand wird Kraftstoff in den Brennraum
des Zylinders der Brennkraftmaschine zugemessen. Der erste oder
zweite Zustand wird eingenommen abhängig von einer Kräftebilanz
aus der Kraft, die durch das Düsenrückstellmittel 52
auf die Nadel 53 wirkt und aus der dieser entgegenwirkenden
Kraft, die durch den hydraulischen Druck im Bereich des Nadelabsatzes
57 hervorgerufen wird.In a second state, the
Die Steuereinheit umfasst einen Zulaufkanal 21 und einen Ablaufkanal
22. Der Zulaufkanal 21 und der Ablaufkanal 22 sind
mittels eines Ventils hydraulisch koppelbar. Der Zulaufkanal
21 ist von einem niederdruckseitigen Anschluss der Pumpe-Düse-Vorrichtung
hin zu dem Ventil geführt. Der Ablaufkanal
22 ist hydraulisch mit dem Pumpraum 13 gekoppelt und ist hin
zu dem Nadelabsatz 57 geführt und ist hydraulisch abhängig
von dem Zustand, der von der Nadel 53 eingenommen wird, mit
der Düse 56 koppelbar.The control unit comprises an
Das Ventil umfasst ein Ventilglied 231, das vorzugsweise als
sog. A-Ventil ausgebildet ist, d. h. es öffnet nach außen
entgegen der Strömungsrichtung des Fluids. Das Ventil umfasst
ferner einen Absteuerraum 232, der hydraulisch gekoppelt ist
mit dem Zulaufkanal 21 und mittels des Ventilglieds 231 mit
einem Hochdruckraum 233 hydraulisch koppelbar ist. Der Hochdruckraum
233 ist hydraulisch gekoppelt mit dem Ablaufkanal
22.The valve comprises a
In der geschlossenen Stellung des Ventilglieds 231 liegt das
Ventilglied 231 an einem Ventilsitz 234 eines Ventilkörpers
237 an. Ferner ist ein Ventilrückstellmittel 235 vorgesehen,
welches so angeordnet und ausgebildet ist, dass es das Ventilglied
231 in eine Offenstellung, d. h. beabstandet zu dem
Ventilsitz 234 drückt, wenn die durch einen Stellantrieb 24
auf das Ventilglied wirkenden Kräfte geringer sind als die
Kräfte, die durch das Ventilrückstellmittel 235 auf das Ventilglied
231 wirken. Der Stellantrieb 24 ist vorzugsweise als
Piezostapel ausgebildet. Er kann jedoch auch ein anderer dem
Fachmann bekannter und für eine derartige Anwendung geeigneter
Stellantrieb, wie ein elektromagnetischer Stellantrieb
sein. In the closed position of the
Der Stellantrieb 24 ist vorzugsweise mittels eines Übertragers,
der vorzugsweise den Hub des Stellantriebs 24 verstärkt,
mit dem Ventilglied 231 gekoppelt. An dem Stellantrieb
24 ist vorzugsweise auch ein Stecker 26 zur Aufnahme
von elektrischen Kontakten zur Ansteuerung des Stellantriebs
24 vorgesehen.The
In der Offenstellung des Ventilglieds 231 wird bei einer Bewegung
des Kolbens 11, die nach oben d. h. in Richtung weg
von der Düse 56 gerichtet ist, Kraftstoff über den Zulaufkanal
21 hin zum Pumpraum 13 angesaugt. Solange das Ventilglied
231 während einer anschließenden Abwärtsbewegung des Kolbens
11, d. h. bei einer hin zu der Düse 56 gerichteten Bewegung,
weiterhin in seiner Offenstellung befindet, wird der in dem
Pumpraum 13 befindliche Kraftstoff über das Ventil wieder zurück
in den Absteuerraum 232 und ggf. in den Zulaufkanal 21
zurückgedrückt.In the open position of the
Sobald jedoch bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 11 das Ventilglied
231 in seine geschlossene Stellung gesteuert ist,
wird der im Pumpraum 13 und somit auch der im Ablaufkanal 22
und der in dem Hochdruckraum 233 befindliche Kraftstoff verdichtet,
wodurch der Druck mit zunehmender Abwärtsbewegung
des Kolbens 11 im Pumpraum 13, im Hochdruckraum 233 und im
Ablaufkanal 22 zunimmt. Entsprechend dem steigenden Druck im
Ablaufkanal 22 erhöht sich auch die durch den Hydraulikdruck
hervorgerufene Kraft, die auf den Nadelabsatz 57 in Richtung
einer Öffnungsbewegung der Nadel 53 zum Freigeben der Düse 56
wirkt. Wenn der Druck in dem Ablaufkanal 22 einen Wert überschreitet,
bei dem die durch den Hydraulikdruck hervorgerufene
Kraft auf den Nadelabsatz 57 größer ist als die dieser
entgegenwirkende Kraft des Düsenrückstellmittels 52, bewegt
sich die Nadel 53 weg vom Nadelsitz 54 und gibt so die Düse
56 für die Kraftstoffzufuhr zum Zylinder der Brennkraftmaschine
frei. Die Nadel 53 bewegt sich dann wieder hinein in
den Nadelsitz 54 und verschließt somit die Düse 56, wenn der
Hydraulikdruck in dem Ablaufkanal 22 den Wert unterschreitet,
bei dem die durch den Hydraulikdruck am Nadelabsatz 57 hervorgerufene
Kraft kleiner ist als die durch das Düsenrückstellmittel
52 hervorgerufene Kraft. Der Zeitpunkt, an dem
dieser Wert unterschritten wird und an dem somit die Kraftstoffzumessung
beendet wird, kann durch das Steuern des Ventilglieds
231 von seiner geschlossenen Stellung in eine Offenstellung
beeinflusst werden.However, as soon as the downward movement of the piston 11, the
Durch das Steuern des Ventilglieds von seiner Schließstellung
in seine Offenstellung wird die hydraulische Kopplung zwischen
dem Hochdruckraum 233 und dem Absteuerraum 232 und dem
Zulaufkanal 21 hergestellt. Aufgrund des beim Öffnen herrschenden
hohen Druckunterschiedes zwischen dem Fluid in dem
Hochdruckraum 233 und dem Fluid in dem Absteuerraum 232 und
dem Zulaufkanal 21 strömt dann der Kraftstoff von dem Hochdruckraum
233 mit sehr hoher Geschwindigkeit, in der Regel
mit Schallgeschwindigkeit, in den Absteuerraum 232 und weiter
in den Zulaufkanal 21. Dadurch wird dann der Druck in dem
Hochdruckraum 233, in dem Pumpraum 13 und dem Ablaufkanal 22
schnell so stark verringert, dass die von dem Düsenrückstellmittel
52 auf die Nadel 53 wirkenden Kräfte dazu führen, dass
sich die Nadel 53 in den Nadelsitz 54 bewegt und somit dann
die Düse 56 verschließt.By controlling the valve member from its closed position
in its open position, the hydraulic coupling between
the high-
In dem Zulaufkanal 21 (Figur 2) ist ein Drosselelement 27 angeordnet.
Das Drosselelement 27 bewirkt einen schnellen
Druckanstieg in dem Absteuerraum 232 und verlangsamt das Abströmen
des Kraftstoffs in den Zulaufkanal 21. Dadurch wird
die Zeitdauer, innerhalb derer Kavitationen auftreten, stark
verringert und so die Erzeugung von Schallemissionen auf einfache
Weise stark gedämpft. Durch das Drosselelement werden
insbesondere hochfrequente Geräuschanteile während des Absteuervorgangs
deutlich reduziert. Durch das Verringern der
Kavitationszeit, d. h. der Zeit während der Kraftstoff vom
Hochdruckraum 233 hin zu dem Absteuerraum 232 mit Schallgeschwindigkeit
strömt und bei der sich Dampfblasen bilden, die
dann in einem Bereich geringerer Strömungsgeschwindigkeit
wieder implodieren und dabei Schall erzeugen und auch Beschädigungen
am Ventilkörper hervorrufen, stark verringert. So
wird das Erzeugen von Schallemissionen auf einfache Weise
stark gedämpft.In the inlet channel 21 (Figure 2), a
Durch das Drosselelement 27 werden insbesondere höherfrequente
Geräuschanteile während des Absteuervorgangs deutlich reduziert.
Durch das Verringern der Kavitationszeit wird auch
die Kavitationserosion an dem Ventilglied 231 und an den Wänden
des Absteuerraums deutlich verringert. Bevorzugt ist das
Drosselelement 27 sehr nahe dem Absteuerraum 232 angeordnet,
wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Je näher das Drosselelement
27 an dem Absteuerraum angeordnet ist, desto wirksamer
werden die Geräuschemissionen reduziert. Ferner wird auch so
eine dichtende Verbindung zwischen dem Zulaufkanal und einer
diesem zugeordneten Kraftstoffzufuhreinrichtung, die üblicherweise
mittels eines O-Rings erfolgt, geschont und so deren
Lebensdauer erhöht.By the
Das Drosselelement wird besonders einfach durch eine Stufenbohrung
hergestellt. Dazu erfolgt vorzugsweise zuerst eine
Pilotbohrung und die Bohrungen können dann hydroerosiv verrundet
werden. Bei dem hydroerosiven Verrunden bewirken in
einem Fluid befindliche Partikel das Verrunden der vorgegebenen
Bereiche. Das Drosselelement 27 kann jedoch auch als Einsetzteil
in den Zulaufkanal 21 eingesetzt sein.The throttle element is particularly easy through a stepped bore
produced. For this purpose, preferably a first
Pilot hole and the holes can then be rounded hydroerosiv
become. In the hydroerosive rounding effect in
Particles containing fluid round off the given
Areas. However, the
In einer weiteren Ausführungsform der Pumpe-Düse-Vorrichtung
(Figur 3) sind mindestens zwei Drosselelemente 16, 61, 62, 63
in dem Zulaufkanal 21 angeordnet. Durch eine geeignete Dimensionierung
der Drosselelemente 60 bis 63 und ein geeignetes
Beabstanden der Drosselelemente 60 bis 63 können vorgegebene
Frequenzen der Druckschwingungen des Kraftstoffs in dem Zulaufkanal
21 gezielt gedämpft werden oder in vorgegebene andere,
vorzugsweise für den Menschen nicht hörbare, Frequenzbereiche
transformiert werden. Dabei wirken die Drosselelemente
60 bis 63 im Zusammenspiel mit dem Zulaufkanal 21 als
Resonatoren und reflektieren jeweils Druckwellen mit einer
vorgegebenen Wellenlänge, so dass die entsprechende Welle
dissipiert.In a further embodiment of the pump-nozzle device
(Figure 3) are at least two throttle elements 16, 61, 62, 63rd
arranged in the
Es ist vorteilhaft, wenn das oder die Drosselelemte 27, 60
bis 63 und der Absteuerraum so ausgebildet sind, dass der
Pumpraum 13 über den Zulaufkanal 21 auch bei einem vorgegebenen
Niederdruckwert, von vorzugsweise 3 bis 10 bar in dem Zulaufkanal
21 innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer befüllbar
ist. Die vorgegebene Zeitdauer wird dabei abhängig von der
Drehzahl der Kurbelwelle gewählt. Dadurch ist dann gewährleistet,
dass der Betrieb der Pumpe-Düse-Vorrichtung, d. h.
der frühestmögliche Einspritzbeginn und die maximal mögliche
Einspritzmenge durch das Drosselelement 27, 60 bis 63 nicht
beeinflusst werden.It is advantageous if the or the
Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Absteuerraum 232 und das
oder die Drosselelemente 27, 60 bis 63 so ausgebildet sind,
dass ein Ende des Einspritzens von Fluid über die Düseneinheit
mittels des Ventilglieds 231 steuerbar ist und zwar unabhängig
von dem oder den Drosselelementen 27, 60 bis 63.
Dies hat den Vorteil, dass das Verringern der Geräuschemissionen
nicht zu einer Beeinflussung des möglichen Endes des
Einspritzens führt. In Figur 4 sind verschiedene Druckverläufe
aufgetragen über die Zeit t für verschiedene Ausgestaltungen
der Pumpe-Düse-Vorrichtung dargestellt. Der Schwellenwert
pthr des Drucks ist der Wert, bei dem die durch den Druck
hervorgerufenen Kraft am Nadelabsatz 57 betragsmäßig der
Kraft entspricht, die durch das Düsenrückstellmittel 52 hervorgerufen
wird. Bei einem Steigen des Drucks wird dann die
Düse 56 freigegeben. Bei einem Sinken des Drucks wird die Düse
56 verschlossen durch die Nadel 53.It is also advantageous if the
Die durchgezogene Linie in Figur 4 zeigt einen beispielhaften
Druckverlauf bei einer Pumpe-Düse-Vorrichtung gemäß Figur
2 in dem Ablaufkanal 22. Zu einem Zeitpunkt t1 wird der
Schwellenwert pthr des Drucks überschritten und somit beginnt
die Kraftstoffzumessung in den Zylinder, wie dies in Figur 5
anhand der zugemessenen Kraftstoffmenge Qinj aufgetragen über
die Zeit t dargestellt ist. Zu einem Zeitpunkt t4 wird dann
der Schwellenwert pthr des Drucks wieder unterschritten und
somit die Kraftstoffzumessung beendet.The solid line in Figure 4 shows an exemplary
Pressure curve in a pump-nozzle device according to FIG
2 in the
Das Drosselelement 27 ist so ausgebildet und angeordnet und
ebenfalls der Absteuerraum 27 ist so ausgebildet, dass im
Vergleich zu einer Pumpe-Düse-Vorrichtung ohne das Drosselelement
27 der Druckabfall bei Drücken oberhalb des Schwellenwertes
pthr identisch ist (siehe gestrichelten Verlauf des
Drucks).The
Punktiert ist der Druckverlauf für den Fall dargestellt, bei
dem das Drosselelement 27 so dimensioniert ist, dass bei dem
vorgegebenen Niederdruckwert kein vollständiges Befüllen des
Pumpraums 13 gewährleistet ist. In diesem Fall findet der
Druckaufbau in dem Pumpraum 13 nur verzögert statt und der
Schwellenwert pthr wird erst zum Zeitpunkt t2 erreicht. Das
Drosselelement 27 ist in diesem Fall so dimensioniert, dass
nach einem Absteuern des Ventils durch die Drosselwirkung des
Drosselelements 27 der Druck bereits oberhalb des Schwellenwertes
pthr langsamer abfällt als im ungedrosselten Fall.
Dies hat zusätzlich zur Folge, dass auch das Ende der Kraftstoffzumessung
erst verzögert im Zeitpunkt t5 auftritt.Dotted the pressure curve is shown for the case at
the
Die strichpunktierte Linie setzt den Verlauf der punktierten
Linie für den Fall fort, dass das Drosselelement 27 so dimensioniert
ist, dass seine Drosselwirkung erst unterhalb des
Schwellenwertes pthr zu einer Veränderung des Druckabfalls im
Vergleich zum ungedrosselten Fall führt.The dotted line sets the course of the dotted
Line in the event that the
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Owner name: VDO AUTOMOTIVE AG |
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