WO2016124212A1 - Kolben für eine variable saugdrossel, saugdrossel mit einem solchem kolben, und brennkraftmaschine mit einer solchen saugdrossel - Google Patents

Kolben für eine variable saugdrossel, saugdrossel mit einem solchem kolben, und brennkraftmaschine mit einer solchen saugdrossel Download PDF

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WO2016124212A1
WO2016124212A1 PCT/EP2015/002565 EP2015002565W WO2016124212A1 WO 2016124212 A1 WO2016124212 A1 WO 2016124212A1 EP 2015002565 W EP2015002565 W EP 2015002565W WO 2016124212 A1 WO2016124212 A1 WO 2016124212A1
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WO
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piston
outlet opening
suction throttle
outlet openings
outlet
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Application number
PCT/EP2015/002565
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French (fr)
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Robby Gerbeth
Hubert Lugger
Markus Staudt
Original Assignee
Mtu Friedrichshafen Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/34—Varying fuel delivery in quantity or timing by throttling of passages to pumping elements or of overflow passages, e.g. throttling by means of a pressure-controlled sliding valve having liquid stop or abutment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0668—Sliding valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus

Definitions

  • DESCRIPTION Piston for a variable intake throttle, intake throttle with such a piston, and internal combustion engine with such a suction throttle
  • the invention relates to a piston for a variable intake throttle, a suction throttle with such a piston, and an internal combustion engine with such a suction throttle.
  • Conveying devices in particular for conveying fuel under high pressure into a high-pressure accumulator of an injection system, typically have a variable intake throttle, which is variable to this extent, as an effective means of regulating the flow rate
  • Flow area can be varied. It is typically one in the
  • Saugdrossel displaceable piston provided, wherein by displacement of the piston a
  • the invention has for its object to provide a piston for a suction throttle, a suction throttle and an internal combustion engine, said disadvantages do not occur.
  • the object is achieved by providing the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
  • the object is achieved in particular by providing a piston for a variable suction throttle for a conveyor, wherein the piston has a wall which has a
  • Cavity - seen in the circumferential direction - surrounds, wherein the piston also has a
  • the piston has at least one first, the
  • the piston has at least a second, the wall breaking through outlet opening, the - in the axial Direction - is arranged offset to the first outlet opening. Due to the axial offset of the Austrittsöffhungen - wherein the axial direction is a proper
  • Displacement direction of the piston in the variable intake throttle is - it is possible to release the at least one first outlet opening by a displacement of the piston before - after a determined by the axial offset displacement of the piston - and the at least one second outlet opening is released.
  • This results in a very good controllability of very small amounts since the initial release of only the at least one first outlet opening, a shallow increase in the opening cross section in the partial stroke of the piston can be effected.
  • the at least one second Austrittsöffiiung can be released by the piston is further displaced in the axial direction. In this case, a maximum Entdrosselung at maximum piston stroke is possible, whereby a maximum flow rate can be realized. This can be greater than if only the at least one first outlet opening is provided, since an additional opening cross section is provided by the at least one second outlet opening.
  • the at least one second outlet opening preferably follows at least one first outlet opening, thus later engaging with an imaginary or real control edge of a suction throttle.
  • the at least one first Austrittsöffiiung and the at least one second Austrittsöffhung are in particular - seen in the axial direction - partially overlapping, so that they can at least at one and the same time, that is both at least a certain axial position of the piston, released.
  • the at least one second outlet opening is preferably already released when the at least one first outlet opening is not completely released in the case of an axial displacement of the piston. This has in particular a change in the slope of the characteristic of the suction throttle and thus ultimately the pump characteristic of the conveyor result, said change in slope in a transition region between a
  • the axial direction here and in the following means a direction which, as intended, corresponds to the direction of displacement of the piston.
  • the axial direction is preferably a longitudinal direction of the piston and / or the direction in which an axis of symmetry of the piston, which is particularly preferably cylindrically shaped, extends.
  • the circumferential direction concentrically surrounds the axial direction.
  • a radial direction is perpendicular to the axial direction.
  • the piston is preferably adapted for use in a variable suction throttle, which in turn is adapted for use with or in a conveyor referred to as
  • High-pressure pump in particular for fuel delivery and especially for the promotion of fuel in a common high-pressure accumulator of an injection system, in particular in a rail of a so-called common-rail injection system, is provided.
  • the piston by means of the piston, in particular, an energy-optimal or efficiency-optimal operation of the high-pressure pump, in particular as a function of a rail pressure-dependent delivery requirement, can be ensured. It is particularly possible, using the piston and the variable intake throttle a delivery time of the high-pressure pump to a
  • the cavity encompassing the wall is preferably cylindrical.
  • the piston is particularly easy to produce. This is especially true for one
  • Embodiment in which the piston is sleeve-shaped, wherein it consists of a cylindrical, sleeve-shaped wall.
  • the inlet opening into the cavity is preferably formed on the front side, ie on one side of the piston, on which the axial direction is perpendicular.
  • the frontal jossöffhung can be realized in a particularly simple manner by the piston is sleeve-shaped, especially if the piston has a sleeve-shaped, in particular cylindrical wall which is open at both ends.
  • the piston can then be made in a particularly simple manner from a piece of pipe or rolled from a sheet and welded to form a sleeve.
  • the at least one outlet opening and / or the at least one second Austnttsöfmung preferably breaks through / break through the wall in the radial direction.
  • both the at least one first and the at least one second opening are introduced as radial openings in the wall.
  • this is an embodiment of the piston that is simple and inexpensive to manufacture, on the other hand, in a simple manner, a dependent of the axial displacement of the piston flow cross-section readily feasible, for example, the Austrittsöfmungen be displaced relative to a control edge of the suction throttle.
  • the at least one first and the at least one second opening are introduced as radial openings in the wall.
  • Outlet opening and the at least one second outlet opening - seen in the circumferential direction - are arranged offset from each other. If more than one first and / or more than one second outlet opening are provided, they are preferably provided alternately and more preferably at equal angular distances from one another, that is, distributed symmetrically along the circumferential direction, viewed in the circumferential direction. Particularly preferred is an embodiment in which two first outlet openings and two second
  • Austresöfmache wherein the alternately arranged outlet openings each have an angular distance of 90 ° to each other when the full circle is 360 °.
  • the angular distance - viewed in the circumferential direction - between the two first outlet openings 180 ° and also between the two second Austrittsöfmache 180 °, wherein the adjacent arrangement immediately adjacent first and second Auslingersöffhungen each having an angle of 90 ° to each other.
  • Outlet ports simplifies the manufacture of the piston.
  • An exemplary embodiment of the piston is preferred, which is characterized in that the at least one first outlet opening has a variable cross-section, viewed in the axial direction.
  • the at least one second outlet opening has a variable cross-section, as viewed in the axial direction.
  • a cross section which is variable in the axial direction means that the outlet opening has at least one edge which extends substantially or at least also in the axial direction and which is not arranged parallel to the axial direction. Rather, at least one such edge of the outlet opening extends obliquely to the axial direction.
  • an embodiment of the piston is preferred in which at least one of the outlet openings has a triangular shape, wherein particularly preferably a height of the triangle extends in the axial direction.
  • partially V-shaped form understood, especially a diamond shape, or another shape that can be broken down into basic shapes, of which at least one is a triangle. Particularly preferred is an exactly triangular shape.
  • a tip of the triangular shape preferably points in the direction of the displacement of the piston to release maximum flow rates, ie to a maximum stroke position. This has the consequence that, starting from a zero quantity promotion, ie a zero stroke position, first the tip of the triangle is released in the axial displacement of the piston relative to a control edge, so that very small amounts can be promoted.
  • Triangle to be determined Upon displacement of the piston in the maximum stroke position, the entire triangular surface is preferably released, with a base of the triangle preferably extending parallel to the control edge. The base is opposite the tip and arranged on one side of the piston, which points in the direction of the zero-stroke position.
  • At least one of the outlet openings can be round, in particular having a circular shape or being oval-shaped. Also in this way results in a greater variability of the effective flow cross section with axial displacement of the piston than in a rectangular or square outlet opening.
  • the characteristic of the suction throttle and ultimately the pump characteristic of the conveyor can be adjusted by the specific choice of the shape and size of the outlet opening in this case.
  • piston which is characterized in that a - determined in the axial direction - rate of change of the cross section for the at least one second outlet opening is greater than for the at least one first outlet opening.
  • the rate of change speaks of the differential change of the effective one
  • Outlet opening smaller than for the at least one second outlet opening, so can
  • a greater rate of change of the cross section for the at least one second outlet opening than for the at least one first outlet opening can be realized, for example, in that the outlet openings are triangular-shaped, wherein the legs of the at least one second outlet opening form a less acute, ie larger angle than the legs of the at least one first outlet opening.
  • Possibility of realizing corresponding rates of change is that for the at least one second outlet opening a round shape, in particular a circular shape or an oval shape, is selected, wherein for the at least one first outlet opening a
  • Triangular shape is selected. This is especially true when the cross-sectional areas of the first and second Austrittsöffhungen do not differ too much from each other, but rather substantially the same, preferably exactly the same, are selected. It is also preferred an embodiment of the piston, which is characterized in that the at least one first outlet opening and the at least one second outlet opening are arranged only on one side axially offset from each other. This means, in particular, that the at least one outlet opening and the at least one second outlet opening on one side - as viewed along the axial direction - are not offset from one another, ie have a common, arranged at the same axial height edge.
  • the at least one first outlet opening and the at least one second outlet opening are arranged offset only on the side - seen in the axial direction - which points in the direction of the maximum stroke position, which is also the side which at one
  • the smallest quantity delivery is first shifted beyond the control edge of the suction throttle.
  • An embodiment of the piston is preferred in which at least one first outlet opening is formed in a triangular shape.
  • a first outlet opening is formed in a triangular shape.
  • Embodiment of the piston preferably, in which at least one first outlet opening round, in particular circular or oval, is formed. It is an embodiment possible in which all first outlet openings are formed triangular. It is also an embodiment possible in which all the first Austrittsöffhungen round, in particular circular or oval, are formed. Also, an embodiment is possible in which both round, in particular circular or oval, as well as triangular first Outlet openings are provided. Alternatively or additionally, an embodiment is preferred in which at least one second outlet opening is triangular. Alternatively or additionally, an embodiment is preferred in which at least one second outlet opening is round, in particular circular or oval. An exemplary embodiment is possible in which all second outlet openings are round, in particular circular or oval. Also, an embodiment is possible in which all second outlet openings are formed triangular. It will also be one
  • Embodiment preferred which is characterized in that both triangular and round, in particular circular or oval, second Austrittsöffiiache are provided.
  • a plurality of first outlet openings have a same shape, in particular a triangular shape or a round shape, in particular a circular shape or an oval shape.
  • a plurality of second Austrittsöffiiungen has a same shape, so either a triangular shape, or a round shape, in particular a circular or oval shape.
  • outlet openings are triangular or round, in particular circular or oval. It will also be one
  • Austresöffii a particularly favorable minimum quantity control allowed, the round shape, z. B. the circular shape or the oval shape for the second Auslingersöffiiungen a faster release of larger flow rates in the range of medium to large flow rates allowed.
  • the two first outlet openings are triangular in shape.
  • the two second outlet openings are particularly preferably triangular or round, in particular circular or oval.
  • Conveyor which has a piston according to one of the previously described exemplary embodiments.
  • the piston thus has a cavity encompassing one
  • Wall a - in particular frontal - inlet opening into the cavity, as well as at least a first, the wall - seen in particular in the radial direction - breaking through
  • the piston has at least one second, the wall - in particular in the radial direction - breaking through the outlet opening, which - viewed in the axial direction - is arranged offset to the first outlet opening.
  • the suction throttle has due to the piston on a variable flow area, so it is a variable suction throttle.
  • the suction throttle is preferably designed as a controllable suction throttle.
  • the suction throttle is electrically controlled.
  • the piston in the suction throttle is magnetically displaceable, wherein the piston stroke is controlled in particular by an electromagnet.
  • the suction throttle is preferably designed for a control with a
  • the piston is axially displaceable in a piston guide, wherein the piston guide a the piston
  • Suction line section is connected, which in turn is fluidly connected to a conveyor. From the outlet openings of the piston escaping, conveyed medium can then flow into the annular groove and continue to flow through the annular groove in the Saug Obersabites and from there to the conveyor.
  • the annular groove has a control edge, relative to which the piston is displaceable. In this case, the control edge is in particular perpendicular to a Displacement direction of the piston, thus oriented to the axial direction.
  • the control edge is in particular formed as the edge of an axial boundary wall of the annular groove.
  • the outlet openings can be brought into overlap with the annular groove by displacing the piston relative to the control edge in a sequential manner.
  • the at least one first outlet opening initially overlaps the annular groove by a lower edge of the first Outlet opening is moved over the control edge.
  • the lower edge of the at least one second outlet opening is then displaced over the control edge, so that the at least one second outlet opening comes into overlap with the annular groove.
  • the first outlet opening and the second outlet opening are preferably arranged axially overlapping in such a way that the second outlet opening then overlaps the annular groove when at the same time the first outlet opening is in overlap with the annular groove.
  • the at least one first and the at least one second outlet opening are preferably offset from each other only on one side, wherein they are in particular on the way of the piston from its Nullhub- position in its Maximalhub position offset with the annular groove overlap, but upper edges of the Austrittsöffhungen are arranged at the same axial height of the piston, wherein the upper edges in the maximum stroke position of the piston are preferably arranged at the same axial height with the control edge.
  • the suction throttle is preferred, which is characterized in that the piston guide and the piston are formed cylindrically symmetrical.
  • the complaintsöff is provided in particular the front side of the piston.
  • the piston is sleeve-shaped and has at least one end open at the end.
  • the piston is formed as a pipe section and has two open end faces, wherein the piston in particular consists of the cavity surrounding the wall.
  • the invention also includes a conveyor having a suction throttle according to one of the embodiments described above.
  • the conveying device is preferably designed as a high-pressure pump, in particular as a high-pressure pump for conveying fuel into a common high-pressure accumulator of a high-pressure injection system, in particular in a rail of a common rail injection system.
  • an internal combustion engine which has a high-pressure injection system, in particular a common rail injection system, wherein the internal combustion engine is a high-pressure pump for delivering fuel into a high-pressure accumulator and a suction throttle according to one of the above described
  • Embodiments has. At the same time realized in connection with
  • the suction throttle is preferably in operative connection with a control unit of
  • the suction throttle is preferably parameter-dependent controlled by the control unit, in particular based on a motor characteristic of the internal combustion engine.
  • the suction throttle is controlled by a pulse width modulated signal. In this case, by the control of the suction throttle of the controller of the effective
  • Throughflow cross section of the intake throttle changed by the piston in the piston guide - seen in the axial direction - is displaced.
  • the piston is preferably displaced continuously or stepwise between a zero-stroke position and a maximum-stroke position.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine.
  • the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mining vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. Also, a stationary application of the internal combustion engine for driving auxiliary equipment, for example from fire pumps on rigs, is possible. Furthermore, an application of the
  • Internal combustion engine in the field of promotion of fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator.
  • Internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or other suitable gas.
  • the internal combustion engine when designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a
  • FIG. 2 shows the embodiment of the suction throttle according to Figure 1 in a second
  • Figure 3 shows the embodiment of the suction throttle according to Figure 1 in a third
  • Figure 4 shows the embodiment of the suction throttle according to Figure 1 in a fourth
  • Embodiments of suction throttles Embodiments of suction throttles.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine 1, which has a conveyor 3 only schematically indicated here.
  • Conveying device 3 is preferably designed as a high-pressure pump, in particular as a high-pressure pump for conveying fuel into a common high-pressure accumulator an injection system, wherein the high pressure accumulator is designed in particular as a rail of a common rail injection system.
  • a suction throttle 5 is provided, which is designed as a variable suction throttle.
  • the suction throttle 5 a piston 7, which is seen here in particular in a piston guide 9 in the axial direction displaced.
  • the axial direction is indicated here by a dot-dash axis A and extends in the longitudinal direction of the piston 7 and the piston guide 9 and in particular in the direction of an axis of symmetry of the preferably cylindrically symmetrical piston. 7
  • the piston 7 has a wall 11 surrounding a cavity 11, in particular the piston 7 consists of the wall 13. This is preferably sleeve-shaped or formed as a pipe section.
  • the wall 13 is preferably cylindrical,
  • the piston 7 also has an inlet opening 15 in the cavity 11, which opens here at a first, in Figure 1 lower end face of the piston 7.
  • piston end face 17 may be formed closed.
  • the piston 7 can be produced in a particularly simple manner, although an opening is provided on the end face 17. However, this is irrelevant to the function of the suction throttle 5 and the piston 7 in the embodiment shown here.
  • the piston 7 has at least a first, the wall 9 breaking through the outlet opening, here two first, the wall 13 in the radial direction, that is perpendicular to the axial direction A, first outlet openings breaking through 19. Furthermore, the piston 7 at least a second, here exactly two second, the wall 13 - seen in the radial direction - through-breaking Austrittsöffhungen 21.
  • the first outlet openings 19 and the second outlet openings 21-as seen in the axial direction- are arranged offset relative to one another. In this case, they are arranged offset from each other only on one side by a lower edge of the outlet openings 19, 21 shown in FIG. 1 being arranged at different axial height, wherein the outlet openings 19, 21 are arranged at a common height
  • FIG. 1a shows a first sectional view through the suction throttle 5, whereby FIG. 1b shows a sectional view rotated by 90 ° about the axis A relative to the view according to FIG. 1a). Therefore, in Figure la) only one of the second outlet openings 21 is shown, on which the viewer looks, while in Figure lb) only one of the first outlet openings 19 is shown, which looks at the viewer.
  • the first and second outlet openings 19, 21 are preferably offset in the circumferential direction and in particular arranged alternately, wherein they are the same
  • first and second outlet openings 19, 21 each have an angular distance of 90 ° to each other, while the two first Auslingersöffhungen 19 on the one hand and the two second Austrittsöffhungen 21 on the other hand by 180 ° - viewed in the circumferential direction - are arranged offset to one another.
  • piston guide 9 has a piston 7 encompassing annular groove 23 which is connected to a Saug effetsabites 25, which to the
  • Conveyor 3 leads.
  • the annular groove 23 has a control edge 27, relative to the piston 7 is displaceable. It can be seen that the outlet openings 19, 21 can be brought into overlap with the annular groove 23 sequentially, in particular in succession, by an axial displacement of the piston 7 relative to the control edge 27.
  • the suction throttle 5 has an inflow 29, through which a conveyed fluid can flow into the suction throttle 5, wherein it then passes via the inlet opening 15 into the cavity 11 of the piston 7.
  • the fluid passes through the Auseriesöffhungen 19, 21 in the annular groove 23 and from there to the Saug effetsabêt 25. From there it can continue to flow to the conveyor 3.
  • the suction throttle 5 is in the area of the upper
  • End face 17 of the piston 7 is preferably closed, so that no fluid can escape here. Rather, an electrical and / or magnetic displacement unit is preferably arranged here, which can be actuated for the particular magnetic displacement of the piston 7.
  • the displacement device is preferably with a control unit of
  • the suction throttle 5 is then controlled in particular by the control unit based on a motor characteristic with a pulse width modulated signal, whereby a stroke of the piston 7 in the piston guide 9 can be effected.
  • the piston 7 is shown in an axial position, in which both the first outlet openings 19 and the second outlet openings 21 are arranged completely above the control edge 27, so that the suction throttle 5 is in a closed position is arranged. In this position, no fluid-or at most a leakage quantity-can reach the annular groove 23 via the outlet openings 19, 21.
  • the conveyor 3 has in this state of the suction throttle 5 to zero promotion.
  • the corresponding position of the piston 7 is also referred to as zero stroke position.
  • the second outlet openings 21, which are preferably of identical design in pairs, have a variable cross-section, viewed in the axial direction. In particular, they have a triangular shape here.
  • Figure lb) shows that this also for the two, preferably pairwise identical, first
  • Outlets 19 applies.
  • a comparison of Figures la) and lb) also shows that a - determined in the axial direction - rate of change of the cross section for the second outlet openings 21 is greater than for the first Auslingersöffhungen 19.
  • an angle, the two legs of one through the second Outlet openings 21 formed triangle include each other, greater than an angle, which include the two legs of a corresponding triangle for the first Auslingersöffhungen 19.
  • Partial figures rotated by 90 ° about the axis A sectional view.
  • Fig. 2 now shows the piston 7 in an axial position in which it is displaced by a small distance relative to the zero-stroke position in the direction of a maximum stroke position - in the figure down -.
  • a lower edge of the first outlet openings 19 shifts due to the axial offset between the First and second Austrittsöffiiache 19, 21 first on the control edge 27, so that initially only the first Auslingersöffiiache 19 are partially released.
  • Ausensesöffiiache 21 are still disposed completely above the control edge 27 so that they are closed, with no fluid through the second Austrittsöffiiache 21 - up
  • a leakage amount - can flow into the annular groove 23.
  • the position of the piston 7 shown in FIG. 2 corresponds to a position for regulating minute quantities, which are conveyed by the conveyor 3. Here are the smallest quantities with a
  • FIG. 3 shows the suction throttle 5 with piston 7 displaced further in the direction of the maximum stroke position. This piston is therefore displaced further downwards, in particular in the figures. Same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that on the
  • Outlet openings 21 are partially released in addition to the first outlet openings 19.
  • arrows show that the fluid enters the cavity 11 through the inlet opening 15, wherein it flows through all the outlet openings 19, 21 into the annular groove 23 and from there on to the suction line section 25.
  • Fig. 4 shows the piston 7 of the embodiment of the suction throttle 5 according to Figure 1 in the fully open position, which is also referred to as Maximalhub position. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description.
  • all outlet openings 19, 21 are completely released in the maximum stroke position of the piston 7. It turns out that these have a arranged on a common axial height top edge which is aligned in the maximum stroke position with the control edge 27 or arranged flush therewith.
  • the maximum flow cross section for the fluid from the cavity 11 is now released into the annular groove 23 and further into the suction line 25.
  • Fig. 5 shows - analogous to Figures 1 to 4 - a second embodiment of the suction throttle 5 with a second embodiment of the piston 7.
  • the second embodiment of the piston 7 differs from that shown in Figures 1 to 4, the first embodiment in so far as the second Austrittsöffhungen 21 not triangular, but round, in particular circular or optionally also oval, are formed.
  • the operation of the second embodiment corresponds to that in connection with the first
  • FIG. 6 shows a schematic, diagrammatic representation of characteristic curves for various exemplary embodiments of a suction throttle 5, and of suction throttles 5, respectively
  • a minute amount control range M extends from the zero-stroke position to one
  • Piston stroke H of 1 mm a first characteristic curve Kl, which is shown here dotted, a characteristic curve for a conventional piston 7, which have only two first outlet openings and no second outlet openings. These are formed triangular for the characteristic curve shown here Kl. It turns out that a maximum delivery rate is comparatively low with a maximum stroke shown here with a piston stroke H of 3 mm. An increase in the maximum flow cross-section D could now without changing the Characteristic slope can only be achieved by axial extension of the first
  • Outlet openings which would increase the space for the piston 7 and the maximum stroke. This is disadvantageous, however. Therefore, it is proposed according to the invention to provide second outlet openings 21 in addition to the first outlet openings 19. In this way, the maximum
  • a second characteristic K2 - shown here in dashed lines - is a characteristic curve of a piston 7, which has two first outlet openings 19 and two second outlet openings 21, which, however, are configured identically and are not arranged axially offset relative to each other. It turns out that with this embodiment, although an enlarged by the amount AD maximum flow cross-section can be realized, but at the same time in the
  • a third characteristic K3 which is shown in phantom here, is a characteristic curve for a piston 7, which has two first outlet openings 19 and two second outlet openings 21, wherein all the outlet openings are triangular, but the second
  • Outlet openings 21 are offset axially with respect to the first outlet openings 19, and wherein in addition an ascertained in the axial direction rate of change of the cross section for the second outlet openings 21 is greater than for the first Austrittsöffhungen.
  • this exemplary embodiment of the piston 7 corresponds to the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 4. This shows that the same curve pitch and even the same curve are realized in the smallest quantity control range M-due to the release of only the first outlet openings 19 -as in the case of the first characteristic curve Kl. Accordingly, this indicates
  • Embodiment of the piston 7 an improved Kleinstmengenregeliana compared to the second characteristic K2.
  • a larger characteristic gradient than the first characteristic curve K1 is realized by the second outlet openings 21 outside of the smallest quantity control region M, the flow cross-section D increasing in particular up to the maximum flow cross-section increased by the amount AD compared to the first characteristic K1.
  • the same maximum Flow cross-section realized as in the case of the second characteristic K2, but with improved Kleinstmengenregeliana.
  • a fourth characteristic K4 which is shown here in a solid line, represents the characteristic curve for an exemplary embodiment of the piston 7, in which the first outlet openings 19
  • Characteristic curve up to the maximum flow cross-section which corresponds to that of the second and third characteristic curves K2, K3 given.
  • the second exemplary embodiment according to FIG. 5 has the particular advantage that it has, as it were, a characteristic curve with two comparatively linear control regions of different pitch, namely a first comparatively linear small-quantity control range M with a lower slope, so that an excellent minimum quantity controllability exists, and one outside of the smallest-quantity control range M. , linear control range for one
  • Embodiment according to Figure 5 particularly good.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (7) für eine variable Saugdrossel (5) für eine Fördereinrichtung (3), mit: Einer einen Hohlraum (11) - in Umfangsrichtung gesehen - umgreifenden Wandung (13), einer Eintrittsöffnung (15) in den Hohlraum (11), und wenigstens einer ersten, die Wandung (13) durchbrechenden Austrittsöffnung (19), wobei wenigstens eine zweite, die Wandung (13) durchbrechende Austrittsöffnung (21) - in axialer Richtung gesehen - zu der ersten Austrittsöffnung (19) versetzt angeordnet ist.

Description

BESCHREIBUNG Kolben für eine variable Saugdrossel, Saugdrossel mit einem solchem Kolben, und Brennkraftmaschine mit einer solchen Saugdrossel
Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine variable Saugdrossel, eine Saugdrossel mit einem solchen Kolben, und eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Saugdrossel.
Fördereinrichtungen, insbesondere zur Förderung von Kraftstoff unter Hochdruck in einen Hochdruckspeicher eines Einspritzsystems weisen zur Fördermengenregulierung typischerweise eine variable Saugdrossel auf, die insoweit variabel ist, als ein effektiver
Durchströmungsquerschnitt variiert werden kann. Dabei ist typischerweise ein in der
Saugdrossel verlagerbarer Kolben vorgesehen, wobei durch Verlagerung des Kolbens eine
Variation des effektiven Durchströmungsquerschnitts bewirkbar ist. Dabei zeigt sich, dass zur Erzielung größerer Fördermengen, mithin zur Erhöhung des maximalen
Durchströmungsquerschnitts, der Kolbenhub vergrößert werden muss. Dies ist ungünstig, da sich dadurch eine Baulänge der Saugdrossel erhöht. Es zeigt sich weiterhin, dass eine Vergrößerung des maximalen Durchströmungsquerschnitts zu einer steileren Kennlinie der Saugdrossel und damit letztlich auch einer steileren Pumpenkennlinie führt, was sich insbesondere in einem Kleinstmengen-Förderbereich negativ auf die Regelbarkeit der Fördereinrichtung auswirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für eine Saugdrossel, eine Saugdrossel und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Kolben für eine variable Saugdrossel für eine Fördereinrichtung geschaffen wird, wobei der Kolben eine Wandung aufweist, die einen
Hohlraum - in Umfangsrichtung gesehen - umgreift, wobei der Kolben außerdem eine
Eintrittsöffnung in den Hohlraum aufweist. Der Kolben weist wenigstens eine erste, die
Wandung durchbrechende Austrittsöffhung auf. Dabei ist vorgesehen, dass der Kolben wenigstens eine zweite, die Wandung durchbrechende Austrittsöffhung aufweist, die - in axialer Richtung gesehen - zu der ersten Austrittsöffnung versetzt angeordnet ist. Durch den axialen Versatz der Austrittsöffhungen - wobei die axiale Richtung eine bestimmungsgemäße
Verlagerungsrichtung des Kolbens in der variablen Saugdrossel ist - ist es möglich, durch eine Verlagerung des Kolbens zunächst die wenigstens eine erste Austrittsöffnung freizugeben, bevor - nach einem durch den axialen Versatz bestimmten Verlagerungsweg des Kolbens - auch die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung freigegeben wird. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Regelbarkeit von Kleinstmengen, da durch die zunächst erfolgende Freigabe nur der wenigstens einen ersten Austrittsöffhung ein flacher Anstieg des Öffnungsquerschnitts im Teilhub des Kolbens bewirkt werden kann. Für größere Fördermengen kann auch die wenigstens eine zweite Austrittsöffiiung freigegeben werden, indem der Kolben weiter in axialer Richtung verlagert wird. Dabei ist eine maximale Entdrosselung bei maximalem Kolbenhub möglich, wodurch eine größtmögliche Fördermenge realisiert werden kann. Diese kann größer sein, als wenn nur die wenigstens eine erste Austrittsöff ung vorgesehen ist, da ein zusätzlicher Öff ungsquerschnitt durch die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung bereitgestellt wird. Hierfür ist keine
Vergrößerung des Kolbenhubs und damit auch keine Verlängerung des Kolbens nötig.
Entlang einer gedachten Verlagerungsrichtung des Kolbens aus einer Nullhub-Position in eine Maximalhub-Position eilt die wenigstens eine zweite Austrittsöff ung vorzugsweise der wenigstens einen ersten Austrittsöffhung nach, gelangt also später in Eingriff mit einer - gedachten oder realen - Steuerkante einer Saugdrossel.
Die wenigstens eine erste Austrittsöffiiung und die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung sind insbesondere - in axialer Richtung gesehen - bereichsweise überlappend angeordnet, sodass sie jedenfalls bereichsweise zugleich, das heißt beide bei wenigstens einer bestimmten Axialposition des Kolbens, freigegeben werden können. Insbesondere wird aufgrund der axial überlappenden Anordnung die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung vorzugsweise bereits freigegeben, wenn die wenigstens eine erste Austrittsöffhung bei einer Axialverlagerung des Kolbens noch nicht vollständig freigegeben ist. Dies hat insbesondere eine Veränderung der Steigung der Kennlinie der Saugdrossel und damit letztlich auch der Pumpenkennlinie der Fördereinrichtung zur Folge, wobei diese Steigungsänderung in einem Übergangsbereich zwischen einer
Kleinstmengenförderung und einer Förderung von mittleren bis größeren Fördermengen erfolgen kann. Es kann so zugleich auch das Regelungsverhalten bei der Förderung von größeren
Fördermengen verbessert werden. Wie bereits angesprochen, bedeutet die axiale Richtung hier und im Folgenden eine Richtung, welche bestimmungsgemäß der Verlagerungsrichtung des Kolbens entspricht. Zugleich ist die axiale Richtung vorzugsweise eine Längsrichtung des Kolbens und/oder die Richtung, in welcher sich eine Symmetrieachse des - besonders bevorzugt zylindrisch ausgebildeten - Kolbens erstreckt. Die Umfangsrichtung umgreift die axiale Richtung konzentrisch. Eine radiale Richtung steht senkrecht auf der Axialrichtung.
Der Kolben ist vorzugsweise eingerichtet zur Verwendung in einer variablen Saugdrossel, die ihrerseits eingerichtet ist zur Verwendung mit oder in einer Fördereinrichtung, die als
Hochdruck-Pumpe, insbesondere zur Brennstoffförderung und ganz besonders zur Förderung von Brennstoff in einen gemeinsamen Hochdruckspeicher eines Einspritzsystems, insbesondere in ein Rail eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems, vorgesehen ist. Dabei kann mithilfe des Kolbens insbesondere ein möglichst energieoptimaler oder wirkungsgradoptimaler Betrieb der Hochdruck-Pumpe, insbesondere in Abhängigkeit von einem Raildruck-abhängigen Förderbedarf, gewährleistet werden. Dabei ist es insbesondere möglich, mithilfe des Kolbens und der variablen Saugdrossel eine Förderdauer der Hochdruck-Pumpe bis hin zu einer
Nullförderung zu beeinflussen. Dabei ist es möglich, Förderleistung bedarfsabhängig
einzusparen und zusätzlich auch eine Brennstoffeinsparung für eine Brennkraftmaschine zu bewirken, welche die Fördereinrichtung mit der Saugdrossel und dem Kolbenaufweist.
Die den Hohlraum umgreifende Wandung ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. In diesem Fall ist der Kolben besonders einfach herstellbar. Dies gilt ganz besonders für ein
Ausführungsbeispiel, bei welchem der Kolben hülsenförmig ausgebildet ist, wobei er aus einer zylindrischen, hülsenförmigen Wandung besteht.
Die Eintrittsöffhung in den Hohlraum ist vorzugsweise stirnseitig ausgebildet, also an einer Seite des Kolbens, auf welcher die Axialrichtung senkrecht steht. Die stirnseitige Eintrittsöffhung kann in besonders einfacher Weise verwirklicht werden, indem der Kolben hülsenförmig ausgebildet ist, ganz besonders dann, wenn der Kolben eine hülsenförmige, insbesondere zylindrische Wandung aufweist, die an beiden Stirnseiten offen ist. Der Kolben kann dann auch in besonders einfacher Weise aus einem Rohrstück gefertigt oder aus einem Blech gerollt und zu einer Hülse verschweißt werden. Die wenigstens eine Austrittsöffnung und/oder die wenigstens eine zweite Austnttsöfmung durchbricht/durchbrechen die Wandung bevorzugt in radialer Richtung. Besonders bevorzugt sind sowohl die wenigstens eine erste als auch die wenigstens eine zweite Öffnung als radiale Durchbrechungen in die Wandung eingebracht. Dies stellt zum einen eine Ausgestaltung des Kolbens dar, die einfach und kostengünstig zu fertigen ist, zum anderen ist in einfacher Weise ein von der Axialverlagerung des Kolbens abhängiger Durchströmungsquerschnitt ohne Weiteres realisierbar, indem beispielsweise die Austrittsöfmungen relativ zu einer Steuerkante der Saugdrossel verlagert werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die wenigstens eine erste
Austrittsöffnung und die wenigstens eine zweite Austrittsöffnung - in Umfangsrichtung gesehen - zueinander versetzt angeordnet sind. Sind mehr als eine erste und/oder mehr als eine zweite Austrittsöffnung vorgesehen, sind diese - in Umfangsrichtung gesehen - vorzugsweise alternierend und besonders bevorzugt in gleichen Winkelabständen zueinander, mithin symmetrisch entlang der Umfangsrichtung verteilt, vorgesehen. Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel, bei welchem zwei erste Austrittsöffnungen und zwei zweite
Austrittsöfmungen vorgesehen sind, wobei die alternierend angeordneten Austrittsöffnungen jeweils einen Winkelabstand von 90° zueinander aufweisen, wenn der Vollkreis 360° beträgt. Somit beträgt der Winkelabstand - in Umfangsrichtung gesehen - zwischen den beiden ersten Austrittsöffnungen 180° und auch zwischen den beiden zweiten Austrittsöfmungen 180°, wobei durch die alternierende Anordnung unmittelbar benachbarte erste und zweite Austrittsöffhungen jeweils einen Winkel von 90° zueinander aufweisen. Eine symmetrische Anordnung der
Austrittsöffhungen vereinfacht die Herstellung des Kolbens. Es wird ein Ausführungsbeispiel des Kolbens bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die wenigstens eine erste Austrittsöffhung einen - in axialer Richtung gesehen - veränderlichen Querschnitt aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung einen - in axialer Richtung gesehen - veränderlichen Querschnitt aufweist. Dabei bedeutet ein in axialer Richtung gesehen veränderlicher Querschnitt, dass die Austrittsöffhung wenigstens eine sich im Wesentlichen oder zumindest auch in Axialrichtung erstreckende Kante aufweist, die nicht parallel zur Axialrichtung angeordnet ist. Vielmehr verläuft wenigstens eine solche Kante der Austrittsöffhung schräg zur Axialrichtung. Daraus ergibt sich, dass sich bei einer gedachten oder tatsächlichen axialen Verlagerung einer sich senkrecht zu der axialen Richtung erstreckenden Steuerkante relativ zu der Austrittsöffhung eine Veränderung des effektiven Durchströmungsquerschnitts ergibt, die größer ist als eine Änderung, die sich ergeben würde, wenn die wenigstens eine Kante der Austrittsöffhung parallel zur Axialrichtung ausgerichtet wäre. Beispielsweise ergibt sich bei einer dreieckförmigen Austrittsöffhung, bei welcher sich eine Höhe des Dreiecks parallel und zwei Schenkel desselben schräg zur Axialrichtung erstrecken, eine größere Querschnittsvariation als bei einer
rechteckförmigen oder quadratischen Ausgestaltung der Austrittsöffhung, bei welcher zwei Kanten des Rechtecks oder Quadrats parallel zur Axialrichtung und die anderen beiden Kanten senkrecht zur Axialrichtung orientiert sind. Entsprechend wird ein Ausführungsbeispiel des Kolbens bevorzugt, bei welchem wenigstens eine der Austrittsöffnungen eine dreieckige Form aufweist, wobei sich besonders bevorzugt eine Höhe des Dreiecks in axialer Richtung erstreckt.
Unter einer dreieckigen Form wird hier und im Folgenden allgemein eine zumindest
bereichsweise V-förmige Form verstanden, insbesondere auch eine Rautenform, oder eine andere Form, die sich in Grundformen zerlegen lässt, von denen wenigstens eine ein Dreieck ist. Besonders bevorzugt wird eine genau dreieckförmige Form.
Eine Spitze der dreieckigen Form weist bevorzugt in Richtung der Verlagerung des Kolbens zur Freigabe maximaler Fördermengen hin, also zu einer Maximalhub-Position. Dies hat zur Folge, dass ausgehend von einer Nullmengenförderung, also einer Nullhub-Position, zunächst die Spitze des Dreiecks bei der axialen Verlagerung des Kolbens relativ zu einer Steuerkante freigegeben wird, sodass Kleinstmengen gefördert werden können. Bei einer weiteren
Verlagerung des Kolbens in Richtung der Maximalhub-Position ergibt sich eine durch die Kolbenverlagerung einerseits und den Verlauf der Schenkel des Dreiecks andererseits bestimmte Variation der Fördermenge. Dabei kann die Kennlinie der Saugdrossel und damit letztlich die Pumpenkennlinie der Fördereinrichtung insbesondere durch die Wahl der Winkel in dem
Dreieck bestimmt werden. Bei Verlagerung des Kolbens in die Maximalhub-Position wird vorzugsweise die gesamte Dreiecksfläche freigegeben, wobei sich eine Basis des Dreiecks vorzugsweise parallel zu der Steuerkante erstreckt. Die Basis ist dabei der Spitze gegenüber und auf einer Seite des Kolbens angeordnet, die in Richtung der Nullhub-Position weist.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass wenigstens eine der Austrittsöffhungen rund ist, wobei sie insbesondere eine Kreisform aufweist oder oval geformt ist. Auch auf diese Weise ergibt sich eine größere Variabilität des effektiven Durchströmungsquerschnitts bei Axialverlagerung des Kolbens als bei einer rechteckigen oder quadratischen Austrittsöffnung. Dabei kann auch in diesem Fall die Kennlinie der Saugdrossel und letztlich die Pumpenkennlinie der Fördereinrichtung durch die konkrete Wahl der Form und Größe der Austrittsöffhung eingestellt werden.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Kolbens bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine - in axialer Richtung ermittelte - Veränderungsrate des Querschnitts für die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung größer ist als für die wenigstens eine erste Austrittsöffhung. Dabei spricht die Veränderungsrate die differenzielle Veränderung des effektiven
Durchströmungsquerschnitts bei einer gedachten oder tatsächlichen Verlagerung des Kolbens relativ zu einer Steuerkante an. Ist die Veränderungsrate für die wenigstens eine erste
Austrittsöffhung kleiner als für die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung, so kann
insbesondere eine besonders genaue und feinfühlige Kleinstmengen-Regelung durchgeführt werden. Durch die geringere Veränderungsrate bei der wenigstens einen zweiten
Austrittsöffhung ist es dann möglich, im Bereich einer Förderung mittlerer bis großer
Fördermengen schneller, also mit geringerem axialen Verlagerungsweg des Kolbens relativ zu der Steuerkante, die geförderte Menge zu vergrößern und so die Förderung rasch bis zu einer maximalen Fördermenge hochzufahren. Dies trägt dazu bei, dass die Kennlinie der Saugdrossel und damit letztlich auch die Pumpenkennlinie der Fördereinrichtung zumindest zwei Bereiche mit verschiedener Steigung aufweisen kann, wobei die Steigung der Kennlinie im Bereich kleinerer Fördermengen kleiner sein kann als im Bereich größerer Fördermengen.
Eine größere Veränderungsrate des Querschnitts für die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung als für die wenigstens eine erste Austrittsöffhung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Austrittsöffhungen dreieckformig ausgestaltet sind, wobei die Schenkel der wenigstens einen zweiten Austrittsöffhung einen weniger spitzen, also größeren Winkel miteinander einschließen, als die Schenkel der wenigstens einen ersten Austrittsöffhung. Eine andere
Möglichkeit der Realisierung entsprechender Veränderungsraten besteht darin, dass für die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung eine runde Form, insbesondere eine Kreisform oder eine ovale Form, gewählt wird, wobei für die wenigstens eine erste Austrittsöffhung eine
Dreieckform gewählt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Querschnittsflächen der ersten und der zweiten Austrittsöffhungen insgesamt nicht zu stark voneinander abweichen, sondern vielmehr im Wesentlichen gleich, vorzugsweise genau gleich, gewählt sind. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Kolbens bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die wenigstens eine erste Austrittsöffhung und die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung nur einseitig axial versetzt zueinander angeordnet sind. Dies bedeutet insbesondere, dass die wenigstens eine Austrittsöffhung und die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung auf einer Seite - entlang der Axialrichtung gesehen - nicht zueinander versetzt sind, also eine gemeinsame, in gleicher axialer Höhe angeordnete Kante aufweisen. Hierdurch kann insbesondere sichergestellt werden, dass eine maximale Fördermenge dann erreicht wird, wenn eine Oberkante der ersten Austrittsöffhung und damit zugleich eine Oberkante der zweiten Austrittsöffhung auf gleicher axialer Höhe mit der Steuerkante der Saugdrossel angeordnet sind. Es bedarf also keiner
Verlagerung des Kolbens über eine Oberkante der ersten Austrittsöffhung oder der zweiten Austrittsöffhung hinaus, um den maximalen Durchströmungsquerschnitt freizugeben.
Besonders bevorzugt ist insoweit vorgesehen, dass die wenigstens eine erste Austrittsöffhung und die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung nur auf der Seite - in Axialrichtung gesehen - zueinander versetzt angeordnet sind, welche in Richtung der Maximalhub-Position weist, was zugleich die Seite ist, die bei einer Kleinstmengenförderung zuerst über die Steuerkante der Saugdrossel hinaus verlagert wird. Dadurch ist gewährleistet, dass vorzugsweise zunächst die erste Austrittsöffhung freigegeben wird, bevor - bei weiterer axialer Verlagerung des Kolbens - auch die zweite Austrittsöffhung freigegeben wird. Bei einer Verlagerung des Kolbens in die Maximalhub-Position sind dann bevorzugt die Kanten der Austrittsöffhungen auf der
gegenüberliegenden Seite, mithin quasi die Oberkanten der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Austrittsöffhung, gerade auf axialer Höhe der Steuerkante angeordnet, sodass in diesem Fall der volle Durchströmungsquerschnitt des Kolbens und damit der
Saugdrossel freigegeben ist.
Es wird ein Ausführungsbeispiel des Kolbens bevorzugt, bei welchem wenigstens eine erste Austrittsöffhung dreieckformig ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich wird ein
Ausführungsbeispiel des Kolbens bevorzugt, bei welchem wenigstens eine erste Austrittsöffhung rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet ist. Es ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem alle ersten Austrittsöffhungen dreieckformig ausgebildet sind. Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem alle ersten Austrittsöffhungen rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet sind. Auch ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem sowohl runde, insbesondere kreisförmige oder ovale, als auch dreieckförmige erste Austrittsöffiiungen vorgesehen sind. Alternativ oder zusätzlich wird ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem wenigstens eine zweite Austrittsöffnung dreieckförmig ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich wird ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem wenigstens eine zweite Austrittsöffhung rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet ist. Es ist ein Ausfuhrungsbeispiel möglich, bei welchem alle zweiten Austrittsöffiiungen rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet sind. Auch ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem alle zweiten Austrittsöffiiungen dreieckförmig ausgebildet sind. Es wird auch ein
Ausführungsbeispiel bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass sowohl dreieckformige als auch runde, insbesondere kreisförmige oder ovale, zweite Austrittsöffiiungen vorgesehen sind.
Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel, bei welchem eine Mehrzahl von ersten Austrittsöffiiungen eine gleiche Form, insbesondere eine Dreieckform oder eine runde Form, insbesondere eine Kreisform oder eine ovale Form, aufweisen. Vorzugsweise weist auch eine Mehrzahl von zweiten Austrittsöffiiungen eine gleiche Form auf, also entweder eine dreieckige Form, oder eine runde Form, insbesondere eine Kreisform oder eine ovale Form.
Es wird ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem alle Austrittsöffiiungen dreieckförmig oder rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet sind. Es wird auch ein
Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem alle erste Austrittsöffiiungen dreieckförmig ausgebildet sind, wobei alle zweiten Austrittsöffiiungen rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet sind. Dies ist besonders vorteilhaft, weil die Dreieckform für die ersten
Austrittsöffiiungen eine besonders günstige Kleinstmengenregelung erlaubt, wobei die runde Form, z. B. die Kreisform oder die ovale Form für die zweiten Austrittsöffiiungen eine schnellere Freigabe größerer Fördermengen im Bereich mittlerer bis großer Fördermengen erlaubt.
Es ist aber auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem alle ersten Austrittsöffiiungen rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet sind, wobei alle zweiten Austrittsöffiiungen dreieckförmig ausgebildet sind. Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel, welches genau zwei erste Austrittsöffiiungen und genau zwei zweite Austrittsöffiiungen aufweist. Diese sind dabei bevorzugt - in
Umfangsrichtung gesehen - versetzt und insbesondere alternierend zueinander angeordnet, wobei sie gleiche Winkelabstände zueinander aufweisen. Dabei sind insbesondere die zwei ersten Austrittsöffiiungen um 180° zueinander versetzt, wobei auch die zwei zweiten Austrittsöffnungen um 180° zueinander versetzt sind. Insgesamt ergibt sich für unmittelbar benachbarte Austrittsöffnungen damit ein Winkelabstand von 90°.
Besonders bevorzugt sind die beiden ersten Austrittsöffnungen dreieckförmig ausgebildet. Die beiden zweiten Austrittsöffnungen sind besonders bevorzugt dreieckförmig oder rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet.
Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem eine variable Saugdrossel für eine
Fördereinrichtung geschaffen wird, welche einen Kolben nach einem der zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele aufweist. Der Kolben weist also eine einen Hohlraum umgreifende
Wandung, eine - insbesondere stirnseitige - Eintrittsöffnung in den Hohlraum, sowie wenigstens eine erste, die Wandung - insbesondere in radialer Richtung gesehen - durchbrechende
Austrittsöffnung auf. Außerdem weist der Kolben wenigstens eine zweite, die Wandung - insbesondere in radialer Richtung gesehen - durchbrechende Austrittsöffnung auf, die - in axialer Richtung gesehen - zu der ersten Austrittsöffnung versetzt angeordnet ist. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Saugdrossel die Vorteile, die bereits in
Zusammenhang mit dem Kolben erläutert wurden.
Die Saugdrossel weist aufgrund des Kolbens einen variablen Durchströmungsquerschnitt auf, es handelt sich also um eine variable Saugdrossel. Insbesondere ist die Saugdrossel vorzugsweise als ansteuerbare Saugdrossel ausgebildet. Vorzugsweise ist die Saugdrossel elektrisch ansteuerbar. Besonders bevorzugt ist der Kolben in der Saugdrossel magnetisch verlagerbar, wobei der Kolbenhub insbesondere durch einen Elektromagneten steuerbar ist. Insbesondere ist die Saugdrossel vorzugsweise ausgebildet zu einer Ansteuerung mit einem
pulsweitenmodulierten Signal.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Saugdrossel ist vorgesehen, dass der Kolben in einer Kolbenführung axial verlagerbar ist, wobei die Kolbenführung eine den Kolben
bereichsweise umgreifende Ringnut aufweist, wobei die Ringnut mit einem
Saugleitungsabschnitt verbunden ist, der seinerseits mit einer Fördereinrichtung fluidverbindbar ist. Aus den Austrittsöffnungen des Kolbens austretendes, gefördertes Medium kann dann in die Ringnut einströmen und über die Ringnut weiter in den Saugleitungsabschnitt und von dort zu der Fördereinrichtung strömen. Die Ringnut weist eine Steuerkante auf, relativ zu welcher der Kolben verlagerbar ist. Dabei ist die Steuerkante insbesondere senkrecht zu einer Verlagerungsrichtung des Kolbens, mithin zu der Axialrichtung, orientiert. Die Steuerkante ist insbesondere ausgebildet als Kante einer axialen Begrenzungswandung der Ringnut. Die Austrittsöffhungen sind durch eine Verlagerung des Kolbens relativ zu der Steuerkante sequentiell in Überlappung mit der Ringnut bringbar. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei einer Verlagerung des Kolbens aus einer Nullhub-Position in Richtung einer Position, welche einer maximalen Fördermenge entspricht, mithin einer Maximalhub-Position, zunächst die wenigstens eine erste Austrittsöffhung in Überlappung mit der Ringnut kommt, indem eine Unterkante der ersten Austrittsöffhung über die Steuerkante bewegt wird. Bei einer weiteren Verlagerung des Kolbens in Richtung der Maximalhub-Position wird danach auch die Unterkante der wenigstens einen zweiten Austrittsöffhung über die Steuerkante verlagert, sodass die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung in Überlappung mit der Ringnut kommt. Dabei sind die erste Austrittsöffhung und die zweite Austrittsöffhung vorzugsweise derart axial überlappend angeordnet, dass die zweite Austrittsöffhung dann mit der Ringnut in Überlappung kommt, wenn zugleich noch die erste Austrittsöffhung mit der Ringnut in Überlappung ist. Insbesondere sind die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung vorzugsweise nur einseitig versetzt zueinander angeordnet, wobei sie insbesondere auf dem Weg des Kolbens aus seiner Nullhub- Position in seine Maximalhub-Position versetzt mit der Ringnut in Überlappung kommen, wobei jedoch Oberkanten der Austrittsöffhungen auf gleicher axialer Höhe des Kolbens angeordnet sind, wobei die Oberkanten in der Maximalhub-Position des Kolbens bevorzugt auf gleicher axialer Höhe mit der Steuerkante angeordnet sind.
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Saugdrossel bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Kolbenführung und der Kolben zylindersymmetrisch ausgebildet sind. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstig zu fertigende Ausgestaltung der Kolbenführung und des Kolbens und somit auch insgesamt der Saugdrossel dar. Dabei ist die Eintrittsöff ung des Kolbens insbesondere stirnseitig vorgesehen. Ganz besonders bevorzugt ist der Kolben hülsenförmig ausgebildet und weist wenigstens ein stirnseitig offenes Ende auf. Besonders bevorzugt ist der Kolben als Rohrabschnitt ausgebildet und weist zwei offene Stirnseiten auf, wobei der Kolben insbesondere aus der den Hohlraum umgreifenden Wandung besteht.
Zur Erfindung gehört auch eine Fördereinrichtung, die eine Saugdrossel nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Fördereinrichtung die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Kolben und der Saugdrossel erläutert wurden. Die Fördereinrichtung ist vorzugsweise als Hochdruck-Pumpe ausgebildet, insbesondere als Hochdruck-Pumpe zur Förderung von Brennstoff in einen gemeinsamen Hochdruckspeicher eines Hochdruck-Einspritzsystems, insbesondere in ein Rail eines Common-Rail- Einspritzsystems.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche ein Hochdruck-Einspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, aufweist, wobei die Brennkraftmaschine eine Hochdruck-Pumpe zur Förderung von Brennstoff in einen Hochdruckspeicher und eine Saugdrossel nach einem der zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der
Brennkraftmaschine die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Kolben und der Saugdrossel erläutert wurden. Die Saugdrossel ist dabei vorzugsweise in Wirkverbindung mit einem Steuergerät der
Brennkraftmaschine, insbesondere mit einem zentralen Steuergerät (Engine Control Unit - ECU). Dabei wird die Saugdrossel vorzugsweise parameterabhängig durch das Steuergerät angesteuert, insbesondere anhand einer Motor-Kennlinie der Brennkraftmaschine. Besonders bevorzugt wird die Saugdrossel mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert. Dabei wird durch die Ansteuerung der Saugdrossel von dem Steuergerät der effektive
Durchströmungsquerschnitt der Saugdrossel verändert, indem der Kolben in der Kolbenführung - in axialer Richtung gesehen - verlagert wird. Dabei wird der Kolben bevorzugt kontinuierlich oder stufenweise zwischen einer Nullhub-Position und einer Maximalhub-Position verlagert. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären
Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der
Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die
Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet.
Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine mit einer Saugdrossel in einer ersten Funktionsstellung;
Figur 2 das Ausführungsbeispiel der Saugdrossel gemäß Figur 1 in einer zweiten
Funktionsstellung;
Figur 3 das Ausführungsbeispiel der Saugdrossel gemäß Figur 1 in einer dritten
Funktionsstellung;
Figur 4 das Ausführungsbeispiel der Saugdrossel gemäß Figur 1 in einer vierten
Funktionsstellung; eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Saugdrossel, und eine diagrammatische Darstellung von Kennlinien für verschiedene
Ausführungsbeispiele von Saugdrosseln.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 , welche eine hier nur schematisch angedeutete Fördereinrichtung 3 aufweist. Die
Fördereinrichtung 3 ist vorzugsweise als Hochdruck-Pumpe ausgebildet, insbesondere als Hochdruck-Pumpe zur Förderung von Brennstoff in einen gemeinsamen Hochdruckspeicher eines Einspritzsystems, wobei der Hochdruckspeicher insbesondere als Rail eines Common-Rail- Einspritzsystems ausgebildet ist. Zur Steuerung oder Regelung einer durch die Fördereinrichtung 3 geförderten Fluidmenge, insbesondere einer Brennstoffmenge, und insbesondere auch zur Steuerung oder Regelung einer Leistungsaufnahme der Fördereinrichtung 3 ist eine Saugdrossel 5 vorgesehen, die als variable Saugdrossel ausgebildet ist. Dabei weist die Saugdrossel 5 einen Kolben 7 auf, der hier insbesondere in einer Kolbenführung 9 in axialer Richtung gesehen verlagerbar ist. Die axiale Richtung ist hier durch eine strichpunktierte Achse A angedeutet und erstreckt sich in Längsrichtung des Kolbens 7 sowie der Kolbenführung 9 und insbesondere in Richtung einer Symmetrieachse des vorzugsweise zylindersymmetrisch ausgebildeten Kolbens 7.
Der Kolben 7 weist eine einen Hohlraum 11 umgreifende Wandung 13 auf, insbesondere besteht der Kolben 7 aus der Wandung 13. Diese ist bevorzugt hülsenförmig oder als Rohrabschnitt ausgebildet. Insbesondere ist die Wandung 13 vorzugsweise zylindrisch ausgebildet,
insbesondere kreiszylindrisch.
Der Kolben 7 weist außerdem eine Eintrittsöffnung 15 in den Hohlraum 11 auf, die sich hier an einer ersten, in Figur 1 unteren Stirnseite des Kolbens 7 öffnet. Eine an einem
gegenüberliegenden, in Figur 1 oberen Ende des Kolbens angeordnete Stirnseite 17 kann geschlossen ausgebildet sein. Besonders einfach ist der Kolben 7 allerdings herstellbar, wenn auch an der Stirnseite 17 eine Öffnung vorgesehen ist. Diese ist jedoch bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ohne Bedeutung für die Funktion der Saugdrossel 5 und des Kolbens 7.
Der Kolben 7 weist wenigstens eine erste, die Wandung 9 durchbrechende Austrittsöffnung auf, hier zwei erste, die Wandung 13 in radialer Richtung, also senkrecht zu der Axialrichtung A, durchbrechende erste Austrittsöffhungen 19. Weiterhin weist der Kolben 7 wenigstens eine zweite, hier genau zwei zweite, die Wandung 13 - in radialer Richtung gesehen - durchbrechende Austrittsöffhungen 21 auf. Dabei sind die ersten Austrittsöffhungen 19 und die zweiten Austrittsöffhungen 21 - in axialer Richtung gesehen - relativ zueinander versetzt angeordnet. Dabei sind sie hier nur einseitig versetzt zueinander angeordnet, indem eine in Figur 1 unten dargestellte Unterkante der Austrittsöffhungen 19, 21 in verschiedener axialer Höhe angeordnet ist, wobei die Austrittsöffhungen 19, 21 auf gemeinsamer Höhe angeordnete
Oberkanten, die in Figur 1 oben dargestellt sind, aufweisen. Figur la) zeigt eine erste Schnittansicht durch die Saugdrossel 5, wobei Figur lb) eine relativ zu der Ansicht gemäß Figur la) um 90° um die Achse A gedrehte Schnittansicht zeigt. Daher ist in Figur la) nur eine der zweiten Austrittsöffnungen 21 dargestellt, auf welche der Betrachter blickt, während in Figur lb) nur eine der ersten Austrittsöffnungen 19 dargestellt ist, auf welche der Betrachter blickt. Die ersten und zweiten Austrittsöffhungen 19, 21 sind bevorzugt in Umfangsrichtung versetzt und insbesondere alternierend angeordnet, wobei sie gleiche
Winkelabstände zueinander aufweisen. Dabei weisen hier unmittelbar benachbarte erste und zweite Austrittsöffhungen 19, 21 jeweils einen Winkelabstand von 90° zueinander auf, während die beiden ersten Austrittsöffhungen 19 einerseits und die beiden zweiten Austrittsöffhungen 21 andererseits jeweils um 180° - in Umfangsrichtung gesehen - zueinander versetzt angeordnet sind.
Es zeigt sich weiterhin, dass die Kolbenführung 9 eine den Kolben 7 umgreifende Ringnut 23 aufweist, die mit einem Saugleitungsabschnitt 25 verbunden ist, welcher zu der
Fördereinrichtung 3 führt. Dabei weist die Ringnut 23 eine Steuerkante 27 auf, relativ zu der der Kolben 7 verlagerbar ist. Dabei zeigt sich, dass die Austrittsöffhungen 19, 21 durch eine axiale Verlagerung des Kolbens 7 relativ zu der Steuerkante 27 sequentiell, insbesondere nacheinander, in Überlappung mit der Ringnut 23 gebracht werden können. Die Saugdrossel 5 weist einen Zufluss 29 auf, durch den ein gefördertes Fluid in die Saugdrossel 5 einströmen kann, wobei es dann über die Eintrittsöffnung 15 in den Hohlraum 11 des Kolbens 7 gelangt. Abhängig von der axialen Position des Kolbens 7 ist es möglich, dass das Fluid über die Austrittsöffhungen 19, 21 in die Ringnut 23 und von dieser zu dem Saugleitungsabschnitt 25 gelangt. Von dort kann es weiter zu der Fördereinrichtung 3 strömen. Die Saugdrossel 5 ist im Bereich der oberen
Stirnseite 17 des Kolbens 7 vorzugsweise geschlossen, sodass hier kein Fluid austreten kann. Hier ist vielmehr bevorzugt eine elektrische und/oder magnetische Verlagerungseinheit angeordnet, welche zur insbesondere magnetischen Verlagerung des Kolbens 7 ansteuerbar ist. Dabei ist die Verlagerungseinrichtung vorzugsweise mit einem Steuergerät der
Brennkraftmaschine 1 wirkverbunden. Die Saugdrossel 5 wird dann insbesondere durch das Steuergerät anhand einer Motor-Kennlinie mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert, wodurch ein Hub des Kolbens 7 in der Kolbenführung 9 bewirkbar ist.
In Figur 1 ist der Kolben 7 in einer Axialposition dargestellt, in welchem sowohl die ersten Austrittsöffhungen 19 als auch die zweiten Austrittsöffhungen 21 vollständig oberhalb der Steuerkante 27 angeordnet ist, sodass die Saugdrossel 5 in einer geschlossenen Position angeordnet ist. Es kann in dieser Position kein Fluid - oder höchstens eine Leckagemenge - über die Austrittsöffnungen 19, 21 in die Ringnut 23 gelangen. Die Fördereinrichtung 3 weist in diesem Zustand der Saugdrossel 5 eine Nullförderung auf. Die entsprechende Position des Kolbens 7 wird auch als Nullhub-Position bezeichnet.
Anhand von Figur la) zeigt sich, dass die zweiten Austrittsöffnungen 21, die vorzugsweise paarweise identisch ausgebildet sind, einen - in axialer Richtung gesehen - veränderlichen Querschnitt aufweisen. Insbesondere weisen sie hier eine Dreieckform auf. Anhand von Figur lb) zeigt sich, dass dies auch für die beiden, vorzugsweise paarweise identischen, ersten
Austrittsöffnungen 19 zutrifft. Ein Vergleich der Figuren la) und lb) zeigt darüber hinaus, dass eine - in axialer Richtung ermittelte - Veränderungsrate des Querschnitts für die zweiten Austrittsöffnungen 21 größer ist als für die ersten Austrittsöffhungen 19. Insbesondere ist ein Winkel, den zwei Schenkel eines durch die zweiten Austrittsöffhungen 21 gebildeten Dreiecks miteinander einschließen, größer als ein Winkel, den die beiden Schenkel eines entsprechenden Dreiecks für die ersten Austrittsöffhungen 19 einschließen. Die Dreieckform der ersten
Austrittsöffhungen 19 ist also spitzwinkliger als die Dreieckform für die zweiten
Austrittsöffhungen 21.
Die Funktionsweise der Saugdrossel 5 und des Kolbens 7 wird nun anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert. Dabei zeigen jeweils die mit dem Buchstaben a) bezeichneten Teilfiguren die
Schnittansicht gemäß Figur 1 a), und die mit dem Buchstaben b) bezeichneten Teilfiguren zeigen jeweils die Schnittansicht gemäß Figur lb), also die relativ zu den mit a) bezeichneten
Teilfiguren um 90° um die Achse A gedrehte Schnittansicht. In den Figuren ist durch Pfeile jeweils eine Strömung eines durch die Fördereinrichtung 3 geförderten Fluids durch die
Saugdrossel 5 dargestellt.
Wie bereits in Zusammenhang mit Figur 1 festgestellt, weist der Kolben dort eine Nullhub- Position auf. Fig. 2 zeigt nun den Kolben 7 in einer Axialposition, in welcher er um eine geringe Strecke relativ zu der Nullhub-Position in Richtung einer Maximalhub-Position - in der Figur nach unten - verlagert ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei verlagert sich eine Unterkante der ersten Austrittsöffhungen 19 aufgrund des axialen Versatzes zwischen den ersten und den zweiten Austrittsöffiiungen 19, 21 zuerst über die Steuerkante 27, sodass zunächst nur die ersten Austrittsöffiiungen 19 teilweise freigegeben werden. Die zweiten
Austrittsöffiiungen 21 sind noch vollständig oberhalb der Steuerkante 27 angeordnet, sodass sie geschlossen sind, wobei kein Fluid durch die zweiten Austrittsöffiiungen 21 - bis auf
gegebenenfalls eine Leckagemenge - in die Ringnut 23 strömen kann. Die in Figur 2 dargestellte Position des Kolbens 7 entspricht einer Position zur Regelung von Kleinstmengen, welche durch die Fördereinrichtung 3 gefördert werden. Dabei sind die Kleinstmengen mit einer
vergleichsweise flachen Kennlinie sehr gut regelbar, da nur die ersten Austrittsöffiiungen 19 teilweise freigegeben sind, die darüber hinaus einen - in Axialrichtung gesehen - vergleichsweise wenig veränderlichen Querschnitt aufgrund der relativ spitzen Dreieckform aufweisen. Gerade hierdurch verläuft die Kennlinie, nämlich der freigegebene Querschnitt aufgetragen gegen den Kolbenhub des Kolbens 7, relativ flach, sodass eine sehr genaue und feinfühlige Kleinstmengenregelung möglich ist. Anhand von Pfeilen ist in Figur 2 dargestellt, dass das geförderte Fluid über die Eintrittsöffhung 15 in den Hohlraum 11 eintritt, wobei es nur bereichsweise durch die ersten Austrittsöffiiungen 19 in die Ringnut 23 austritt und von dort zu dem Saugleitungsabschnitt 25 gelangt.
Fig. 3 zeigt die Saugdrossel 5 mit weiter in Richtung auf die Maximalhub-Position verlagertem Kolben 7. Dieser ist also insbesondere in den Figuren weiter nach unten verlagert. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass auf die
vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt sich, dass in der in Figur 3 dargestellten Axialposition des Kolbens 7 erstmals auch die Unterkanten der zweiten
Austrittsöffiiungen 21 über die Steuerkante 27 hinaus verlagert sind, sodass die zweiten
Austrittsöffiiungen 21 zusätzlich zu den ersten Austrittsöffiiungen 19 teilweise freigegeben sind. Entsprechend ist durch Pfeile dargestellt, dass das Fluid durch die Eintrittsöffhung 15 in den Hohlraum 11 eintritt, wobei es durch alle Austrittsöffiiungen 19, 21 in die Ringnut 23 und von dort weiter zu dem Saugleitungsabschnitt 25 strömt.
Dabei zeigt sich, dass insbesondere aufgrund der größeren Veränderungsrate des Querschnitts - in axialer Richtung - für die zweiten Austrittsöffiiungen 21 eine steilere Kennlinie in dem
Verlagerungsbereich des Kolbens 7 existiert, in welchem über alle Austrittsöffiiungen 19, 21 eine Fluidverbindung des Hohlraums 11 zu der Ringnut 23 besteht. Fig. 4 zeigt den Kolben 7 des Ausführungsbeispiels der Saugdrossel 5 gemäß Figur 1 in vollständig geöffneter Position, die auch als Maximalhub-Position bezeichnet wird. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei sind in der Maximalhub-Position des Kolbens 7 alle Austrittsöffhungen 19, 21 vollständig freigegeben. Dabei zeigt sich, dass diese hier eine auf einer gemeinsamen axialen Höhe angeordnete Oberkante aufweisen, die in der Maximalhub-Position mit der Steuerkante 27 fluchtet oder bündig mit dieser angeordnet ist. Somit ist nun der maximale Durchströmungsquerschnitt für das Fluid aus dem Hohlraum 11 in die Ringnut 23 und weiter in den Saugleitungsabschnitt 25 freigegeben.
Fig. 5 zeigt - analog zu den Figuren 1 bis 4 - ein zweites Ausführungsbeispiel der Saugdrossel 5 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des Kolbens 7. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel des Kolbens 7 von dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten, ersten Ausführungsbeispiel insoweit, als hier die zweiten Austrittsöffhungen 21 nicht dreieckförmig, sondern rund, insbesondere kreisförmig oder gegebenenfalls auch oval, ausgebildet sind. Im Übrigen entspricht die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels derjenigen, die in Zusammenhang mit dem ersten
Ausführungsbeispiel erläutert wurde.
Fig. 6 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung von Kennlinien für verschiedene Ausführungsbeispiel einer Saugdrossel 5, beziehungsweise von Saugdrosseln 5 mit
verschiedenen Ausführungsbeispielen eines Kolbens 7. Dabei ist hier ein freigegebener
Durchströmungsquerschnitt D - in mm2 - aufgetragen gegen einen Kolbenhub H - angegeben in mm - wobei der Ursprung des Diagramms bei einem Kolbenhub H von 0 mm der Nullhub- Position und entsprechend einer Nullförderung entspricht.
Ein Kleinstmengenregelbereich M erstreckt sich von der Nullhub-Position bis zu einem
Kolbenhub H von 1 mm. Dabei ist eine erste Kennlinie Kl, die hier punktiert dargestellt ist, eine Kennlinie für einen herkömmlichen Kolben 7, der nur zwei erste Austrittsöffhungen und keine zweiten Austrittsöffhungen aufweisen. Diese sind für die hier dargestellte Kennlinie Kl dreieckförmig ausgebildet. Es zeigt sich, dass eine maximale Fördermenge bei einem hier bei einem Kolbenhub H von 3 mm dargestellten Maximalhub, vergleichsweise gering ist. Eine Erhöhung des maximalen Durchströmungsquerschnitts D könnte nun ohne Veränderung der Kennliniensteigung nur erreicht werden durch axiale Verlängerung der ersten
Austrittsöffnungen, wodurch sich der Bauraum für den Kolben 7 und der Maximalhub vergrößern würde. Dies ist allerdings nachteilig. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zusätzlich zu den ersten Austrittsöffnungen 19 zweite Austrittsöffhungen 21 vorzusehen. Auf diese Weise kann der maximale
Durchströmungsquerschnitt D ohne Vergrößerung der Baulänge des Kolbens 7 und damit der gesamten Saugdrossel 5 um einen in Figur 6 eingezeichneten Betrag AD erhöht werden. Eine zweite Kennlinie K2 - hier strichliert dargestellt - ist eine Kennlinie eines Kolbens 7, der zwei erste Austrittsöffnungen 19 und zwei zweite Austrittsöffnungen 21 aufweist, die allerdings identisch ausgestaltet und nicht axial relativ zueinander versetzt angeordnet sind. Dabei zeigt sich, dass mit dieser Ausgestaltung zwar ein um dem Betrag AD vergrößerter maximaler Durchströmungsquerschnitt realisiert werden kann, dass zugleich aber in dem
Kleinstmengenregelbereich M eine größere Kennliniensteigung und damit eine verschlechterte Regelbarkeit verwirklicht ist.
Eine dritte Kennlinie K3, die hier strichpunktiert dargestellt ist, ist eine Kennlinie für einen Kolben 7, der zwei erste Austrittsöffnungen 19 sowie zwei zweite Austrittsöffnungen 21 aufweist, wobei alle Austrittsöffnungen dreieckförmig sind, wobei jedoch die zweiten
Austrittsöffnungen 21 gegenüber den ersten Austrittsöffnungen 19 axial versetzt sind, und wobei zusätzlich eine in axialer Richtung ermittelte Veränderungsrate des Querschnitts für die zweiten Austrittsöffnungen 21 größer ist als für die ersten Austrittsöffhungen. Somit entspricht dieses Ausführungsbeispiel des Kolbens 7 dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 4. Dabei zeigt sich, dass in dem Kleinstmengenregelbereich M - aufgrund der Freigabe von ausschließlich den ersten Austrittsöffhungen 19 - dieselbe Kurvensteigung und sogar derselbe Kurvenverlauf realisiert wird wie im Fall der ersten Kennlinie Kl. Dementsprechend weist dieses
Ausführungsbeispiel des Kolbens 7 eine verbesserte Kleinstmengenregelbarkeit im Vergleich zu der zweiten Kennlinie K2 auf. Zugleich wird durch die zweiten Austrittsöff ungen 21 außerhalb des Kleinstmengenregelbereichs M eine größere Kennliniensteigung als bei der ersten Kennlinie Kl verwirklicht, wobei der Durchströmungsquerschnitt D insbesondere bis zu dem im Vergleich zu der ersten Kennlinie Kl um den Betrag AD erhöhten, maximalen Durchströmungsquerschnitt ansteigt. Somit ist insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel derselbe maximale Durchströmungsquerschnitt verwirklicht wie im Fall der zweiten Kennlinie K2, jedoch mit verbesserter Kleinstmengenregelbarkeit.
Eine vierte Kennlinie K4, die hier durchgezogen dargestellt ist, stellt die Kennlinie für ein Ausführungsbeispiel des Kolbens 7 dar, bei welchem die ersten Austrittsöffnungen 19
dreieckförmig ausgebildet sind, wobei die zweiten Austrittsöffnungen 21, die axial relativ zu den ersten Austrittsöffnungen 19 versetzt angeordnet sind, rund, und insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet sind. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht somit dem zweiten, in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel. Dabei zeigt sich, dass die Kennliniensteigung in dem
Kleinstmengenregelbereich M identisch ist zu der ersten Kennlinie Kl und der zweiten
Kennlinie K3, wobei jedoch außerhalb des Kleinstmengenregelbereichs M ein steilerer
Kennlinienverlauf bis zu dem maximalen Durchströmungsquerschnitt, welcher dem der zweiten und dritten Kennlinien K2, K3 entspricht, gegeben ist. Dabei zeigt sich insbesondere, dass der Anstieg der vierten Kennlinie K4 auch in dem Bereich größerer bis größter Fördennengen vergleichsweise linear ist, insbesondere linearer als im Fall aller anderen Kennlinien Kl, K2, K3. Somit hat das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 insbesondere den Vorteil, dass es quasi eine Kennlinie mit zwei vergleichsweise linearen Regelbereichen verschiedener Steigung aufweist, nämlich einen ersten vergleichsweise linearen Kleinstmengenregelbereich M mit geringerer Steigung, sodass eine hervorragende Kleinstmengenregelbarkeit vorliegt, und einen außerhalb des Kleinstmengenregelbereich M gegebenen, linearen Regelbereich für eine
Förderung mittlerer bis großer Fördermengen. Somit ist die Regelbarkeit des zweiten
Ausführungsbeispiels gemäß Figur 5 besonders gut.
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des hier vorgeschlagenen Kolbens 7, der Saugdrossel 5 und der Brennkraftmaschine 1 große Fördermengen ohne Nachteile für eine Kleinstmengenregelung erreichbar sind, und ohne dass der Kolben 7 und damit auch die Saugdrossel 5 in axialer
Richtung verlängert werden müsste, was nachteilig für den Bauraum wäre.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Kolben (7) für eine variable Saugdrossel (5) für eine Fördereinrichtung (3), mit:
- einer einen Hohlraum (11 ) - in Umfangsrichtung gesehen - umgreifenden Wandung (13),
- einer Eintrittsöffhung (15) in den Hohlraum (11), und
- wenigstens einer ersten, die Wandung (13) durchbrechenden Austrittsöffhung (19), gekennzeichnet durch wenigstens eine zweite, die Wandung (13) durchbrechende
Austrittsöffhung (21), die - in axialer Richtung gesehen - zu der ersten Austrittsöffhung (19) versetzt angeordnet ist.
2. Kolben (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Austrittsöffhung (19) und/oder die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung (21) einen - in axialer Richtung gesehen - veränderlichen Querschnitt aufweist/aufweisen.
3. Kolben (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine - in axialer Richtung ermittelte - Veränderungsrate des Querschnitts für die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung (21) größer ist als für die wenigstens eine erste Austrittsöffhung (19).
4. Kolben (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Austrittsöffhung (19) und die wenigstens eine zweite Austrittsöffhung (21) nur einseitig versetzt zueinander angeordnet sind.
5. Kolben (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erste Austrittsöffhung (19) dreieckformig, und/oder wenigstens eine zweite
Austrittsöffhung (21) dreieckförmig, und/oder wenigstens eine erste Austrittsöffhung (19) rund, insbesondere kreisförmig oder oval, und/oder wenigstens eine zweite Austrittsöffhung (21) rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet ist/sind.
6. Kolben (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) zwei erste Austrittsöffhungen (19) und zwei zweite Austrittsöffhungen (21) aufweist, wobei vorzugsweise die ersten Austrittsöffhungen (19) dreieckförmig ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die zweiten Austrittsöffhungen (21) rund, insbesondere kreisförmig oder oval, ausgebildet sind.
7. Saugdrossel (5) für eine Fördereinrichtung (3), wobei die Saugdrossel (5) eine variable Saugdrossel ist, und wobei die Saugdrossel (5) einen Kolben (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
8. Saugdrossel (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) in einer Kolbenführung (9) axial verlagerbar ist, wobei die Kolbenführung (9) eine den Kolben (7) umgreifende Ringnut (23) aufweist, die mit einem Saugleitungsabschnitt (25) für eine
Fördereinrichtung (3) verbunden ist, wobei die Ringnut (23) eine Steuerkante (27) aufweist, relativ zu welcher der Kolben (7) verlagerbar ist, wobei die Austrittsöffnungen (19,21) durch eine Verlagerung des Kolbens (7) relativ zu der Steuerkante (27) nacheinander in Überlappung mit der Ringnut (23) bringbar sind.
9. Saugdrossel (5) nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (9) und der Kolben (7) zylindersymmetrisch ausgebildet sind, wobei die
Eintrittsöffnung (15) vorzugsweise stirnseitig an dem Kolben (7) angeordnet ist.
10. Brennkraftmaschine (1) mit einem Hochdruck-Einspritzsystem, welches einen
Hochdruckspeicher aufweist, und mit einer Hochdruck-Pumpe zur Förderung von Brennstoff unter Hochdruck in den Hochdruckspeicher, wobei die Hochdruck-Pumpe eine Saugdrossel (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugdrossel (5) ausgebildet ist nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
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