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