-
Stand der
Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen,
insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einem Gehäuse mit einem Einspritz-Ende
mit einer in dem Gehäuse
vorhandenen Ausnehmung, mit mindestens einem axial beweglichen Ventilelement,
das in der Ausnehmung angeordnet ist, mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet
und eine vom Einspritz-Ende abgewandte Druckfläche aufweist, welche einen
Steuerraum axial begrenzt, mit einer Einrichtung, welche das Ventilelement
entgegen der Kraft-Resultierenden der Druckfläche beaufschlagt, und mit einem
Steuerventil, welches über
eine Strömungsdrossel
mit dem Steuerraum verbunden ist, wobei das Schaltventil mindestens
drei Anschlüsse
und mindestens zwei Schaltstellungen aufweist und die Strömungsdrossel
entweder mit einem Hochdruck-Fluideinlass oder mit einem Niederdruck-Fluidauslass
verbindet, wobei die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mindestens
eine zweite Strömungsdrossel
umfasst, welche den Steuerraum ständig mit dem Hochdruck-Fluideinlass
verbindet, wobei die Drosselwirkung der zweiten Strömungsdrossel
stärker
ist als jene der ersten Strömungsdrossel
in einer Richtung vom Steuerraum zum Steuerventil hin.
-
Eine
derartige Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist vom Markt her bekannt.
Bei ihr handelt es sich um einen Common-Rail-Injektor. Bei diesem wird der Steuerraum
durch eine axiale Endfläche
einer Ventilnadel begrenzt. Radial wird der Steuerraum durch ein Hülsenteil
begrenzt, in dessen Wand eine Zulauf-Drossel vorhanden ist. Auf
der der Ventilnadel gegenüberliegenden
Seite wird der Steuerraum durch ein Gehäuseteil begrenzt, in dem eine
Ablauf-Drossel vorhanden ist. Die Zulauf-Drossel ist mit einem Hochdruckzulauf
verbunden, wohingegen die Ablauf-Drossel über ein Steuerventil mit einem
Niederdruckbereich verbunden ist. Die Drosselwirkung der Zulauf-Drossel
ist stärker
als jene der Ablauf-Drossel.
-
An
einer Druckfläche
der Ventilnadel, deren Kraft-Resultierende
entgegengesetzt zur axialen Endfläche der Ventilnadel ausgerichtet
ist, liegt der normale hohe Fluiddruck an. Um die Ventilnadel von ihrem
Ventilsitz im Bereich des Einspritz-Endes abzuheben, wird der Druck
im Steuerraum durch eine entsprechende Schaltung des Steuerventils
abgesenkt. Bei einer ausreichenden Druckdifferenz ergibt sich eine
resultierende Kraft, welche die Ventilnadel von ihrem Ventilsitz
abhebt.
-
Die
DE 198 44 996 A1 zeigt
eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
der eingangs genannten Art, bei der durch ein 3/2-Wegeventil der
Steuerraum wahlweise mit einem Hochdruckanschluss oder einem Niederdruck-Fluideinlass
verbunden werden kann. Zwischen dem Steuerraum und dem 3/2-Wegeventil ist eine
Strömungsdrossel
vorgesehen.
-
Die
GB 2 336 628 zeigt ebenfalls
eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
mit einem 3/2-Wegeventil zwischen Steuerraum und Hochdruck- bzw.
Niederdruckanschluss.
-
Aus
der
JP 07332200 A ist
eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung bekannt, bei der ein Steuerraum über einen
Strömungsweg
mit einem Druckraum verbunden ist, wobei sich der Strömungsweg zum Druckraum
hin erweitert.
-
Die
JP 08232797 A offenbart
einen Kraftstoffinjektor, dessen Steuerraum über einen sich erweiternden
Strömungskanal
mit einem Steuerventil verbunden ist.
-
Aus
der
DE 100 24 703
A1 , der
DE
100 55 714 A1 , und der
EP 0 976 924 A2 sind Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
bekannt, deren Steuerraum einerseits über eine reine Zulaufdrossel
und andererseits über
eine kombinierte Zu- und Ablaufdrossel mit dem Steuerventil verbunden
ist. Bei diesen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
ist zwar ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt
erforderlich, um die zweite Strömungsdrossel
einzubringen, andererseits kann durch diese zweite Strömungsdrossel
die Befüllung
des Steuerraums beschleunigt und somit die Schließgeschwindigkeit
des Ventilelements deutlich erhöht werden.
Gleichzeitig ist nur noch eine Strömungsdrossel zwischen Steuerventil
und Steuerraum erforderlich. Diese arbeitet in der einen Richtung
als Zulauf-Drossel und in der anderen Richtung als Ablauf-Drossel.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie kurze Schaltzeiten
ermöglicht
und ein für
den Gemischaufbau im Brennraum günstiges
Betriebsverhalten zeigt.
-
Diese
Aufgabe wird bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst,
dass die erste Strömungsdrossel
so ausgebildet ist, dass ihre Drosselwirkung in Richtung zum Steuerventil
größer ist
als in Richtung zum Steuerraum.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die
Entleerung des Steuerraums erfolgt erfindungsgemäß deutlich langsamer als die
Wiederbefüllung.
Dies bedeutet wiederum, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
langsamer öffnet
als sie schließt.
Ein derartiges Öffnungs-/Schließverhalten ist
günstig
für den
Gemischaufbau im Brennraum der Brennkraftmaschine.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
-
Eine
einfache Möglichkeit
zur Gestaltung der richtungsabhängigen
Drosselwirkung besteht darin, dass die Strömungsdrossel an ihren Enden
jeweils eine trompetenförmige
Erweiterung aufweist und sich die Krümmung und/oder der Krümmungsverlauf
der trompetenförmigen
Erweiterung des einen Endes von jener des anderen Endes unterscheidet.
-
Besonders
bevorzugt ist dabei, wenn die trompetenförmige Erweiterung am dem Steuerraum zugewandten
Ende der Strömungsdrossel
stärker gekrümmt ist
als jene Erweiterung am dem Steuerventil zugewandten Ende.
-
Alternativ
oder zusätzlich
kann auch vorgesehen sein, dass die Strömungsdrossel so ausgebildet
ist, dass beim Ausströmen
des Fluids aus dem Steuerraum stromabwärts der Strömungsdrossel Kavitation austritt.
Durch eine derartige Kavitation erhöht sich der Strömungswiderstand
beim Ausströmen
des Fluids aus dem Steuerraum in Richtung auf das Steuerventil,
was zu einer Erhöhung
des Druckabfalls über
die Strömungsdrossel
führt.
Dies verringert wiederum den Druck auf der der Strömungsdrossel
zugewandten Seite des Steuerventils. Der Druckabfall über das
Steuerventil selbst ist somit geringer, sodass Toleranzen des Strömungsspaltes
im Steuerventil weniger ins Gewicht fallen. Aus diesem Grund kann
ein einfachereres und preiswerteres Steuerventil zum Einsatz kommen.
-
Um
eine solche Kavitation erzeugen zu können, ist es vorteilhaft, wenn
die Strömungsdrossel
in Längsrichtung
gesehen konische Form hat, wobei ihr Querschnitt am dem Steuerraum
zugewandten Ende kleiner ist als am dem Steuerventil zugewandten
Ende.
-
Die
Ausbildung einer Kavitation kann dadurch verstärkt werden, dass am Auslass
der Strömungsdrossel
zum Steuerventil hin ein Diffusor angeordnet ist.
-
Besonders
bevorzugt ist jene Kraftstoff-Einspritzvorrichtung bei welcher das
Steuerventil einen Piezo-Aktor aufweist. Ein solcher Piezo-Aktor
arbeitet sehr schnell.
-
Ferner
wird vorgeschlagen, dass am Ventilelement eine zweite Druckfläche vorhanden
ist, deren Kraft-Resultierende im wesentlichen entgegen der Kraft-Resultierenden
der ersten Druckfläche
ausgerichtet ist und welche einen Druckraum begrenzt, der mit dem
Hochdruck-Fluideinlass verbunden ist. Mit dieser erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
erfolgt also die Beaufschlagung des Ventilelements in Öffnungsrichtung
durch eine Kraft, welche aus der Druckbeaufschlagung einer Druckfläche am Ventilelement
mit Hochdruck resultiert. Hier sind also keine mechanischen Elemente,
beispielsweise Federn etc., erforderlich, welche die für das Abheben des
Ventilelements vom Ventilsitz erforderliche Kraft aufbringen. Dies
hat günstige
Auswirkungen auf die Herstellkosten einerseits und auf die Lebensdauer andererseits
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung.
-
In
einer hierauf aufbauenden Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass
der Druckraum über
einen in das Gehäuse
eingebrachten Strömungskanal
mit dem Hochdruck-Fluideinlass verbunden ist, und die zweite Strömungsdrossel
von diesem Strömungskanal
abzweigt. Die Herstellung der Fluidverbindung vom Hochdruck-Fluideinlass über den
zweiten Strömungskanal
und die zweite Strömungsdrossel
ist besonders einfach realisierbar.
-
Die
Erfindung betrifft auch ein Kraftstoffsystem mit einem Kraftstoffbehälter, mit
mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung,
welche den Kraftstoff direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
einspritzt, mit mindestens einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und mit
einer einer Kraftstoffsammelleitung, an die die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
angeschlossen ist.
-
Um
ein solches Kraftstoffsystem insgesamt preiswerter und einfacher
herstellen zu können,
wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach
der obengenannten Art ausgebildet ist.
-
Ferner
betrifft die Erfindung noch eine Brennkraftmaschine mit mindestens
einem Brennraum, in den der Kraftstoff direkt eingespritzt wird.
-
Um
die Kosten für
diese Brennkraftmaschine möglichst
gering zu halten und Herstellung und Aufbau zu vereinfachen, wird
vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine ein Kraftstoffsystem
der obengenannten Art aufweist.
-
Zeichung
-
Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
-
1: ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
für Brennkraftmaschinen;
-
2: eine Darstellung eines
Details II von 1;
-
3: eine Darstellung ähnlich 2 einer alternativen Ausführung des
Bereichs II von 1;
-
4: eine Darstellung ähnlich 1 eines dritten Ausführungsbeispiels
einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung;
und
-
5: eine Prinzipdarstellung
einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem und mehreren
Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen entsprechend 1.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
In 1 trägt eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
insgesamt das Bezugszeichen 10. Bei ihr handelt es sich
um einen Common-Rail-Injektor, welcher für die direkte Einspritzung
hochverdichteten Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
verwendet wird. Als Kraftstoff kommt Diesel ebenso wie Benzin in
Frage. Der Injektor 10 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 12.
Das Gehäuse 12 umfasst einen
Düsenkörper 14 und
eine Zwischenscheibe 16. Der Düsenkörper 14 und die Zwischenscheibe 16 sind über eine
in der Zeichnung nicht dargestellte Düsenspannmutter gegeneinander
verspannt.
-
Das
in 1 untere Ende des
Düsenkörpers 14 ist
als Einspritz-Ende 18 ausgebildet. Im Düsenkörper 14 verläuft in dessen
Längsrichtung
eine Ausnehmung 20. Diese hat die Form einer Stufenbohrung
und endet im Einspritz-Ende 18. Am Einspritz-Ende 18 sind
mehrere über
den Umfang des Einspritz-Endes 18 verteilt angeordnete
Kraftstoff- Austrittsöffnungen 22 vorhanden.
-
In
der Ausnehmung 20 im Düsenkörper 14 ist ein
Ventilelement 24 angeordnet. Bei ihm handelt es sich um
eine Ventilnadel, welche koaxial zur Ausnehmung 20 verläuft und
axial beweglich ist. Die Ventilnadel 24 arbeitet mit einem
Ventilsitz (ohne Bezugszeichen) im Bereich des Einspritz-Endes 18 zusammen.
-
Die
Düsennadel
weist mehrere Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser auf:
In 1 ist ein unterer Abschnitt 26 mit
kleinerem Durchmesser und ein oberer Abschnitt 28 mit größerem Durchmesser
sichtbar. Die beide Abschnitte 26 und 28 sind
durch eine Stufe getrennt, welche eine schräge Druckfläche 30 bildet. Der
obere Abschnitt 28 mit größerem Durchmesser wird axial
nach oben durch eine Druckfläche 32 begrenzt.
Die Druckfläche 32 begrenzt
axial einen Steuerraum 34. Die Kraft-Resultierenden der
Druckflächen 30 und 32 sind
in 1 durch gestrichelte
Pfeile gezeichnet. Sie tragen die Bezugszeichen 31 und 33.
-
Nach
oben hin wird der Steuerraum 34 durch die Zwischenscheibe 16 begrenzt.
Vom Steuerraum 34 führt
ein Strömungskanal 36 durch
die Zwischenscheibe 16 hindurch zu einem Steuerventil 38.
Der Strömungskanal 36 umfasst
einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser, welcher als Strömungsdrossel 40 ausgebildet
ist (vgl. 2). Die Strömungsdrossel 40 mündet zum
Steuerventil 38 hin in einen Abschnitt mit größerem Durchmesser,
welcher einen Diffusor 42 bildet.
-
An
ihren Enden weist die Strömungsdrossel 40 jeweils
eine trompetenförmige
Erweiterung 44 bzw. 46 auf. Die trompetenförmige Erweiterung 44, welche
zum Diffusor 42 hin zeigt, ist dabei stärker gekrümmt als die trompetenförmige Erweiterung 46,
die an dem dem Steuerraum 34 zugewandten Ende der Strömungsdrossel 40 vorhanden
ist.
-
Bei
dem Steuerventil 38 handelt es sich um ein 3/2-Schaltventil. Es
weist also drei Anschlüsse und
zwei Schaltstellungen 47 und 49 auf. Auf der einen
Seite ist es, wie bereits oben ausgeführt wurde, an den Strömungskanal 36 angeschlossen.
Auf der anderen Seite ist es an einen Hochdruck-Fluideinlass 48 und
an einen Niederdruck-Fluidauslass 50 angeschlossen.
Betätigt
wird das Steuerventil 38 durch einen Piezo-Aktor 52.
-
Das
in der Zeichnung nicht dargestellte Ventilelement des Steuerventils 38 ist
im Allgemeinen kugelförmig.
Es arbeitet üblicherweise
mit entsprechenden konischen Ventilsitzen zusammen. Möglich ist aber
auch ein Steuerventil, welches beispielsweise ein tellerförmiges Ventilelement
aufweist. Die Schaltstellungen 47 und 49 des Steuerventils 38 sind
derart, dass in der Ruhestellung 47 der Strömungskanal 36 mit
dem Hochdruck-Fluideinlass 38 verbunden ist, wohingegen
in der betätigten
Schaltstellung 49 der Strömungskanal 36 mit
dem Niederdruck-Fluidauslass 50 verbunden ist.
-
Die
Zwischenscheibe 16 und der Düsenkörper 14 werden in
Längsrichtung
des Injektors 10 ferner von einem weiteren Strömungskanal 54 durchsetzt.
Dieser ist an seinem in 1 oberen
Ende ständig
mit dem Hochdruck-Fluideinlass 48 verbunden. Das in 1 untere Ende des Strömungskanals 54 mündet in
einen Ringraum 56. Dieser ist durch eine entsprechende
Ausgestaltung der Ausnehmung 20 zwischen dem Düsenkörper 14 und
der Ventilnadel 24 auf Höhe der schrägen Druckfläche 30 gebildet. Vom
Ringraum 56 erstreckt sich zwischen dem Düsenkörper 14 und
der Ventilnadel 24 bis zum Einspritzende 18 ein
weiterer Ringraum 58.
-
Der
in 1 dargestellte Injektor 10 arbeitet folgendermaßen:
Bei
geschlossenem Injektor 10 ist das Steuerventil 38 in
der in 1 dargestellten
Ruhestellung 47. In diesem Fall herrscht im Steuerraum 34 der
volle Systemdruck des Hochdruck-Fluideinlasss 48, welcher auch
im Strömungskanal 54,
im Ringraum 56 und im Ringraum 58 herrscht. Dieser
Druck wirkt einerseits auf die Druckfläche 32 am oberen Ende
der Ventilnadel 24. Andererseits wirkt der Druck auch auf
die schräge
Druckfläche 30 der
Ventilnadel 24 auf Höhe des
Ringraumes 56. Da die Druckfläche 32 am oberen Ende
der Ventilnadel 24 größer ist
als die Druckfläche 30,
ist die entsprechende Kraft-Resultierende (Pfeil 33) größer als
die entgegengesetzte Kraft-Resultierende 31. Die Ventilnadel 24 wird
somit gegen das Einspritz-Ende 18 des Düsenkörpers 14 gedrückt. Die
Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 sind
in dieser Stellung vom Ringraum 58 getrennt, sodass kein
Kraftstoff austreten kann.
-
Um
mit dem Injektor 10 eine Einspritzung durchzuführen, wird
das Steuerventil 38 in seine zweite Schaltstellung 49 bewegt.
Dies geschieht durch den Piezo-Aktor 52. Nun ist der Strömungskanal 36 mit
dem Niederdruck-Fluidauslass 50 verbunden. Somit strömt der Kraftstoff
aus dem Steuerraum 34 durch die Strömungsdrossel 40, den
Diffusor 42 und das Steuerventil 38 hindurch zum
Niederdruck-Fluidauslass 50. Somit sinkt der Druck im Steuerraum 34.
Gleichzeitig liegt jedoch im Ringraum 56 weiterhin der
volle Systemdruck an, welcher auch auf die schräge Druckfläche 30 an der Ventilnadel 24 wirkt.
-
Sobald
die entsprechende Kraft-Resultierende 31, welche in Öffnungsrichtung
wirkt, größer ist
als die Kraft-Resultierende 33,
welche in Schließrichtung wirkt,
hebt die Ventilnadel 24 vom Ventilsitz im Bereich des Einspritz-Endes 18 ab
und verbindet so die Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 mit
dem Ringraum 58. Jetzt kann Kraftstoff aus den Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 austreten.
-
Die
Geschwindigkeit des Druckabfalls im Steuerraum 34 wird
dabei durch die Ausbildung der trompetenförmigen Erweiterungen 44 und 46 an
den jeweiligen axialen Enden der Strömungsdrossel 40 bestimmt.
Der Druckabfall erfolgt dabei – vergleichsweise – langsam,
sodass auch die Ventilnadel 24 relativ langsam öffnet. Dies
ist für
die Ausbildung eines verbrennungs- und emissionsoptimalen Kraftstoffstrahles,
welcher aus den Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 austritt,
vorteilhaft.
-
Um
eine Einspritzung zu beenden, wird der Piezo-Aktor 52 wieder
stromlos geschaltet. Hierdurch bewegt sich das Steuerventil 38 in
seine Ruhestellung 47 zurück, welche in 1 dargestellt ist. Nun strömt der Kraftstoff
vom Hochdruck-Fluideinlass 48 durch das Steuerventil 38,
den Diffusor 42 und die Strömungsdrossel 40 in
den Steuerraum 34 zurück. Somit
erhöht
sich der Druck im Steuerraum 34. Sobald die Größe der Kraft-Resultierenden 33 die
Größe der in
entgegengesetzter Richtung ausgerichteten Kraft-Resultierenden 31 übersteigt,
wird die Ventilnadel 24 wieder gegen den Ventilsitz im
Bereich des Einspritz-Endes 18 gedrückt und somit die Verbindung
zwischen den Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 und dem
Ringraum 58 unterbrochen.
-
Die
Schließgeschwindigkeit
der Ventilnadel 24 wird dabei durch die Geschwindigkeit
bestimmt, mit welcher sich der Druck im Steuerraum 34 erhöht. Diese
Geschwindigkeit hängt
wiederum von der Strömungsgeschwindigkeit
des Kraftstoffes durch die Strömungsdrossel 44 hindurch
ab. Da die Krümmung der
trompetenförmigen
Erweiterung 44, welche dem Steuerventil 38 zugewandt
ist, größer ist
als die Krümmung
der trompetenförmigen
Erweiterung 44, welche am dem Steuerraum 34 zugewandten
Ende der Strömungsdrossel 40 angeordnet
ist, ist der Strömungswiderstand
des Kraftstoffes in Strömungsrichtung
zum Steuerraum 34 hin geringer als in umgekehrter Richtung.
-
Der
Druckaufbau im Steuerraum 34, welcher zum Schließen der
Ventilnadel 24 erforderlich ist, erfolgt also schneller
als der Druckabfall, welcher zum Öffnen der Ventilnadel 24 erforderlich
ist. Durch die entsprechende Ausbildung der trompetenförmigen Erweiterungen 44 und 46 kann
somit die für
eine verbrauchs- und emissionsoptimale Verbrennung erforderliche Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeit
der Ventilnadel 24 eingestellt werden. Dabei ist nur eine einzige
Strömungsdrossel 40 erforderlich.
-
In 3 ist der Bereich der Strömungsdrossel 40 eines
zweiten Ausführungsbeispiels
eines Injektors 10 dargestellt. Solche Teile und Bereiche,
welche äquivalente
Funktionen zu Teilen und Bereichen des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels
aufweisen, tragen die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals
im Detail erläutert.
-
Der
wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen betrifft die
geometrische Ausbildung der Strömungsdrossel 40.
Während bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
an den jeweiligen axialen Enden der Strömungsdrossel 40 trompetenförmige Erweiterungen
vorhanden waren, sind bei der in 3 dargestellten
Strömungsdrossel 40 derartige
trompetenförmige
Erweiterungen nicht vorgesehen. Stattdessen hat die Strömungsdrossel 40 in
Längsrichtung
gesehen konische Form. Dabei ist der Querschnitt der Strömungsdrossel 40 an
dem dem Steuerraum 34 zugewandten Ende größer als
an dem dem Steuerventil 38 zugewandten Ende.
-
Wie
auch bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel,
mündet
die Strömungsdrossel 40 zum
Steuerventil 38 hin in den Diffusor 42. Wenn das
Steuerventil 38 betätigt
wird, sodass der Steuerraum 34 mit dem Niederdruck-Fluidauslass 50 verbunden
ist, strömt
der Kraftstoff aus dem Steuerraum 34 über die Strömungsdrossel 40 in
den Diffusor 42. Aufgrund der schlagartigen Querschnittserweiterung
von der Strömungsdrossel 40 zum
Diffusor 42 sinkt der Druck im Kraftstoff schlagartig,
sodass im Kraftstoff in diesem Bereich Kavitationsblasen entstehen.
-
Das
Auftreten von Kavitation erhöht
den Strömungswiderstand,
sodass die Entleerung des Steuerraums 34 und die entsprechende Öffnungsbewegung
der Ventilnadel 24 nur relativ langsam erfolgen. In umgekehrter
Strömungsrichtung,
also vom Steuerventil 38 zum Steuerraum 34 hin,
tritt eine solche Kavitation nicht auf. Der Kraftstoff kann somit vom
Hochdruck-Fluideinlass 48 in den Steuerraum 34 schneller
strömen
als in umgekehrter Richtung aus dem Steuerraum 34 heraus
zum Niederdruck-Fluidauslass 50 hin.
-
Der
bei einer Fluidströmung
vom Steuerraum 34 zum Steuerventil 38 hin erfolgende
starke Druckabfall im Übergang
zwischen Strömungsdrossel 40 und
Diffusor 42 hat noch einen weiteren positiven Effekt: Aufgrund
dieses starken Druckabfalls herrscht auf jener Seite des Steuerventils 38,
welche zum Steuerraum hin 34 gewandt ist, bei betätigtem Steuerventil 38 bereits
ein relativ niedriger Druck. Der Druckabfall über das Steuerventil 38 hinweg
ist somit nur noch relativ gering. Insoweit haben Fertigungstoleranzen
beispielsweise am Ventilelement (nicht dargestellt) des Steuerventils 38,
wenn überhaupt,
nur noch einen geringen Einfluss auf die Geschwindigkeit, mit welcher
der Druck im Steuerraum 34 abfällt.
-
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Injektors 10 dargestellt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
gilt, dass solche Teile und Bereiche, welche funktionsäquivalent
zu Teilen und Bereichen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele sind, die gleichen
Bezugszeichen tragen und nicht nochmals im Detail erläutert sind.
-
Im
Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen zweigt von
dem zweiten Strömungskanal 54 eine
zweite Strömungsdrossel 59 ab. Über diese
zweite Strömungsdrossel 59 ist
der Steuerraum 34 ständig
mit dem Hochdruck-Fluideinlass 48 verbunden.
Querschnitt und Länge
der zweiten Strömungsdrossel 59 sind
so bemessen, dass ihre Drosselwirkung stärker ist als jene der ersten
Strömungsdrossel 40 in
einer Richtung vom Steuerraum 34 zum Steuerventil 38 hin.
Hierdurch wird gewährleistet,
dass der Kraftstoff aus dem Steuerraum 34 bei betätigtem Steuerventil 38 schneller
durch die erste Strömungsdrossel 40 abströmen kann
als Kraftstoff durch die zweite Strömungsdrossel 59 in den
Steuerraum 34 nachströmen
kann.
-
Ein
weiterer Unterschied betrifft die Ausbildung der Strömungsdrossel 40.
Diese ist bei dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
eines Injektors 10 ohne irgendwelche trompetenförmigen Erweiterungen
und auch nicht konisch, sondern als linearer und gleichförmiger Strömungskanal
ausgebildet.
-
Bei
dem in 4 dargestellten
Injektor 10 stehen für
das Befüllen
des Steuerraums 34, welches zum Schließen des Ventilelements 24 erforderlich
ist, die Strömungsdrossel 40 und
die Strömungsdrossel 59 zur
Verfügung.
Das Befüllen
des Steuerraums 34 erfolgt daher sehr schnell, sodass auch
das Ventilelement 24 sehr schnell von der geöffneten
in die geschlossene Position gebracht und die Abgabe von Kraftstoff
aus dem Injektor 10 beendet wird. Selbstverständlich ist
es aber auch möglich,
die Strömungsdrossel 40 in
der in den 1 bis 3 dargestellten Weise auszubilden.
-
In 5 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 60 dargestellt.
Sie umfasst ein Kraftstoffsystem 62. Dieses weist wiederum
einen Kraftstoffbehälter 64 auf,
aus dem eine elektrische Niederdruck-Kraftstoffpumpe 66 den
Kraftstoff zu einer motorgetriebenen Hochdruckpumpe 68 fördert. Von
dieser gelangt der Kraftstoff in eine Kraftstoff-Sammelleitung 70.
Diese wird gemeinhin auch als "Rail" bezeichnet. Sie
führt zu
dem oben erwähnten
Hochdruck-Fluideinlass 48. An die Kraftstoff-Sammelleitung 70 sind
mehrere Injektoren 10 angeschlossen, die entsprechend den 1 und 2 bzw. 1 und 3 ausgebildet sind. Die Injektoren 10 spritzen
jeweils den Kraftstoff (Diesel oder Benzin) direkt in Brennräume 72 ein.
Von einem Niederdruck-Auslass 50 der Injektoren 10 führt jeweils
eine Kraftstoffleitung 73 zurück zum Kraftstoffbehälter 64.
-
Es
sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Kombination der
in den 1 und 4 gezeigten Ausführungen
besonders vorteilhaft ist.