Titel

Schaltventil für einen Kraftstoffinjektor

Stand der Technik

Kraftstoff injektoren, wie sie vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise aus der DE 198 59 537. Bei Einspritzsystemen, die nach dem sogenannten Common-Rail-Prinzip arbeiten, wird mittels einer Hochdruckpumpe verdichteter Kraftstoff in einem Rail zur Verfügung gestellt und mittels der Kraftstoffinjektoren in die jeweiligen Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Einspritzung wird mittels einer im Kraftstoffinjektor angeordneten Düsennadel gesteuert, die eine Längsbewegung ausführt und dadurch eine oder mehrere Einspritzöffnungen öffnet und schließt. Die Düsennadel wird über hydraulische Kräfte bewegt, die aufgrund eines Druckes in einem Steuerraum auf die Düsennadel wirken. Durch Änderung des Drucks im Steuerraum und damit der Schließkraft auf die Düsennadel kann die Längsbewegung der Düsennadel gezielt gesteuert werden. Für die Öffnungsbewegung der Düsennadel wird der Druck im Steuerraum mittels eines Schaltventils abgesenkt, indem eine hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerraum und einem Niederdruckraum geöffnet wird, wobei die hydraulische Verbindung als Drossel ausgebildet ist.

Aus der DE 198 59 537 ist auch bekannt, dass durch eine Kombination von Drossel und Diffusor als hydraulische Verbindung eine besonders vorteilhafte Einspritzverlaufs- formung erzielt werden kann. Aufgrund der immer weiter steigenden Anforderungen bzgl. des Hochdrucks des einzuspritzenden Kraftstoffs steigt auch der im Steuerraum anliegende Hochdruck und damit auch der über die Drossel abzusteuernde Hochdruck. Dadurch erhöht sich das Risiko von Kavitationsschäden in Drossel und nachfolgender Strömungsgeometrie aufgrund zunehmender Dampfblasenbildung im abgesteuerten

Kraftstoff. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltventil mit einer hydraulischen Verbindung zum Absteuern des Kraftstoffs vom Steuerraum in den Niederdruckraum zu schaffen, bei dem innerhalb der hydraulischen Verbindung möglichst wenige Kavitationsschäden entstehen.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Schaltventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt selbst bei sehr hohen Drücken zum einen eine besonders vorteilhafte Einspritz- verlaufsformung und zum anderen wird das Auftreten von Kavitationsschäden minimiert.

Dazu umfasst das Schaltventil eines Kraftstoffinjektors für Brennkraftmaschinen ein Ventilstück mit einem Ventilsitz sowie einen mit dem Ventilsitz zusammenwir- kenden, hubbeweglichen Ventilschließanker, wobei im Ventilstück eine Abiaufbohrung mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet ist. Die Abiaufbohrung umfasst einen als Drossel dienenden ersten Bereich mit einem Durchmesser di, einen als Diffusor dienenden zweiten Bereich und einen als nachfolgende Strömungsgeometrie dienenden dritten Bereich mit einem Durchmesser d ₃ . Der zweite Bereich weist wenigstens einen Abschnitt mit einem Durchmesser d ₂ auf und es gilt di < d ₂ < d ₃ . Der als nachfolgende Strömungsgeometrie dienende dritte Bereich B ₃ besitzt eine Länge l ₃ , wobei für das Verhältnis l ₃ /d ₃ gilt: 2 < l ₃ /d ₃ < 4, vorzugsweise ist l ₃ /d ₃ etwa gleich 2,5. Vorteilhafterweise besitzt die nachfolgende Strömungsgeometrie einen Durchmesser d ₃ von 1 ,0 mm bis 1 ,5 mm, vorzugsweise etwa 1 ,3 mm. Der Durchmesser d ₃ ist nur etwas kleiner ausgeführt als der Durchmesser des Ventilsitzes, so dass die wandnahen Bereiche in möglichst großer Entfernung zur Strömungsachse liegen und das Implodieren der Kavitationsblasen zu keinen bzw. nur zu minimalen Kavitationsschäden führt.

Vorteilhafterweise besitzt die Drossel eine Länge von ca. 0,80 mm und einen Durchmesser di von ca. 0,25 mm. Der Drosseldurchmesser di von ca. 0,25 mm führt zu einer besonders günstigen Einspritzverlaufsformung, speziell während der Öffnungshubbewegung der Düsennadel. Bevorzugt ist das Längen-

Durchmesser-Verhältnis di der Drossel größer als 3, um Verwirbelungen der Kraftstoffströmung in den nachfolgenden Bereichen zu vermeiden bzw. zu reduzieren. So ergibt sich eine optimierte Drossellänge von ca. 0,80 mm.

In einer vorteilhaften Ausführung weist der Diffusor einen zweiten Abschnitt mit dem Durchmesser d _2b auf. Dadurch ist der Diffusor als Doppeldiffusor ausgebildet, mit einem sich an die Drossel anschließenden ersten Diffusor mit Durchmesser d ₂ bzw. d _2a und einem zweiten Diffusor mit Durchmesser d _2b , wobei d _2b > d _2a ist. Durch den Einsatz eines Doppeldiffusors wird die Strömung in der gesamten Abiaufbohrung vorteilhaft gestaltet: Verwirbelungen werden reduziert und das Implodieren der Dampfblasen in wandnahen„Totwassergebieten" - also Gebieten mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit, meist an Innenkanten - weitestmöglich vermieden.

Vorteilhafterweise ist der Durchflussquerschnitt des zweiten Diffusors etwa doppelt so groß wie der Durchflussquerschnitt des ersten Diffusors. Dadurch wird der aufgrund der Drosselung ungünstig hohe μ-Wert (Wasserdampfdiffusionswider- stand) wieder gesenkt.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist der erste Diffusor eine Länge l _2a auf und besitzt ein Längen-Durchmesser-Verhältnis l _2a /d _2a von etwa 1 . Dieses Verhältnis erzielt den besten Kompromiss aus Strömungsbild, Durchflussmenge, Reduzierung des μ-Wertes und Auftreten von Kavitation.

Analog dazu weist vorteilhaft auch der zweite Diffusor eine Länge l _2b auf und besitzt ein Längen-Durchmesser-Verhältnis l _2b /d _2b von etwa 1 .

In bevorzugter Weise besitzt der erste Diffusor einen Durchmesser d _2a von etwa 0,35 mm. Im Bereich des Doppeldiffusors ist es für eine Durchmessererweiterung besonders günstig, wenn sich der Durchflussquerschnitt pro Stufe ca. verdoppelt. So wird die Kraftstoffströmung mit möglichst nur geringen Verwirbelungen geführt bei gleichzeitig optimierter Druckrückgewinnung. Mit einem Drosseldurchmesser di von etwa 0,25 mm ergibt sich so für den Durchmesser d _2a des ersten Diffusors etwa 0,35 mm.

Analog dazu beträgt der Durchmesser des zweiten Diffusors d _2b etwa 0,50 mm. Bevorzugterweise ist das Schaltventil als ein im Wesentlichen druckausgeglichenes Ventil ausgebildet. Dadurch können hohe Schaltgeschwindigkeiten erzielt werden und das Schaltventil ist somit sehr gut für Mehrfacheinspritzungen geeignet.

Vorteilhaft ist das Schaltventil als Magnetventil ausgebildet. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Schaltventils, besonders die Nähe von Ablaufdrossel zu Ventilsitz, begünstigt eine elektromagnetische Anregung des Ventilschließankers. Eine Druckübersetzung mit einer zusätzlichen Drosselstelle kann so entfallen.

Zeichnungen

Fig.1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltventil im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Fig.2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Fig.1 mit dem Ventilstück des Schaltventils, wobei eine im Ventilstück ausgebildete Abiaufbohrung genauer dargestellt ist.

Beschreibung

Fig.1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltventil 10, das hier in einem Kraftstoffinjektor 100 verwendet wird. Der Kraftstoffinjektor 100 weist ein Gehäuse auf, das einen Düsenkörper 2 und ein mit dem Düsenkörper 2 verschraubtes Ventilgehäuse 40 umfasst. In dem Düsenkörper 2 ist ein unter Hochdruck stehender Druckraum 3 ausgebildet, der im Betrieb mit einer nicht dargestellten unter Hochdruck stehenden Kraftstoffquelle, typischerweise einem Common-Rail, verbunden ist. Im Druckraum 3 ist längsverschiebbar eine in einer Hülse 6 geführte Düsennadel 4 angeordnet, die zum Öffnen und Schließen von nicht dargestellten Einspritzöffnungen dient, die in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine münden.

Im Ventilgehäuse 40 ist ein Ventilstück 11 angeordnet, das an einer Schulter im Ventilgehäuse 40 anliegt und bis in den Druckraum 3 ragt. Die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel 4 wird über den Druck in einem Steuerraum 5 gesteuert. Der Steuerraum 5 wird durch die Düsennadel 4, die Hülse 6 und das Ventilstück 11 begrenzt. In der Hülse 6 ist eine Zulaufboh- rung 7 ausgebildet, die den Druckraum 3 mit dem Steuerraum 5 verbindet. Im Ventilstück 11 ist eine Abiaufbohrung 30 ausgebildet, die den Steuerraum 5 schaltbar mit einem Niederdruckraum 50 verbindet, der im Ventilgehäuse 40 ausgebildet ist. Ventilstück 6 und Hülse 11 können in anderen Ausführungsformen auch einteilig als großes Ventilstück 6, 11 ausgeführt werden, so dass die Düsennadel 4 im Ventilstück 6, 11 geführt wird und sowohl Zulaufborhung 7 als auch Abiaufbohrung 30 im Ventilstück 6, 11 ausgebildet sind.

Im Ventilgehäuse 40 ist ein Schaltventil 10 angeordnet, das neben dem Ventilstück 11 einen Elektromagnet 42, einen Ventilschließanker 20 und einen Ventilbolzen 44 umfasst. Im Ventilgehäuse 40 sind das Ventilstück 11 und der Elekt- romagnet 42 unter Zwischenlage einer Ventilhülse 41 durch eine Spannschraube

43 fest verspannt. Mit der Spannschraube 43 ist der Ventilbolzen 44 fest verbunden, auf dem axial verschiebbar der Ventilschließanker 20 in einer in ihm ausgebildeten Ankerbohrung 21 geführt ist. So wird ein quasi druckausgeglichenes Schaltventil 10 durch den starr angeordneten Ventilbolzen 44 realisiert.

Der Ventilschließanker 20 wird durch die Kraft einer Feder 45, die zwischen Ventilbolzen 44 und Ventilschließanker 20 angeordnet ist, gegen einen am Ventilstück 11 ausgebildeten Ventilsitz 12 gedrückt. Der Durchmesser des Ventilsitzes 12 und der Durchmesser des Ventilbolzens 44 sind nahezu gleich groß. Dadurch sind die hydraulischen Kräfte auf den Ventilschließanker 20 in axialer Richtung nahezu Null, das Schaltventil 10 ist quasi druckausgeglichen. Konstruktiv kann das zum Beispiel durch eine gestufte Ankerbohrung 21 umgesetzt werden.

Der Niederdruckraum 50 ist hydraulisch mit dem unter Niederdruck stehenden Rücklaufsystem des Kraftstoff! njektors 100 verbunden.

Die Abiaufbohrung 30 unterteilt sich vom Steuerraum 5 zum Niederdruckraum 50 in drei Bereiche: einen als Drossel 31 dienenden ersten Bereich, einen als Diffu- sor 32 dienenden zweiten Bereich und einen als nachfolgende Strömungsgeo- metrie 33 dienenden dritten Bereich. Der Durchflussquerschnitt der Drossel 31 ist dabei geringer als der Durchflussquerschnitt des Diffusors 32, welcher wiederum geringer ist als der Durchflussquerschnitt der nachfolgenden Strömungsgeometrie 33.

Fig.2 zeigt eine detaillierte Darstellung der Abiaufbohrung 30 im Ventilstück 11. Die Drossel 31 ist steuerraumnah im ersten Bereich angeordnet und besitzt eine Länge und einen kreisrunden Durchflussquerschnitt mit dem Durchmesser di. Vorteilhaft ist ihr Längen-Durchmesser-Verhältnis di ~ 3. An die Drossel 31 schließt sich der Diffusor 32 mit der Länge l ₂ im zweiten Bereich an, der in der dargestellten Ausführungsform als Doppeldiffusor 32 ausgebildet ist und einen größeren Durchflussquerschnitt als die Drossel 31 aufweist: Der Doppeldiffusor

32 besteht aus einem drosselnahen ersten Diffusor 32a mit der Länge l _2a und einem zweiten Diffusor 32b mit der Länge l _2b , wobei der zweite Diffusor 32b mit dem Durchmesser d _2b einen größeren Durchflussquerschnitt besitzt als der erste Diffusor 32a mit dem Durchmesser d _2a . An den Doppeldiffusor 32 schließt sich niederdruckraumnah die nachfolgende Strömungsgeometrie 33 des dritten Bereichs an; sie weist die Länge l ₃ und den Durchmesser d ₃ auf.

Alle drei Bereiche der Abiaufbohrung 30 sind durch kreisrunde Durchflussquerschnitte gekennzeichnet. Dabei gilt, dass sich die Durchflussquerschnitte von der Steuerraumseite zur Niederdruckraumseite stets erweitern: d _x < d ₂ < d ₃ für eine Abiaufbohrung 30 mit einfachem Diffusor 32

d _\ < d _2a <d ₂ b ^< d ₃ für eine Abiaufbohrung 30 mit Doppeldiffusor 32a & 32b

Die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Durchflussquerschnitten - also von Drossel 31 zu erstem Diffusor 32a, von erstem Diffusor 32a zu zweitem Diffusor 32b und von zweitem Diffusor 32b zur nachfolgenden Strömungsgeometrie

33 - werden durch Fasen ausgestaltet, die abgerundet sein können. Vorzugsweise besitzen die Übergänge von Drossel 31 zu erstem Diffusor 32a und von erstem Diffusor 32a zu zweitem Diffusor 32b je eine 45°-Fase und der Übergang von zweitem Diffusor 32b zur nachfolgenden Strömungsgeometrie 33 eine 30°- Fase.

Die Funktionsweise des Schaltventils 10 ist wie folgt: Vor Beginn des Einspritzvorgangs sind die Düsennadel 4 und das Schaltventil 10 geschlossen, es strömt kein Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Geschlossenes Schaltventil 10 bedeutet, dass der Ventilschließanker 20 gegen den Ventilsitz 12 gedrückt ist und diesen abdichtet. Der Steuerraum 5 steht unter Hochdruck, der in etwa dem Hochdruck des Common-Rails entspricht. Zu Beginn des Einspritzvorgangs wird der Elektromagnet 42 elektrisch angesteuert und übt dadurch eine anziehende Kraft auf den Ventilschließanker 20 aus. Daraufhin führt der Ventilschließanker 20 eine Hubbewegung entgegen der Kraft der Feder 45 in Richtung des Elektromagneten 42 aus und hebt sich so vom Ventilsitz 12 ab. Der Steuerraum 5 ist jetzt über die Abiaufbohrung 30 mit dem Niederdruckraum 50 verbunden. Kraftstoff fließt daraufhin aus dem Steuerraum 5 in den Niederdruckraum 50, was auch als Absteuerung des Kraftstoffs bezeichnet wird. Der Druck im Steuerraum 5 sinkt, da mehr Kraftstoff über die Abiaufbohrung 30 abgesteuert wird als über die Zulaufbohrung 7 zufließt. Im gleichen Maße wie der Druck im Steuerraum 5 sinkt auch die resultierende hyd- raulische Kraft auf die Düsennadel 4 in Richtung der Einspritzöffnungen. Dadurch hebt die Düsennadel 4 von einem Düsennadelsitz ab und gibt die Einspritzöffnungen frei; Kraftstoff fließt in den Brennraum der Brennkraftmaschine.

Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird die elektrische Ansteuerung des Elektromagneten 42 beendet. Der Elektromagnet 42 übt keine anziehende Kraft mehr auf den Ventilschließanker 20 aus, und der Ventilschließanker 20 wird durch die Federkraft der Feder 45 wieder gegen den Ventilsitz 12 gedrückt. Über die Zulaufbohrung 7 wird der Steuerraum 5 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gefüllt, bis im Steuerraum 5 der gleiche Druck herrscht wie im Druck- räum 3 bzw. im Common-Rail. Mit dem Druck im Steuerraum 5 steigt auch die hydraulische Kraft auf die Düsennadel 4 in Richtung der Einspritzöffnungen und die Düsennadel 4 wird wieder gegen ihren Düsennadelsitz gedrückt. Es fließt kein Brennstoff mehr in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Aufgrund des Hochdrucks und der Einspritzverlaufsformung für die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine werden an das Schaltventil 10 hohe Anforderungen hinsichtlich des abzusteuernden Kraftstoffs gestellt: zum einen treten während eines Schaltzyklusses große Druckunterschiede innerhalb des Steuerraums 5 und in der Abiaufbohrung 30 auf. Zum anderen er- reicht der Kraftstoff beim Absteuern speziell in der Abiaufbohrung 30 hohe

Durchflussgeschwindigkeiten. Mit steigender Durchflussgeschwindigkeit sinkt der statische Druck. Fällt dieser unter den Dampfdruck des Kraftstoffs, so bilden sich Dampfblasen. Die Dampfblasen werden mit der Strömung in Gebiete höheren statischen Drucks (also geringerer Durchflussgeschwindigkeit bzw. größeren Durchflussquerschnitts) befördert. Mit dem dortigen Anstieg des statischen Drucks über den Dampfdruck kondensieren die Dampfblasen schlagartig, und sie implodieren. Dieser Vorgang wird als Kavitation bezeichnet. Für die umgebende Strömungsgeometrie sind die reflektierten Implosionsblasen, die Druckpeaks bis 40 kbar aufweisen können, schädlich, wenn sie wandnah auftreten; es kommt zu Materialabtragungen, dabei spricht man von Kavitationserosion oder Kavitations- Schäden. Besonders gefährdete Bereiche des Schaltventils 10 bzgl. Kavitationsschäden sind demzufolge der Endbereich der Drossel 31 , der Diffusor 32, die nachfolgende Strömungsgeometrie 33, der Ventilsitz 12, der Ventilschließanker 20 und der Ventilbolzen 44, also die hochdruckbeaufschlagten Bereiche des Schaltventils 10 stromabwärts der Drossel 31.

Um Kavitationsschäden zu vermeiden bzw. zu reduzieren, werden hinsichtlich der Ausgestaltung der Abiaufbohrung 30 zwei Maßnahmen getroffen: zum einen wird die wandnahe Entstehung und Führung von Dampfblasen durch die spezielle Ausgestaltung der Drossel 31 und des Diffusors 32 reduziert, zum anderen wird das Implodieren der Dampfblasen durch die Verwendung einer nachfolgenden Strömungsgeometrie 33 mit großem Volumen auf einen großen, möglichst wandfernen Bereich verteilt.

Die Aufgabe der Drossel 31 ist es den Kraftstoff beim Absteuern aus dem Steu- erraum 5 zu drosseln und damit die Bewegungen der Düsennadel 4 so zu steuern, dass eine optimierte Einspritzverlaufsformung für den Kraftstoff! njektor 100 erzielt wird. Die Drosselfunktion wird wesentlich durch den Durchmesser di des kreisrunden Durchflussquerschnitts der Drossel 31 bestimmt. Hydraulische Auslegungen der Einspritzverlaufsformung zeigen, dass mit einem Drosseldurch- messer di von 0,2...0,3 mm, insbesondere ca. 0,25 mm, die günstigsten Ein- spritzverlaufsformungen erzielt werden.

Das Längen-Durchmesser-Verhältnis der Drossel 31 ist idealerweise etwas größer als 3, so dass die Länge der Drossel 31 0,7...1 ,0 mm, insbesondere ca. 0,8 mm beträgt. Eine Durchflussänderung durch Wandern des Schädigungsgebietes vom Diffusor 32 zur Drossel 31 wird dadurch vermieden. Weiterhin kommt es zu weniger starken Verwirbelungen des durchströmenden Kraftstoffs in den nachfolgenden Bereichen, also im Diffusor 32, als bei kürzeren Drosseln.

Verwirbelungen können die Dampfblasen in wandnahe Bereiche tragen und so Kavitationsschäden verursachen. Eine lange Drossel 31 konzentriert die in den Diffusor 32 eintretende dampfbeladene Absteuerströmung mehr auf der Strömungsachse, also auf der Symmetrieachse der Abiaufbohrung 30. Natürlich kann das Längen-Durchmesser-Verhältnis der Drossel 31 auch größer gewählt werden, es würde dann aber mehr Bauraum erfordern, ohne die Kraftstoffströmung zusätzlich zu verbessern.

Ein nicht umgehbarer Nachteil der vergleichsweise langen Drossel 31 ist die Verschlechterung des μ-Wertes (Wasserdampfdiffusionswiderstand): Mit zunehmender Drossellänge erhöht sich der μ-Wert, der wiederum einen hohen Rücklaufgegendruck zur Folge hat. Dadurch ist die Strömung bzw. die„Diffusion" der Dampfblasen in die nachfolgende Strömungsgeometrie 33 mit einem höheren Widerstand behaftet, was dementsprechend zu ungewünschten Verwirbelungen führt. Die Aufgabe des Diffusors 32 ist es, den μ-Wert durch optimierte Druckrückgewinnung wieder zu senken. Vorteilhafterweise wird diese Aufgabe durch den Einsatz eines Doppeldiffusors 32 erfüllt.

Die Durchmessererweiterungen im Doppeldiffusor 32 haben entscheidenden Ein- fluss auf die Kraftstoffströmung in der gesamten Abiaufbohrung 30 und damit auch auf den μ-Wert. Vorteilhaft wird im Bereich des Doppeldiffusors 32 eine Durchmessererweiterung so gestaltet, dass sich der Durchflussquerschnitt pro Stufe ca. verdoppelt. D.h. der Durchflussquerschnitt A _2a des ersten Diffusors 32a ist etwa doppelt so groß wie der Durchflussquerschnitt A-ι der Drossel 31 und der Durchflussquerschnitt A _2b des zweiten Diffusors 32b ist etwa doppelt so groß wie A _2a. Somit ergibt sich für den Durchmesser d _2a des kreisrunden Durchflussquerschnitts des ersten Diffusors 32a: d _2a = 0,28...0,42 mm, insbesondere 0,35 mm. Und es ergibt sich für den Durchmesser d _2b des kreisrunden Durchflussquerschnitts des zweiten Diffusors 32b: d _2b = 0,40...0,60 mm, insbesondere ca. 0,50 mm.

Für das Längen-Durchmesser-Verhältnis des Diffusors 32 bzw. des Doppeldiffusors 32 mit dem ersten Diffusor 32a und dem zweiten Diffusor 32b hat sich ein Verhältnis von ca. 1 pro Durchmessererweiterung als strömungstechnisch be- sonders günstig herausgestellt. Dieses Verhältnis erzielt den besten Kompromiss aus Strömungsbild, Durchflussmenge, Reduzierung des μ-Wertes und Auftreten von Kavitation. Damit ergeben sich für den ersten Diffusor 32a eine Länge l _2a = 0,28...0,42 mm, insbesondere ca. 0,35 mm und für den zweiten Diffusor 32b eine Länge l _2b = 0,40...0,60 mm, insbesondere 0,50 mm.

Strömungstechnisch besonders günstig erfolgen die Durchmessererweiterungen von Drossel 31 zu dem ersten Diffusor 32a und vom ersten Diffusor 32a zum zweiten Diffusor 32b sich konisch unter 45° erweiternd, also mit einer 45° Fase, die an ihren Kanten abgerundet sein kann. Bei scharfkantigen, also 90°- Übergängen, entstünden sogenannte Totwassergebiete im Bereich der Innenkanten des Doppeldiffusors 32, die wiederum zur Bildung von Unterdruckzonen und damit zusätzlichen wandnahen Kavitationsblasen führen könnten.

Die sich an den Doppeldiffusor 32 anschließende nachfolgende Strömungsgeometrie 33 hat die Aufgabe, bei gleichbleibender Abströmmenge zwischen Ventilsitz 12 und Ventilschließanker 20 das statische Druckniveau in der nachfolgen- den Strömungsgeometrie 33 anzuheben, um eine verminderte Dampfbildung zu erzielen. Dies wird über ein vergleichsweise großes Volumen erreicht. Die verbleibende Dampfblasenbildung und vor allem auch Implosion der Dampfblasen wird zudem auf ein größeres Volumen verteilt und von Ventilsitz 12 und Ventilschließanker 20 ferngehalten. Kavitationsschäden in den Bereichen stromab- wärts des Diffusors 32 werden so minimiert. Gleichzeitig senkt eine lange nachfolgende Strömungsgeometrie 33 den μ-Wert durch die Ausbildung eines homogenen Strömungsbildes, wodurch sich die Funktionalität das Kraftstoffinjektors 100 verbessert. Durch den vorherigen Einsatz des Doppeldiffusors 32 muss die

Durchmessererweiterung für die nachfolgende Strömungsgeometrie 33 nicht mehr auf den doppelten Durchflussquerschnitt begrenzt werden. Vorteilhaft ist der Durchmesser d ₃ der nachfolgenden Strömungsgeometrie 33 nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des Ventilsitzes 12 und liegt im Bereich 1 ,0...1 ,5 mm, vorzugsweise bei 1 ,3 mm. Der vergleichsweise große Durchmesser des

Ventilsitzes 12 hat den Vorteil, dass bereits bei geringem Hub des Ventilschließ- ankers 20 die benötigte Absteuermenge zwischen Ventilsitz 12 und Ventilschließanker 20 abgeführt werden kann.

Das Längen-Durchmesser-Verhältnis l ₃ /d ₃ der nachfolgenden Strömungsgeometrie 33 muss nicht mehr größer als 3 gewählt werden, da Drossel 31 und Doppel- diffusor 32 schon einen großen Teil des Hochdrucks im Steuerraum 5 abgebaut haben; in der nachfolgenden Strömungsgeometrie 33 kommt es zu deutlich weniger Dampfblasenbildung. Jedoch muss die Länge l ₃ so gewählt werden, dass es zu einer ausreichenden Senkung des μ-Wertes kommt. Typischerweise wird l ₃ /d ₃ = 2...4, idealerweise l ₃ /d ₃ = ca. 2,5 gewählt. Damit ergibt sich für die nachfolgende Strömungsgeometrie 33 eine Länge l ₃ = 2,0...6,0 mm, insbesondere ca. 3,25 mm.

Eine lange nachfolgende Strömungsgeometrie 33 hat zudem den Vorteil, dass die spannungskritischen Bereiche der Abiaufbohrung 30, nämlich die

Durchmesserübergänge von Drossel 31 zu Diffusor 32 und von Diffusor 32 zu nachfolgender Strömungsgeometrie 33 so positioniert werden können, dass die aufgrund der Verschraubung des Ventilstücks 11 vorhandenen statischen Spannungen sich günstig mit den durch die Hochdruckbelastungen hervorgerufenen dynamischen Spannungen überlagern.