Titel

Einspritzvorrichtunq mit reduzierten Druckschwingungen Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung mit reduzierten Druckschwingungen während des Einspritzvorgangs. Einspritzvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen

Ausgestaltungen bekannt. Die bekannten Einspritzvorrichtungen weisen ein von einem Aktor betätigbares Ventilelement, z.B. eine Ventilnadel, auf, welches ein Einspritzloch für eine Einspritzung freigibt und nach einer Einspritzung wieder verschließt. Aufgrund von hierbei auftretenden Druckschwingungen im Kraftstoff können sich Ungenauigkeiten bei der Kraftstoffzumessung ergeben und ferner können unerwünschte Geräusche auftreten. Beim Öffnen des Ventils beginnt der Kraftstoff auszuströmen, so dass der Druck im Bereich des Ventilsitzes abfällt. Da sich die restliche, in der Einspritzvorrichtung befindliche Kraftstoff menge zunächst noch auf einem höheren Druckniveau in Ruhe befindet, setzt sich dieser Druckeinbruch in Form einer Druckwelle stromaufwärts durch den

Kraftstoffzufuhrpfad fort. Diese Druckwelle wird an Querschnittsänderungen bzw. Vorsprüngen reflektiert und es bildet sich ein Druckwellensystem innerhalb des Ventils aus. Aufgrund dieser Druckschwingungen ändert sich somit auch ein Druckgefälle zwischen dem Ventilsitz und der Umgebung, z.B. dem Saugrohr oder Brennraum, als Funktion der Zeit. Dies führt bei einem voll geöffneten Ventil zu einer zeitlich nicht konstanten Einspritzrate, wodurch die Zumessgenauigkeit verschlechtert wird. Weiterhin können die Druckschwingungen auch nachteiligen Einfluss auf die Geometrie des Kraftstoffsprays sowie die Tropfendurchmesser des Sprays haben. Darüber hinaus können aufgrund der Druckschwankungen im Kraftstoffspray fettere und magerere Zonen entstehen, wodurch die Verbrennung und auch das Abgasverhalten verschlechtert werden können. Neben den Problemen mit der Zumessgenauigkeit führen die Druckschwingungen auch zu unerwünschten Geräuschen und können auf Dauer Schädigungen der Bauteile hervorrufen. Von daher wäre es wünschenswert, eine Einspritzvorrichtung zu haben, welche höchste Anforderungen an eine Zumessgenauigkeit und ein Geräuschverhalten aufweist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass unerwünschte Druckwellen im System in höchstem Maße gedämpft werden, so dass keine nachteiligen Auswirkungen auf die Zumessgenauigkeit auftreten und keine unerwünschte Geräuschentwicklung auftritt. Somit können

erfindungsgemäß Schwankungen der Einspritzrate sowie auch unerwünschte zeitliche Veränderungen der Spraygeometrie bei der Einspritzung vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die

Einspritzvorrichtung eine Drossel aufweist, wobei eine Entfernung der Drossel von einem Spritzloch der Einspritzvorrichtung entlang eines Mediumpfades eine Länge aufweist, welche einer Wellenlänge einer Eigenfrequenz der

Einspritzvorrichtung entspricht. Erfindungsgemäß wird somit eine Eigenfrequenz der Einspritzvorrichtung bestimmt und dann die Drossel derart im Mediumpfad positioniert, dass die Entfernung der Drossel zum Spritzloch der Wellenlänge der Eigenfrequenz entspricht. Hierdurch kann eine exzellente Dämpfung erreicht werden, so dass die beim Öffnen der Einspritzvorrichtung entstehenden

Druckwellen keine negativen Auswirkungen insbesondere hinsichtlich

Zumessgenauigkeit und Geräuschemission aufweisen.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Besonders bevorzugt ist die Drossel in der Einspritzvorrichtung angeordnet.

Hierbei ist der Aufbau der Einspritzvorrichtung so, dass die Einspritzvorrichtung eine Eigenfrequenz derart aufweist, dass die Drossel in der Einspritzvorrichtung angeordnet werden kann. Um eine möglichst einfache Herstellbarkeit der Drossel zu ermöglichen, ist die

Drossel als separates Bauteil vorgesehen. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Drossel in ein Bauteil des Mediumpfades integriert, z.B. ein Gehäusebauteil. Hierdurch kann die Bauteileanzahl reduziert werden.

Weiter bevorzugt ist die Drossel derart ausgebildet, dass die Drossel ein

Verhältnis von Länge zu Durchtrittsdurchmesser L/D von vorzugsweise 0,01 bis 100, bevorzugterweise 1 bis 5 und besonders bevorzugt 2 bis 3 aufweist. Der Durchtrittsdurchmesser ist dabei der minimale Durchtrittsquerschnitt der Drossel. Insbesondere wenn das Verhältnis von Länge zu Durchtrittsdurchmesser zwischen 2 und 3 liegt, kann eine exzellente Dämpfung erreicht werden.

Weiter bevorzugt ist die Drossel symmetrisch zu einer Mittelachse und/oder symmetrisch zu einer Ebene senkrecht zu der Mittelachse ausgebildet. Diese geometrische Form stellt ebenfalls eine hohe Dämpfung bereit.

Weiter bevorzugt weist die Drossel an der Einlaufseite und der Auslaufseite eine breite Fase auf. Hierdurch kann ein strömungsgünstiges Durchströmen der Drossel erreicht werden. Besonders bevorzugt sind dabei die Fasen an der Einlaufseite und der Auslaufseite konisch und weiter bevorzugt gleich

ausgebildet.

Um möglichst wenig Querschnittssprünge im Mediumzufuhrpfad aufzuweisen, ist der Mediumzufuhrpfad vorzugsweise zwischen dem Spritzloch und der Drossel im Wesentlichen geradlinig ausgebildet. Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff "im Wesentlichen geradlinig" dabei ein Mediumpfad verstanden, dessen

Strömungsrichtung sich nicht oder nur minimal ändert. Der Mediumpfad weist somit keine großen Strömungsumlenkungen auf. Bei dieser möglichst geradlinigen Form des Mediumzufuhrpfades zwischen dem Spritzloch und der Drossel kann eine exzellente Dämpfung erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung kann dabei bei verschiedenen Anwendungen, beispielsweise einer Direkteinspritzung oder einer

Kanaleinspritzung verwendet werden. Ferner ist die erfindungsgemäße

Einspritzvorrichtung auch unabhängig vom Medium und kann sowohl für Diesel als auch Benzin oder bei der Abgasnachbehandlung z. B. der zusätzlichen Wassereinspritzung zur No _x - Senkung bei Großdieseln, etc. eingesetzt werden. Darüber hinaus kann eine Form des Ventilelements der Einspritzvorrichtung frei gewählt werden und ist beispielsweise eine Ventilnadel oder eine Ventilkugel.

Zeichnung

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Einspritzvorrichtung

gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer Drossel der

Einspritzvorrichtung von Figur 1 .

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine

Einspritzvorrichtung 1 zur Kraftstoffeinspritzung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Einspritzvorrichtung 1 einen Injektor 5 (Einspritzventil), welcher über ein Rail 6 mit einer Pumpe 7 verbunden ist. Von der Pumpe bis zu einem Spritzloch 3 am Injektor 5 ist ein durchgehender Kraftstoffpfad 2 vorgesehen. Bei geöffnetem Ventil tritt ein Spray 8 aus dem Spritzloch 3 aus. Ferner umfasst die Einspritzvorrichtung 1 eine Drossel 4, welche im Kraftstoffpfad 2 angeordnet ist.

Die Drossel 4 ist dabei an einer Position im Kraftstoffpfad derart angeordnet, welche einer Wellenlänge einer Eigenfrequenz der Einspritzvorrichtung 1 entspricht. Eine Entfernung vom Spritzloch 3 zur Drossel 4 ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet. Zur Bestimmung der Position der Drossel wird somit zuerst eine Eigenfrequenz der gesamten Einspritzvorrichtung 1 bestimmt und deren Wellenlänge ermittelt. Dann wird die Drossel 4 im Kraftstoffpfad an einer Position angeordnet, welche der Wellenlänge der Eigenfrequenz entspricht. Hierdurch können Schwingungen, welche durch das Öffnen des Spritzlochs 3 entstehen, wirksam gedämpft werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Drossel 4 im Injektor 5 angeordnet. Abhängig von der Eigenfrequenz der Einspritzvorrichtung 1 könnte die Drossel 4 jedoch auch an einer Position außerhalb des Injektors, beispielsweise im Rail 6 angeordnet sein. Bei der Bestimmung der Eigenfrequenz der Einspritzvorrichtung 1 wird dabei ein

Betriebszustand der Einspritzvorrichtung gewählt, weicher den späteren

Einsatzbedingungen entspricht. Wenn die Einspritzvorrichtung beispielsweise für ein Dieselfahrzeug eingesetzt werden soll, wird ein standardisierter

Dieselkraftstoff verwendet und eine im Betrieb übliche Temperatur des Kraftstoffs festgelegt und dann die Eigenfrequenz der Einspritzvorrichtung bei dieser Temperatur bestimmt. Hierdurch wird bei der Bestimmung der Eigenfrequenz der betriebsnahe Zustand der Einspritzvorrichtung simuliert, so dass die Drossel an die richtige Position im Kraftstoffzufuhrpfad 2 angeordnet werden kann. Die Positionierung der Drossel wird somit für verschiedene Kraftstoffarten als auch für verschiedene Einsatzzwecke, d.h. für verschiedene Fahrzeugtypen, jeweils separat ausgeführt. Um hierbei einen möglichst standardisierten Injektor verwenden zu können, wird vorzugsweise die Drossel derart im Injektor angeordnet, dass ihre Position leicht veränderbar ist und dann an der richtigen Position fixiert werden kann. Dies kann beispielsweise durch Vorsehen einer Hülse, in welcher die Drossel verschiebbar angeordnet ist, realisiert werden. Wenn die Drossel dann an der entsprechenden Position angeordnet ist, kann diese beispielsweise mittels Schweißen, fixiert werden. Figur 2 zeigt eine Schnittansicht der Drossel 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Drossel 4 sowohl symmetrisch zu einer Mittelachse X-X als auch symmetrisch zu einer Ebene E, welche senkrecht zur Mittelachse X-X ist, ausgebildet. Die Pfeile in Figur 2 geben dabei die Durchströmungsrichtung an. Hierbei ist sowohl an der Einlaufseite als auch an der Auslaufseite eine breite Fase 10 bzw. 1 1 ausgebildet, welche eine strömungsgünstige Durchströmung der Drossel 4 ermöglichen. Die Fasen 10, 1 1 sind dabei konisch und mit gleicher Geometrie ausgebildet.

Erfindungsgemäß wird somit zum ersten Mal die Idee aufgenommen, die Positionierung der Drossel in Abhängigkeit von der Eigenfrequenz des Systems vorzunehmen. Hierdurch ergeben sich überraschenderweise exzellente Dämpfungseigenschaften, so dass die erfindungsgemäßen

Einspritzvorrichtungen bei nur geringem zusätzlichem Kostenaufwand hervorragende Betriebsergebnisse hinsichtlich Zumessgenauigkeit und Geräuschverhalten erzielen.