DE102010001170A1

DE102010001170A1 - Einspritzvorrichtung mit reduzierten Druckschwingungen

Info

Publication number: DE102010001170A1
Application number: DE102010001170A
Authority: DE
Inventors: Philipp 70565 Rogler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-07-28
Also published as: KR20120116447A; US9279401B2; US20130037631A1; JP2013518208A; BR112012017945A2; CN102725507B; JP5409934B2; CN102725507A; WO2011088928A1; KR101844747B1; EP2529101A1; EP2529101B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff, umfassend einen Kraftstoffzufuhrpfad (2), durch welchen Kraftstoff zuführbar ist, einen Injektor (5) mit einem Spritzloch (3), aus welchem der zugeführte Kraftstoff ausgespritzt wird, ein Ventilelement, welches mittels eines Aktors bewegbar ist, um das Spritzloch (3) freizugeben und zu verschließen, und eine Drossel (4), welche im Kraftstoffzufuhrpfad (2) angeordnet ist, wobei eine Entfernung (9) der Drossel (4) vom Spritzloch (3) entlang des Kraftstoffpfades (2) eine Länge aufweist, welche einer Wellenlänge einer Eigenfrequenz der Einspritzvorrichtung entspricht.

Description

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 Kraftstoffmenge 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:
1 eine schematische Darstellung einer Einspritzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
2 eine schematische Schnittansicht einer Drossel der Einspritzvorrichtung von 1.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Einspritzvorrichtung 1 zur Kraftstoffeinspritzung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus 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 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, welcher 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.
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 2 geben dabei die Durchströmungsrichtung an. Hierbei ist sowohl an der Einlaufseite als auch an der Auslaufseite eine breite Fase 10 bzw. 11 ausgebildet, welche eine strömungsgünstige Durchströmung der Drossel 4 ermöglichen. Die Fasen 10, 11 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.

Claims

Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines Mediums, umfassend – einen Mediumzufuhrpfad (2), durch welches Medium zuführbar ist, – einen Injektor (5) mit einem Spritzloch (3), aus welchem das zugeführte Medium ausgespritzt wird, – ein Ventilelement, welches mittels eines Aktors bewegbar ist, um das Spritzloch (3) freizugeben und zu verschließen, und – eine Drossel (4), welche im Mediumzufuhrpfad (2) angeordnet ist, – wobei eine Entfernung (9) der Drossel (4) vom Spritzloch (3) entlang des Mediumpfades (2) eine Länge aufweist, welche einer Wellenlänge einer Eigenfrequenz der Einspritzvorrichtung entspricht.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4) im Injektor (5) angeordnet ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4) ein separates Bauteil ist.
Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel in ein Bauteil des Mediumpfades (2) integriert ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4) ein Verhältnis von Länge (L) zum Durchtrittsdurchmesser (D) aufweist, welches zwischen 0,01 bis 100, vorzugsweise zwischen 1 bis 5, und besonders bevorzugt zwischen 2 und 3 liegt.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4) symmetrisch zu einer Mittelachse (X-X) und/oder zu einer Ebene (E) senkrecht zur Mittelachse (X-X) ausgebildet ist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel an einer Einlaufseite und einer Auslaufseite eine breite Fase (10, 11) aufweist.
Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mediumzufuhrpfad (2) zwischen dem Spritzloch (3) und der Drossel (4) im Wesentlichen geradlinig verläuft.
Verwendung einer Einspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Einspritzung von Kraftstoff oder Wasser zur Abgasnachbehandlung.