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Dokumentenidentifikation DE102006031372A1 10.01.2008
Titel Injektor, Einspritzsystem und Verfahren zum Herstellen eines Injektors
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Weigl, Manfred, 93161 Sinzing, DE
DE-Anmeldedatum 06.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006031372
Offenlegungstag 10.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse F02M 51/06(2006.01)A, F, I, 20060706, B, H, DE
Zusammenfassung Erfindungsgemäß wird ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welcher ein Gehäuse mit einem Hochdruckbereich mit dem Kraftstoff unter dem Kraftstoffdruck aufweist, in dem angeordnet sind:
- ein Piezo-Aktor, welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte zum Heben und Senken einer Düsennadel bereitstellt, der eine Düse öffnet und schließt, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
- eine Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen vergrößerten Hub, welche zumindest einen piezoseitigen Hebel, der mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist; und
- zumindest eine Lagervorrichtung, welche den piezoseitigen Hebel und/oder den düsennadelseitigen Hebel jeweils an einem Lagerpunkt lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes zu der Bodenplatte in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Injektor, ein Einspritzsystem und ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors.

Einspritzsysteme mit zumindest einem Injektor und insbesondere lecköllose Common-Rail-Einspritzsysteme erfordern ein Steuerelement, wie beispielsweise einen Piezo-Aktor im Hochdruckraum des Injektors. Das technische Gebiet der Erfindung betrifft insbesondere piezogesteuerte Common-Rail-Injektoren oder Einspritzsysteme ohne Leckölrücklauf mit einem Piezo-Aktor oder einem Piezo-Aktuator zum Öffnen und Schließen einer Düse mittels einer Düsennadel im Hochdruckraum, der eine hydraulische Längsausgleichsvorrichtung oder Rückstellvorrichtung und einen Hebelübersetzer zur Betätigung der Düsennadel aufweist. Die Rückstellvorrichtung weist insbesondere einen in einer Bohrung der Bodenplatte des Piezo-Stapels des Piezo-Aktors eingreifenden Kolben, ein hydraulisches Volumen, beispielsweise ein Kraftstoffvolumen, zwischen der Bodenplatte und dem Kolben und eine Rückstellfeder zum Rückstellen des Piezo-Stapels auf. Ein solches Einspritzsystem ist beispielsweise aus der DE 101 45 620 B4 bekannt.

Wird wie bei dem oben beschriebenen Einspritzsystem die Düsennadel des Injektors direkt vom Piezo-Aktor über einen Umsetzer angetrieben, besteht der prinzipielle Nachteil eines kleinen Nutzhubes des Piezo-Aktors. Einerseits muss der Piezo-Aktor die zur Nadelöffnung benötigte mechanische Arbeit ins System einprägen, andererseits müssen auch Fertigungstoleranzen und Temperatureffekte ausgeglichen werden. Der Anmelderin ist intern bekannt, zum Ausgleich von Temperatureffekten spezielle Werkstoffe für die einzelnen Injektorkomponenten einzusetzen. Der Anmelderin ist weiterhin intern bekannt, zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen die im jeweiligen Injektor verbauten Komponenten einander zuzupaaren. Dennoch verbleibt in der Regel ein Restfehler, der in Form eines Leerhubs vorgehalten werden muss, um die Funktion und die Betriebssicherheit des Injektors bzw. Einspritzsystems zu gewährleisten.

Durch Einsatz einer wie oben beschriebenen Längsausgleichsvorrichtung oder eines hydraulischen Kompensators können gleichzeitig alle Toleranzen und Temperaturdehnungseffekte ausgeglichen werden.

Allerdings bedingt der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckraum des Einspritzsystems sowohl eine Längenänderung des Gehäuses des Einspritzsystems als auch eine Kompression von Komponenten im Hochdruckraum oder Hochdruckvolumen. Insbesondere beim direkt angetriebenen Einspritzsystem oder Piezo-Injektor mit dem Piezo-Aktor im Hochdruckvolumen wird der Piezo-Aktor aufgrund der Volumenkompressibilität des Piezo-Stapels mit steigendem Druck verkürzt, wohingegen sich das Gehäuse des Einspritzsystem infolge der elastischen Dehnung längt. Dies bewirkt eine Zunahme des Leerhubes, welcher größer als der nutzbare Arbeitshub des Piezo-Aktors werden kann. Dies soll folgendes Beispiel veranschaulichen: Das Kompressionsmodul K ist definiert als:

wobei V das Volumen, dp die infinitesimale Druckänderung, dV die infinitesimale Volumenänderung und dV/V die relative Volumenänderung bezeichnet. Das negative Vorzeichen entsteht aus der Forderung, dass sich bei einem Druckzuwachs eine Abnahme der Größe dV/V ergibt, dabei aber K positiv bleiben soll. Bei der folgenden quantitativen Analyse kann das negative Vorzeichen außer Betracht bleiben.

Nimmt man beispielsweise einen Kraftstoffdruck vom 200 MPa (dp = 200 MPa) und ein Kompressionsmodul für den Piezo-Stapel von 50 GPa (K = 50 GPa) an, so ergibt sich mit

eine relative Volumenänderung dV/V von 0.004. In diesem Beispiel beträgt also die relative Volumenänderung dV/V 4%. Unter der Annahme einer isotropen Maßänderung ergibt sich durch Ziehen der Kubikwurzel eine Änderung von 1.60. Bei einer Höhe des Piezo-Stapels von 60 mm ergibt sich damit eine Änderung von etwa 96 &mgr;m, was in der Größenordung des maximalen Arbeitshubes des Piezo-Stapels liegt. Somit ist es nachteiligerweise bisher nicht möglich, das Einspritzsystem bzw. den Piezo-Injektor für einen Kraftstoffdruckbereich von beispielsweise 20 MPa für niedrige Teillast bis 200 MPa für Volllast zu dimensionieren.

Wie oben bereits ausgeführt, ist zur Kompensation der Leerhubänderungen der hydraulische Kompensator vorgesehen. Die Zeitkonstante des hydraulischen Kompensators ist so dimensioniert, dass schnelle Vorgänge wie Einspritzpulse nur zu einer unwesentlichen Änderung oder zu keiner Änderung führen, dass aber Leerhubänderungen, welche durch den Kraftstoffdruck verursacht werden, ausreichend schnell (Größenordnung 500 MPa/s) ausgeglichen werden können. Allerdings können durch den bekannten hydraulischen Kompensator Drucksprünge, die beispielsweise durch das öffnen des Injektors oder durch reflektierte Druckwellen im Rail eines Einspritzsystems mit mehreren Injektoren verursacht werden, nicht ausgeglichen werden.

Zur Veranschaulichung der vorliegenden Problematik ist in 1 ein schematisches Blockschaltbild eines der Anmelderin intern bekannten Einspritzsystem mit einem Injektor 1 dargestellt. Der Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck hat ein Gehäuse 2, das einen Hochdruckbereich HD mit dem Kraftstoff P unter dem Kraftstoffdruck aufweist. Der Kraftstoff wird mittels einer Zuführvorrichtung 20 in den Hochdruckbereich HD des Gehäuses 2 geleitet. Der Injektor 1 weist einen Piezo-Aktor 3 auf, der einen Hub mittels einer Bodenplatte 4 zum Heben und Senken einer Düsennadel 5 bereitstellt, der eine Düse 6 öffnet und schließt, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird. Dazu weist der Piezo-Aktor 3 einen Piezo-Stapel 11 auf, der in Abhängigkeit eines Steuersignals, welches mittels der Pins 17 und 18 eingegeben wird, den Hub zum Betätigen der Düsennadel 5 in einer Schließrichtung R1 oder in einer Öffnungsrichtung R2 bereitstellt.

Weiterhin weist der Piezo-Aktor 3 einen hydraulischen Kompensator 19 auf, welcher dazu geeignet ist, den Piezo-Stapel 11 in eine vorbestimmte Ausgangslage zurückzustellen und den von dem Piezo-Stapel 11 bereitgestellten Hub an die gekoppelte Hebelübersetzungsvorrichtung 7 zu übertragen.

Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 weist zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen vergrößerten Hub einen piezoseitigen Hebel 8, der mit dem hydraulischen Kompensator 19 gekoppelt ist, und einen düsennadelseitigen Hebel 9 auf, der mit der Düsennadel 5 gekoppelt ist. Der düsennadelseitige Hebel 9 ist an einem ersten Lagerpunkt T1 auf dem Gehäuse 2 gelagert. Der piezoseitige Hebel 8 ist an einem zweiten Lagerpunkt T2 auf dem Gehäuse 2 mechanisch gelagert.

Weiterhin weist der Injektor 1 eine Rückstellfeder 16 zur Rückstellung der Düsennadel 5 auf, welche die Düsennadel 5 mit dem Gehäuse 2 koppelt.

Durch den Kraftstoffdruck P werden das Gehäuse 2 und die Düse 6 gestreckt, wobei der Piezo-Stapel 11 aufgrund der Kompression im Hochdruckvolumen HD verkleinert wird, was eine Reduzierung der Länge des Piezo-Stapels 11 bewirkt. Der hydraulische Kompensator 19 stellt allerdings sicher, dass kein wesentlicher Leerhub auftritt. Wird nun der Piezo-Stapel 11 durch eine elektrische Aufladung mittels der Pins 17 und 18 gestreckt, wird die Düsennadel 5 über die Hebelübersetzung der Hebelübersetzungsvorrichtung 7 angehoben und Kraftstoff P kann aus den Löchern der Düse 6 austreten. Dies bewirkt einen schnellen Druckabfall im Injektor 1. Somit verkürzt sich das Gehäuse 2 und das Volumen des Piezo-Stapels 11 vergrößert sich und somit auch dessen Länge. Da der hydraulische Kompensator 19 in dieser Phase aufgrund seiner Zeitkonstante nicht wirksam ist, bewirkt der Druckabfall im Injektor 1 eine vergrößerte Öffnung der Düse 6. Diese instabile Verhalten kann zwar in Betriebszuständen mit großen Einspritzmengen pro Einspritzpuls akzeptabel sein, erlaubt aber keinen Betrieb des Injektors 1 in dem Teilhübe notwendig sind, in denen die Düsennadel 5 im Sitzdrosselbereich der Düse 6 verharren muss.

Des Weiteren ist der Anmelderin bekannt, durch eine Auswertung des Strom- und Spannungsverlaufs am Piezo-Stapel den Kraftverlauf zu ermitteln und somit eine Rückkopplung für die Regelung der Auslenkung des Piezo-Stapels bereitzustellen. Da aber mittels einer solchen Rückkopplung nur von Einspritzung zu Einspritzung geregelt werden kann, besteht nachteiligerweise keine Möglichkeit, momentane Änderungen des Hubes der Düsennadel, insbesondere verursacht durch Druckschwankungen, beispielsweise bedingt durch reflektierte Wellen im Rail, auszuregeln. Somit ist eine solche Regelung nicht echtzeitfähig realisierbar.

Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor mit einem Ausgleich von infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes auftretenden Leerhubänderungen bereitzustellen.

Weiter ist es eine Aufgabe, einen Injektor mit einem echtzeitfähigen Ausgleich von infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes auftretenden Leerhubänderungen bereitzustellen.

Weiterhin ist es eine Aufgabe, einen direkt angetriebenen Injektor zu schaffen, bei dem vorbestimmte Teilhübe realisiert werden können.

Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser gestellten Aufgaben durch einen Injektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.

Demnach wird erfindungsgemäß ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welcher ein Gehäuse mit einem Hochdruckbereich mit dem Kraftstoff unter dem Kraftstoffdruck aufweist, in dem angeordnet sind:

  • – ein Piezo-Aktor, welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte zum Heben und Senken einer Düsennadel bereitstellt, der eine Düse öffnet und schließt, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
  • – eine Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen vergrößerten Hub, welche zumindest einen piezoseitigen Hebel, der mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist; und
  • – zumindest eine Lagervorrichtung, welche den piezoseitigen Hebel und/oder den düsennadelseitigen Hebel jeweils an einem Lagerpunkt lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes zu der Bodenplatte in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist:

  • – Bereitstellen eines Gehäuses, welches einen Hochdruckbereich mit dem Kraftstoff unter dem Kraftstoffdruck aufweist;
  • – Anordnen eines Piezo-Aktors in dem Hochdruckbereich, welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte zum Heben und Senken einer Düsennadel bereitstellt, der eine Düse öffnet und schließt, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
  • – Koppeln einer Hebelübersetzungsvorrichtung mit dem Piezo-Aktor zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen größeren Hub, wobei die Hebelübersetzungsvorrichtung zumindest einen piezoseitigen Hebel, der mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist; und
  • – Anordnen zumindest einer Lagervorrichtung in dem Hochdruckbereich, welche den piezoseitigen Hebel und/oder den düsenseitigen Hebel jeweils an einem Lagerpunkt lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes zu der Bodenplatte in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.

Die erfinderische Idee liegt im Wesentlichen darin, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes, auf dem der piezoseitige Hebel oder der düsennadelseitige Hebel gelagert ist, zu der Bodenplatte des Piezo-Stapels infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren, zu kompensieren oder zu überkompensieren. Dadurch wird vorteilhafterweise bei einem Druckabfall des Kraftstoffdruckes sichergestellt, dass die Düsennadel nicht zusätzlich durch den Druckabfall in einer Öffnungsrichtung bewegt wird oder sogar in einer Schließrichtung bewegt wird. Letzteres würde eine Überkompensation des infolge des Druckabfalls auftretenden Anstieges des Leerhubes bewirken. Vorteilhafterweise kann eine solche Überkompensation die Regelbarkeit eines Betriebes des Injektors, der mit Teilhüben arbeitet, unterstützen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung besteht darin, dass in Zusammenwirken mit einer exakten Vorgabe der Piezoansteuerung ein definierter Ventilnadelhub erreicht werden kann, nachdem auch ein Druckabfall den Leerhub nicht ändert. Somit ist es vorteilhafterweise möglich, bei einer entsprechenden Rückkopplung über den Brennraumdruck, das Verbrennungsgeräusch, die Motordrehzahl, das elektrische Verhalten des Piezo-Stapels oder die Abgassensorik über eine Regelschleife von Einspritzung zu Einspritzung des jeweiligen Piezo-Injektors oder Injektors jeweils die injektorspezifisch optimale Piezo-Auslenkung einzuregeln. Bei einem Einspritzsystem mit mehreren Piezo-Aktoren ist es insbesondere bei der Dosierung von kleinen Mengen möglich, bei denen die jeweilige Düsennadel nur einen Teilhub haben soll, also im Sitzdrosselbereich der Düse betrieben werden muss, die Streuung von Injektor zu Injektor bzw. von Piezo-Aktor zu Piezo-Aktor minimieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Piezo-Aktor einen steuerbaren Piezo-Stapel auf, welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals den Hub zum Betätigen der Düsennadel in einer Schließrichtung oder in einer Öffnungsrichtung bereitstellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Lagervorrichtung derart in den Hochdruckbereich angeordnet, dass sie unabhängig von einer Dehnung oder Stauchung des Gehäuses ist und/oder einer Kompression des Piezo-Stapels infolge einer Änderung des Kraftstoffdruckes im Wesentlichen folgt oder folgt. Dadurch, dass die Lagervorrichtung unabhängig von einer Dehnung oder Stauchung des Gehäuses ist, wird auch eine Dehnung oder Stauchung des Gehäuses kein zusätzliches Heben der Düsennadel bei einem Druckabfall bewirken. Ähnlich wird auch eine Kompression des Piezo-Stapels kein zusätzliches Heben der Düsennadel bewirken. Somit sind die üblicherweise auftretenden Leerhubänderungen infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes kompensiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Lagervorrichtung ein erstes Lager, welches den düsennadelseitigen Hebel an einem ersten Lagerpunkt lagert, und ein zweites Lager auf, welches den piezoseitigen Hebel an einem zweiten Lagerpunkt lagert. Vorzugsweise sind das erste Lager und das zweite Lager jeweils als ein Auflager ausgebildet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Lager und/oder das zweite Lager jeweils einen relativ zu einem sich in Querrichtung des Piezo-Stapels erstreckenden Querabschnittes, der den Lagerpunkt aufweist, größeren Längsabschnitt in Längsrichtung des Piezo-Stapels auf. Durch den relativ größeren Längsabschnitt der Lagervorrichtung wird eine Längenänderung der Lagervorrichtung im Wesentlichen einer Längenänderung des Piezo-Stapels infolge eines Druckabfalls folgen. Dazu sind das erste Lager und/oder das zweite Lager vorzugsweise jeweils in einem oberen Bereich des Piezo-Stapels mechanisch gekoppelt. Insbesondere ist das erste Lager und/oder das zweite Lager jeweils mit einem Kopfbereich des Gehäuses, mit dem der Piezo-Aktor gekoppelt ist, oder mit einer Kopfplatte des Piezo-Aktors mechanisch verbunden.

Außerdem wird ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches wenigstens zwei oben näher erläuterte Injektoren aufweist. Vorzugsweise ist das Einspritzsystem als ein Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet, wobei die Injektoren an ein einzelnes Rail angeschlossen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines der Anmelderin intern bekannten Injektors;

2 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors;

3 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors;

4 ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors;

5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

6 ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1.

Der Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck hat ein Gehäuse 2, das einen Hochdruckbereich HD mit dem Kraftstoff P unter dem Kraftstoffdruck aufweist. Der Kraftstoff wird mittels einer Zuführvorrichtung 20 in den Hochdruckbereich HD des Gehäuses 2 geleitet. Der Injektor 1 weist einen Piezo-Aktor 3 auf, der einen Hub mittels einer Bodenplatte 4 zum Heben und Senken einer Düsennadel 5 bereitstellt, der eine Düse 6 öffnet und schließt, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird. Dazu weist der Piezo-Aktor 3 einen Piezo-Stapel 11 auf, der in Abhängigkeit eines Steuersignals, welches mittels der Pins 17 und 18 eingegeben wird, den Hub zum Betätigen der Düsennadel 5 in einer Schließrichtung R1 oder in einer Öffnungsrichtung R2 bereitstellt.

Weiterhin weist der Piezo-Aktor 3 einen hydraulischen Kompensator 19 auf, welcher dazu geeignet ist, den Piezo-Stapel 11 in eine vorbestimmte Ausgangslage zurückzustellen und den von dem Piezo-Stapel 11 bereitgestellten Hub an die gekoppelte Hebelübersetzungsvorrichtung 7 zu übertragen.

Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 weist zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen vergrößerten Hub einen piezoseitigen Hebel 8, der mit dem hydraulischen Kompensator 19 gekoppelt ist, und einen düsennadelseitigen Hebel 9 auf, der mit der Düsennadel 5 gekoppelt ist.

Der Injektor 1 weist weiterhin ein erstes Lager 10a auf, welches den düsennadelseitigen Hebel 9 an einem ersten Lagerpunkt X1 lagert. Der piezoseitige Hebel 8 ist an einem zweiten Lagerpunkt T2 auf dem Gehäuse 2 gelagert. Das erste Lager 10a hat einen relativ zu einem sich in Querrichtung R3 des Piezo-Stapels 11 erstreckenden Querabschnitts 12a, der den Lagerpunkt X1 aufweist, größeren Längsabschnitt 13a in Längsrichtung R4 des Piezo-Stapels 11. Vorzugsweise ist das erste Lager 10a in einem oberen Bereich 14 des Piezo-Stapels 11 mechanisch gekoppelt. Insbesondere ist das erste Lager 10a mit einem Kopfbereich 15 des Gehäuses 2, mit dem der Piezo-Aktor 3 gekoppelt ist, mechanisch verbunden. Alternativ kann das erste Lager 10a auch mit einer Kopfplatte (nicht gezeigt) des Piezo-Aktors 3 mechanisch verbunden sein.

Weiterhin weist der Injektor 1 eine Rückstellfeder 16 zur Rückstellung der Düsennadel 5 auf, welche die Düsennadel 5 mit dem Gehäuse 2 koppelt.

In 3 ist ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 dahingehend, dass der düsennadelseitige Hebel 9 an einem ersten Lagerpunkt T1 auf dem Gehäuse 2 gelagert ist und der piezoseitige Hebel 8 auf einem zweiten Lagerpunkt X2 eines eigens vorgesehenen zweiten Lagers 10b gelagert ist. Das zweite Lager 10b hat einen relativ zu einem sich in Querrichtung R3 des Piezo-Stapels 11 erstreckenden Querabschnittes 12b, der den Lagerpunkt X2 aufweist, größeren Längsabschnitt 13b in Längsrichtung R4 des Piezo-Stapels 11. Vorzugsweise ist das zweite Lager 10b in dem oberen Bereich 14 des Piezo-Stapels 11 mechanisch gekoppelt. Insbesondere ist das zweite Lager 10b mit dem Kopfbereich 15 des Gehäuses 2, mit dem der Piezo-Aktor 3 gekoppelt ist, mechanisch verbunden. Alternativ kann das zweite Lager 10b auch mit einer Kopfplatte (nicht gezeigt) des Piezo-Aktors 3 mechanisch verbunden sein.

4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1. Der Injektor 1 gemäß 4 weist das erste Lager 10a gemäß 2 zur Lagerung des düsennadelseitigen Hebels 9 und das zweite Lager 10b gemäß 3 zur Lagerung des piezoseitigen Hebels 8 auf.

5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Injektors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Blockschaltbildes in 5 erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte a) bis d) auf:

Verfahrensschritt a):

Es wird ein Gehäuse 2 bereitgestellt, welches einen Hochdruckbereich HD mit dem Kraftstoff P unter dem Kraftstoffdruck aufweist.

Verfahrensschritt b):

Ein Piezo-Aktor 3 wird in dem Hochdruckbereich HD angeordnet. Der Piezo-Aktor 3 ist dazu geeignet, einen Hub mittels einer Bodenplatte 4 zum Heben und Senken einer Düsennadel 5 bereitzustellen, der eine Düse 6 öffnet und schließt, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird.

Verfahrensschritt c):

Der Piezo-Aktor 3 wird mit einer Hebelübersetzungsvorrichtung 7 zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen größeren Hub gekoppelt. Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 hat zumindest einen piezoseitigen Hebel 8, der mit dem Piezo-Aktor 3 gekoppelt ist, und zumindest einen düsennadelseitigen Hebel 9, der mit der Düsennadel 5 gekoppelt ist.

Verfahrensschritt d):

Zumindest eine Lagervorrichtung 10a, 10b wird in dem Hochdruckbereich HD angeordnet, welche den piezoseitigen Hebel 8 und/oder den düsenseitigen Hebel 9 jeweils an einem Lagerpunkt X1, X2 lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes X1, X2 zu der Bodenplatte 4 infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdrucks zumindest zu kompensieren, zu kompensieren oder zu überkompensieren.

In 6 ist ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1 dargestellt. Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 6 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß

2 dahingehend, dass die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 nur einen Hebel, nämlich den düsenseitigen Hebel 9, aufweist. Mittels der Bodenplatte 4 und des hydraulischen Kompensators 19 wird der Hub des Piezo-Stapels 11 direkt auf den düsennadelseitigen Hebel 9 übertragen.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.


Anspruch[de]
Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff (P) unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck mit einem Gehäuse (2), welches einen Hochdruckbereich (HD) mit dem Kraftstoff (P) unter dem Kraftstoffdruck aufweist, in dem angeordnet sind:

a) ein Piezo-Aktor (3), welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte (4) zum Heben und Senken einer Düsennadel (5) bereitstellt, der eine Düse (6) öffnet und schließt, in die der Kraftstoff (P) eingespritzt wird;

b) eine Hebelübersetzungsvorrichtung (7) zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen vergrößerten Hub, welche zumindest einen piezoseitigen Hebel (8), der mit dem Piezo-Aktor (3) gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel (9), der mit der Düsennadel (5) gekoppelt ist, aufweist; und

c) zumindest eine Lagervorrichtung (10a, 10b), welche den piezoseitigen Hebel (8) und/oder den düsennadelseitigen Hebel (9) jeweils an einem Lagerpunkt (X1, X2) lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes (X1, X2) zu der Bodenplatte (4) in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.
Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezo-Aktor (3) einen steuerbaren Piezo-Stapel (11) aufweist, welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals den Hub zum Betätigen der Düsennadel (5) in einer Schließrichtung (R1) oder in einer Öffnungsrichtung (R2) bereitstellt. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (10a, 10b) derart in dem Hochdruckbereich (HD) angeordnet ist, dass sie unabhängig von einer Dehnung oder Stauchung des Gehäuses (2) ist und/oder einer Kompression des Piezo-Stapels (11) in Folge einer Änderung des Kraftstoffdruckes im Wesentlichen folgt. Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (10a, 10b) ein erstes Lager (10a), welches den düsennadelseitigen Hebel (9) an einem ersten Lagerpunkt (X1) lagert, und ein zweites Lager (10b) aufweist, welches den piezoseitigen Hebel (8) an einem zweiten Lagerpunkt (X2) lagert. Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (10a) und/oder das zweite Lager (10b) jeweils einen relativ zu einem sich in Querrichtung (R2) des Piezo-Stapels (11) erstreckenden Querabschnittes (12a, 12b), der den Lagerpunkt (X1, X2) aufweist, größeren Längsabschnitt (13a, 13b) in Längsrichtung (R4) des Piezo-Stapels (11) aufweist. Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (10a) und/oder das zweite Lager (10b) jeweils in einem oberen Bereich (14) des Piezo-Stapels (11) mechanisch gekoppelt ist. Injektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (10a) und/oder das zweite Lager (10b) jeweils mit einem Kopfbereich (15) des Gehäuses (2), mit dem der Piezo-Aktor (3) gekoppelt ist, oder mit einer Kopfplatte des Piezo-Aktors (3) mechanisch verbunden ist. Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die das erste Lager (10a) und/oder das zweite Lager (10b) jeweils als ein Auflager ausgebildet ist. Verfahren zum Herstellen eines Injektors (1) zum Einspritzen von Kraftstoff (P) unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck mit den Schritten:

a) Bereitstellen eines Gehäuses (2), welches einen Hochdruckbereich (HD) mit dem Kraftstoff (P) unter dem Kraftstoffdruck aufweist;

b) Anordnen eines Piezo-Aktors (3) in dem Hochdruckbereich (HD), welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte (4) zum Heben und Senken einer Düsennadel (5) bereitstellt, der eine Düse (6) öffnet und schließt, in die der Kraftstoff (P) eingespritzt wird;

c) Koppeln einer Hebelübersetzungsvorrichtung (7) mit dem Piezo-Aktor (3) zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen größeren Hub, wobei die Hebelübersetzungsvorrichtung (7) zumindest einen piezoseitigen Hebel (8), der mit dem Piezo-Aktor (3) gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel (9), der mit der Düsennadel (5) gekoppelt ist, aufweist; und

d) Anordnen zumindest einer Lagervorrichtung (10a, 10b) in dem Hochdruckbereich (HD), welche den piezoseitigen Hebel (8) und/oder den düsenseitigen Hebel (9) jeweils an einem Lagerpunkt (X1, X2) lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes (X1, X2) zu der Bodenplatte (4) in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.
Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff (P) unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck, welches wenigstens zwei Injektoren (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 aufweist. Einspritzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem als ein Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet ist, wobei die Injektoren (1) an ein einzelnes Rail angeschlossen sind.






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