DE19654782C1

DE19654782C1 - Einspritzinjektor für Dieselmotoren

Info

Publication number: DE19654782C1
Application number: DE1996154782
Authority: DE
Inventors: Christian Kaefer; Anton Seger
Original assignee: Dualon International S A
Current assignee: Dualon International S A
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2017-01-01

Description

Die Erfindung betrifft einen Einspritzinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Einspritzinjektoren für Dieselmotoren sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Im Bereich moderner Hochleistungsdieselmotoren für Kraftfahrzeuge setzt sich in neuerer Zeit mehr und mehr die Idee einer elektronisch geregelten Hochdruckeinspritzung durch, wobei unter anderem magnetventilgesteuerten Injektoren und Injektoren mit Piezoelement-Betätigung besondere Aufmerksamkeit zugewendet wird. Ein Einspritzinjektor mit Piezoelement-Betätigung ist z. B. aus der gattungsgemäßen DE 195 16 245 A1 bekannt. Aufgrund der schnelleren Reaktionszeiten von Piezoelementen wird diese Variante auch bei der Anmelderin für verschiedene Anwendungen favorisiert. Aufgrund des relativ geringen mit einem Piezoelement erzielbaren Hubs weisen derart bestückte Einspritzinjektoren z. B. zwei hintereinandergesetzte Piezoelemente auf, wodurch der Injektor jedoch eine relativ lange Bauform annimmt, die den beengten Einbauräumen im Zylinderkopf vieler moderner Motoren für Nutzfahrzeuge und Personenkraftwagen nicht gerecht wird. Bei verschiedenen Fahrzeugen wäre es sogar erforderlich, in der Motorhaube Auswölbungen vorzusehen, um die Einspritzinjektoren im Motorraum unterzubringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Einspritzinjektor zu schaffen, der auch bei beengten Einbauräumen im Zylinderkopf einsetzbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruches 1.

Der Piezoblock weist dazu wenigstens zwei Piezo-Körper auf, die teleskopartig ineinander gefügt (bzw. verschachtelt und ferner bevorzugt derart gegeneinander abgestützt) sind, daß sich der Hub der ineinander verschachtelten Piezo-Körper zu einem Gesamthub addiert. Gegenüber dem Stand der Technik wird somit ein Piezo- Aktuator verwendet, der in unkomplizierter Weise derart ausgestaltet ist, daß er trotz kurzer Bauform infolge der Teleskopwirkung einen großen (bei unwesentlich veränderter Bauform gegenüber einem Einfachpiezo nahezu verdoppelten) Hub realisiert und damit auch beengten Einbauverhältnissen gerecht wird. Piezoaktuatoren weisen zudem gegenüber den vielfach verwendeten Magnetventilen den großen Vorteil einer schnelleren Reaktionszeit auf, woraus u. a. eine präzisere Steuerbarkeit des gesamten Einspritzvorganges resultiert.

Dem Piezoblock kann ein ein Wegverstärker nachgeschaltet werden, auf den aber ggf. bei der nachfolgend diskutierten Variante der Erfindung sogar verzichtet werden kann. Nach dieser Variante der Erfindung werden derart viele Zylinder ineinander verschachtelt, daß der addierte Piezohub der Einzelelemente dazu ausreicht, direkt den nötigen Hub zur Betätigung der Einspritznadel zu erzeugen. Mit den derzeit handelsüblichen Piezoelementen ist es typischerweise möglich, einen "Arbeitshub" von ca. 25 µm zu realisieren. Um den zur Öffnung des Ventiles zwischen Steuerraum und Niederdruckbereich oftmals benötigen Hub von 150 bis 200 µm zu erzeugen, ist es daher notwendig, die Bewegung von wenigstens zwei Piezoelementen durch einen Membranverstärker zu verstärken. Diesen Verstärker spart die Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch ein, daß eine Reihe von Piezo-Hohlkörpern. derart teleskopartig ineinander verschachtelt ist, daß sich deren Einzelhübe bei einer Betätigung addieren.

Weitere besonders bevorzugte Varianten der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, daß die Piezo-Körper auf einfache Weise als Hohlkörper, insbesondere als Hohlzylinder ausgebildet sind, wobei zwischen die Piezo-Hohlzylinder zur Abstützung hutförmige Elemente eingesetzt sind, die einen wenigstens einseitig geschlossenen Hohlraumabschnitt aufweisen, der an die Geometrie der Piezo-Hohlkörper angepaßt ist, wobei sich an den Hohlraumabschnitt an dem der geschlossenen Seite gegenüberliegenden Ende des Hohlraumabschnittes eine im wesentlichen senkrecht zum Hohlraumabschnitt nach außen vorkragende Schulter anschließt.

Dabei sind die Piezo-Hohlzylinder und die hutförmigen Elemente bevorzugt derart ineinander verschachtelt, daß sich der jeweils äußere zweier Piezo-Hohlzylinder auf dem Kragen des über den inneren Piezo-Hohlzylinder gezogenen Hutkörpers abstützt. Diese Variante der Erfindung hat den besonderen Vorteil einer besonders einfachen und dennoch auch im Dauerbetrieb funktionssicheren Bauform, die zudem auch kostengünstig realisierbar ist. Ferner lassen sich mit ineinander verschachtelten Hohlkörpern und Hutelementen auf einfachste Weise mehrstufige Varianten realisieren, z. B. hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, vierstufige Varianten zu bilden, da bei vier Stufen schon oft auf einen Wegverstärker verzichtet werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teilbereiches eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teilbereiches eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teilbereiches eines piezobetätigten Injektors ohne verkürzte Bauform.

Fig. 1 zeigt einen Einspritzinjektor 1 für Dieselmotoren, der einen Injektorkörper 2 aufweist, in dem eine Einspritznadel (nicht dargestellt) axialverschieblich geführt ist und feder- und hochdruckbelastet in üblicher Weise auf einem Einspritznadelsitz aufliegt. Die Einspritznadel grenzt im Bereich ihrer Spitze an eine Druckkammer sowie an ihrem hinteren Ende direkt oder über zwischengeschaltete Übertragungsglieder an einen Steuerraum S an. Eine Hochdruckleitung 3 dient zur Zuleitung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff zur Druckkammer und - über eine hier nicht gezeigte Zweigleitung - zum Steuerraum S. Durch Druckreduzierung im Steuerraum wird die Nadel gegen die Federkraft von ihrem Sitz im Steuerraum abgehoben, so daß Kraftstoff unter Hochdruck in den Verbrennungsraum strömen kann. Die Druckreduzierung wird beispielsweise durch Öffnen eines Ventiles zwischen dem Steuerraum und einer Niederdruck-Rücklaufleitung erzeugt. Wird dieses Ventil geöffnet, sinkt der Druck im Steuerraum (über eine Drossel), so daß die Nadel gegen den verbleibenden Druck der Feder durch den im Druckraum anliegenden Hochdruck vom Nadelsitz durch Axialverschiebung abhebt.

Als Aktuator (Aktor) zur Betätigung der Einspritznadel (bzw. des Ventiles) ist ein Piezoblock 4 vorgesehen, der eine Betätigung des Ventiles (hier ein Kugelventil 5) erlaubt, welches die (nicht dargestellte) Drosselverbindung zur Niederdruck- Rücklaufleitung (ebenfalls nicht dargestellt) verschließt. Der Piezoblock 4 umfaßt zwei teleskopartig ineinander verschachtelte Piezo-Hohlzylinder 6a, 6b, die zwischen die hutförmigen Elemente 7 eingesetzt sind. Die hutförmigen Elemente 7 weisen einen Hohlraumabschnitt 7a auf, der an einer Seite (7c) verschlossen ist und der über den inneren Hohlzylinder 6b gestülpt ist. An das der geschlossenen Seite 7c gegenüberliegende Ende des Hohlraumabschnittes 7a schließt sich eine im wesentlichen senkrecht zum Hohlraumabschnitt nach außen vorkragende Schulter 7b an. Dabei sind die Piezo-Hohlzylinder 6a, 6b und die hutförmigen Elemente 7 derart ineinander verschachtelt, daß sich der jeweils äußere zweier Piezo-Hohlzylinder auf dem Kragen 7b des über den inneren Piezo-Hohlzylinder 6b gezogenen Hutelementes 7 abstützt. Auf diese Weise kann der Hub des Piezoblockes erhöht werden, ohne daß daraus nach Art der Fig. 3 durch das Hintereinanderschalten zweier Piezoelemente eine verlängerte Bauform resultiert (bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel wurde gegenüber Fig. 3 immerhin eine Bauraumreduzierung von 19,17 mm realisiert!).

Die Piezozylinder sind in einen Hohlkörper 8 (Injektorkopf) eingesetzt, der auf dem Injektorkörper 2 aufsitzt und grenzen an einen Wegübersetzer bzw. -verstärker 9 an, der über Membranen 10 auf das Kugelventil 5 wirkt das bei einer Betätigung eine (nicht dargestellte) Öffnung zu einer Niederdruckleitung freigibt. Auf dem Hohlkörper 8 sitzen ein Ring 11 und ein Anschlußelement 12.

Demgegenüber sind bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vier Hohlzylinder 6a bis 6d nebst drei Hutelementen 7 ineinander geschachtelt, so daß es gegenüber Fig. 1 möglich ist, auf den Kosten verursachenden Wegübersetzer ganz zu verzichten! Die Hubübertragung erfolgt über das Übertragungsglied 13 und einen Kolben 14. Dichtungen 15 dichten den Piezoblock 4 gegen den Steuerbereich ab.

Wie in Fig. 2 ferner zu erkennen, wurde der Injektorkopf 8' gegenüber Fig. 1 deutlich verkürzt. Dies ist möglich, da der gesamte Piezoblock 4 weiter nach unten bis in den Injektorkörper 2 in den Raum des eingesparten Wegverstärkerelementes verlegt wurde. Gegenüber Fig. 1 ergibt sich in vorteilhafter Weise eine nochmals deutlich reduzierte Injektorlänge!

Claims

1. Einspritzinjektor für Dieselmotoren, der folgendes aufweist:

a) eine axial verschieblich geführte Einspritznadel, welche auf einem Einspritznadelsitz aufliegt und die an eine Druckkammer sowie an einen Steuerraum angrenzt,
b) eine Hochdruckleitung zur Zuleitung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff zur Druckkammer und zum Steuerraum,
c) einen Aktuator zur Betätigung der Einspritznadel, der derart ausgelegt ist, daß er zur Betätigung der Einspritznadel auf der Rückseite der Einspritznadel eine Verbindung zwischen dem Steuerraum und einem Niederdruckabschnitt öffnet oder verschließt, wobei
d) der Aktuator als Piezoblock (4) ausgebildet ist, der durch Volumenänderung die Einspritznadel betätigt,
dadurch gekennzeichnet, daß
e) der Piezoblock (4) wenigstens zwei Piezo-Körper aufweist, die als Hohlkörper ausgebildet und teleskopartig ineinander gefügt sind.

2. Einspritzinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezo- Körper gegeneinander derart abgestützt sind, daß sich der Hub der ineinander gefügten Piezo-Körper zu einem Gesamthub addiert.

3. Einspritzinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoblock (4) die Verbindung zwischen dem Steuerraum (S) und dem Niederdruckabschnitt direkt oder über ein Ventil (5) öffnet oder verschließt.

4. Einspritzinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoblock (4) direkt oder indirekt über Kraftübertragungselemente die Einspritznadel betätigt.

5. Einspritzinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper als Hohlzylinder (6) ausgebildet sind.

6. Einspritzinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Piezo-Hohlzylinder (6) hutförmige Elemente (7) eingesetzt sind.

7. Einspritzinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hutförmigen Elemente (7)

a) einen einseitig geschlossenen Hohlraumabschnitt (7a) aufweisen, der an die Geometrie der Piezo-Hohlzylinder (6) angepaßt ist,
b) wobei sich an den Hohlraumabschnitt (7a) an dem der geschlossenen Seite (7c) gegenüberliegenden Ende eine im wesentlichen senkrecht zum Hohlraumabschnitt (7a) nach außen vorkragende Schulter (7b) anschließt.

8. Einspritzinjektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Piezo-Hohlzylinder (6) und die hutförmigen Elemente (7) derart ineinander gefügt sind, daß sich der jeweils äußere zweier Piezo-Hohlzylinder (6a) auf dem Kragen des über den inneren Piezo-Hohlzylinder (6b) gezogenen hutförmigen Elementes (7) abstützt.

9. Einspritzinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Piezoblock (4) Übertragungsglieder (13, 14) zur Betätigung des Ventiles (5) geschaltet sind, welches den Steuerraum (S) mit einem Niederdruckbereich verbindet.

10. Einspritzinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Kugelventil (5) ist.

11. Einspritzinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß derart viele Piezo-Hohlkörper ineinander gefügt sind, daß der addierte Piezohub der Einzel-Hohlkörper dazu ausreicht, wegübersetzerfrei den nötigen Hub zur Betätigung der Einspritznadel zu erzeugen.

12. Einspritzinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vier der Piezo-Hohlzylinder (6) ineinander gefügt sind.

13. Einspritzinjektor nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Piezo-Hohlzylinder (6) ineinander gefügt sind, wobei dem Piezoblock (4) ein Wegübersetzer (9) nachgeschaltet ist.