DE102005020366A1

DE102005020366A1 - Kraftstoffeinspritzdüse mit Bewegungsumkehr für einen piezoelektrischen Aktor

Info

Publication number: DE102005020366A1
Application number: DE200510020366
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-11-09

Abstract

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen umfasst einen Düsenkörper (2) mit mindestens einem Spritzloch (11), eine in einer Bohrung (3) des Düsenkörpers (2) gegen die Wirkung einer Schließfeder (8) axial verschiebbare Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch das mindestens eine Spritzloch (11) steuert, einen axial verschiebbar geführten Übersetzerkolben (12), der mit der Düsennadel (4) mittels eines dazwischen vorgesehenen Kopplungsraums (16) hydraulisch bewegungsgekoppelt ist, und einen piezoelektrischen Aktor (13), der in Schließrichtung der Düsennadel (4) auf den einen Hebelarm (19a) mindestens eines ortsfest abgestützten doppelarmigen Übersetzerhebels (19) wirkt, dessen anderer Hebelarm (19b) vom Übersetzerkolben (12) in Öffnungsrichtung der Düsennadel (4) hintergriffen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine direkt gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüse mit einem piezoelektrischen Aktor.
Bekannt sind direkt gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüsen mit invers betriebenen piezoelektrischen Aktoren, die während den Einspritzungen nicht bestromt und in den Pausen dazwischen bestromt werden. Nachteil einer solchen direkt gesteuerten Kraftstoffeinspritzdüse ist die Dauerbestromung des piezoelektrischen Aktors in den relativ zu den kurzen Einspritzphasen langen Pausen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass mittels eines Hebelmechanismus der Übersetzerkolben und damit auch die Düsennadel in entgegen gesetzter Richtung mit dem piezoelektrischen Aktor bewegungsgekoppelt sind. Dadurch ist eine normale Bestromung, d.h. nur während der Einspritzung, möglich.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse in geschlossenem Zustand; und
2 die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse in geöffnetem Zustand.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse (CR-Injektor) 1 für Brennkraftmaschinen weist einen ein- oder mehrstückigen, zylindrischen Düsenkörper 2 auf, der mit seinem freien unteren Ende in einen nicht näher gezeigten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. In einer Bohrung 3 des Düsenkörpers 2 ist eine Düsennadel 4 axial verschiebbar geführt, die einen im Düsenkörper 2 ausgebildeten Ringraum 5 radial nach innen begrenzt. Über eine in den Innenraum 6 des Düsenkörpers 2 mündende Kraftstoff-Hochdruckleitung 7 ist der Ringraum 5 mit einem nicht gezeigten Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Common Rail) verbunden. Die gesamte Kraftstoffeinspritzdüse 1 ist somit mit Raildruck geflutet.
Eine Schließfeder 8 presst die Düsennadel 4 nach unten in einen konischen Dichtsitz 9 am brennraumseitigen Ende der Bohrung 3. In dem in 1 gezeigten geschlossenen Zustand der Kraftstoffeinspritzdüse 1 verhindert ein Dichtkonus 10 der Düsennadel 4 in Verbindung mit dem Dichtsitz 9, dass Kraftstoff aus dem Ringraum 5 durch Spritzlöcher 11 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Die Schließfeder 8 ist an einem Übersetzerkolben 12 abgestützt, der im Düsenkörper 2 axial verschiebbar geführt und mittels eines piezoelektrischen Aktors 13 gegen die Wirkung einer am Düsenkörper 2 abgestützten Vorspannfeder 14 in Öffnungsrichtung der Düsennadel 4 betätigbar ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Vorspannfeder 14 des piezoelektrischen Aktors 13 als Federhülse ausgebildet.
Außen auf dem Übersetzerkolben 12 ist eine Dichthülse 15 angeordnet, die zwischen Düsennadel 4 und Übersetzerkolben 12 einen Kopplungsraum 16 begrenzt. Über eine Feder 17, die sich an einer Zwischenscheibe 18 des Düsenkörpers 2 abstützt, ist die Dichthülse 15 in Anlage an den Düsenkörper 2 gedrückt und dadurch der Kopplungsraum 16 gedrosselt an die Kraftstoff-Hochdruckleitung 7 angeschlossen. Über den mit Kraftstoff gefüllten Kopplungsraum 16 ist die Düsennadel 4 mit dem Übersetzerkolben 12 hydraulisch bewegungsgekoppelt. Die Schließfeder 8 ist im Kopplungsraum 16 angeordnet und einerseits an der Düsennadel 4 und andererseits am Übersetzerkolben 12 abgestützt.
Der piezoelektrische Aktor 13 ist auf der der Düsennadel 4 abgewandten Seite des Übersetzerkolbens 12 angeordnet und mittels zweier doppelarmiger Übersetzerhebel 19 mit dem Übersetzerkolben 12 in Gegenrichtung bewegungsgekoppelt. Die beiden Übersetzerhebel 19 sind jeweils auf der ortsfesten Zwischenscheibe 17 verkippbar abgestützt und liegen bezüglich der Achse des Übersetzerkolbens 12 einander gegenüber. Der piezoelektrische Aktor 13 wirkt mit einem gerundeten Aktorkopf 20 jeweils auf die einander zugewandten, innen liegenden Hebelarme 19a der doppelarmigen Übersetzerhebel 19, während die einander abgewandten, außen liegenden Hebelarme 19b jeweils von einem die Zwischenscheibe 18 durchgreifenden Arm 21 des Übersetzerkolbens 12 in Öffnungsrichtung der Düsennadel 4 hintergriffen sind.
Im gezeigten geschlossenen Zustand der Düsennadel 4 ist der piezoelektrische Aktor 13 nicht bestromt, und der Übersetzerkolben 12 ist durch die Vorspannfeder 14 nach unten gedrückt. Die Düsennadel 4 hat im Ringraum 5 eine Druckschulter 22, an der der im Ringraum 5 herrschende Druck in Öffnungsrichtung angreift. Diese Öffnungskraft reicht jedoch bei nichtbestromtem piezoelektrischem Aktor 13 nicht aus, die Düsennadel 4 gegen die Wirkung der Schließfeder 8 aufzusteuern.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse 1 beschrieben.
Wenn der piezoelektrische Aktor 13 bestromt wird, bewegt sich der Aktorkopf 20 nach unten und drückt die innen liegenden Hebelarme 19a ebenfalls nach unten. Dadurch verschwenken die außen liegenden Hebelarme 19b nach oben und ziehen den Übersetzerkolben 12 nach oben, also in Öffnungsrichtung der Düsennadel 4. Dadurch sinkt der im Kopplungsraum 16 herrschende Druck unter den Raildruck ab, und über den sinkenden Druck wird die Düsennadel 4 gegen die Wirkung der Schließfeder 8 nach oben gezogen. Die Düsennadel 4 hebt von ihrem Dichtsitz 9 ab, und über die nun freigegebenen Spritzlöcher 11 wird Kraftstoff aus dem Ringraum 6 in den Brennraum eingespritzt, wie in 2 gezeigt ist.
Zum Schließen der Düsennadel 4 wird die Bestromung des piezoelektrischen Aktors 13 beendet. Die Vorspannfeder 14 drückt den Übersetzerkolben 12 nach unten und dadurch über die Übersetzerhebel 19 den piezoelektrischen Aktor 13 nach oben, also jeweils zurück in die in 1 gezeigte Ausgangslage. Dadurch verringert sich das Volumen im Kopplungsraum 12, und der darin herrschende Druck steigt über den Raildruck an, so dass die Düsennadel 4 schließt.
Zwischen den beiden einander zugewandten Hebelarmen 19a der beiden Übersetzerhebel 19 ist ein Zwischenraum vorgesehen, in den der runde Aktorkopf 20 hineinragt. Die mit dem runden Aktorkopf 20 zusammenwirkenden Enden der innen liegenden Hebelarme 19a sind ebenfalls gerundet, wodurch die beiden Übersetzerhebel 19 durch den runden Aktorkopf 20 beim Verkippen stets radial nach außen in Anlage an die Arme 21 gedrückt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Hebelarme 19a, 19b gleich lang, d.h., die Stellbewegung des piezoelektrischen Aktors 13 wird 1:1 auf den Übersetzerkolben 12 übertragen.
In einer andern nicht gezeigten Ausführungsform sind die beiden Hebelarme 19a, 19b unterschiedlich lang, insbesondere der innen liegende Hebelarm 19a länger als der außen liegende Hebelarm 19b. Dies führt einerseits am Übersetzerkolben 12 zu einer Übersetzung der Stellbewegung des piezoelektrischen Aktors 13 im Verhältnis der beiden Hebelarme 19a, 19b und andererseits zu einer Erhöhung der auf den Übersetzerkolben 12 wirkenden Vorspannfeder 14 des piezoelektrischen Aktors 13.

Claims

Kraftstoffeinspritzdüse (1) für Brennkraftmaschinen, umfassend – einen Düsenkörper (2) mit mindestens einem Spritzloch (11), – eine in einer Bohrung (3) des Düsenkörpers (2) gegen die Wirkung einer Schließfeder (8) axial verschiebbare Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch das mindestens eine Spritzloch (11) steuert, – einen axial verschiebbar geführten Übersetzerkolben (12), der mit der Düsennadel (4) mittels eines dazwischen vorgesehenen Kopplungsraums (16) hydraulisch bewegungsgekoppelt ist, und – einen piezoelektrischen Aktor (13), der in Schließrichtung der Düsennadel (4) auf den einen Hebelarm (19a) mindestens eines ortsfest abgestützten doppelarmigen Übersetzerhebels (19) wirkt, dessen anderer Hebelarm (19b) vom Übersetzerkolben (12) in Öffnungsrichtung der Düsennadel (4) hintergriffen ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander bezüglich der Achse des Übersetzerkolbens (12) einander gegenüberliegende Übersetzerhebel (19) vorgesehen sind.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Aktor (13) mit den einander zugewandten Hebelarmen (19a) der beiden Übersetzerhebel (19) zusammenwirkt.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden einander zugewandten Hebelarmen (19a) der beiden Übersetzerhebel (19) ein Zwischenraum vorgesehen ist, in den der piezoelektrische Aktor (13) hineinragt.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem piezoelektrischen Aktor (13) zusammenwirkende Ende des bzw. jedes Hebelarms (19a) gerundet ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem bzw. den Hebelarmen (19a) zusammenwirkender Kopf (20) des piezoelektrischen Aktors (13) gerundet ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hebelarme (19a, 19b) des Übersetzerhebels (19) gleich sind.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hebelarme (19a, 19b) des Übersetzerhebels (19) unterschiedlich lang sind.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Übersetzerhebel (19) an einer Zwischenscheibe (18) des Düsenkörpers (2) abgestützt ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspannfeder (14) des piezoelektrischen Aktors (13) einerseits am Düsenkörper (2) und andererseits am Übersetzerkolben (12) abgestützt ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (8) im Kopplungsraum (16) angeordnet und einerseits an der Düsennadel (4) und andererseits am Übersetzerkolben (12) abgestützt ist.