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Die Erfindung betrifft eine Injektor-Anordnung für einen Verbrennungsmotor wie z. B. einem Dieselmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Injektoren oder Einspritzdüsen bilden wesentliche Bauteile z. B. eines Dieselmotors. Durch sie erfolgt das Einspritzen des Kraftstoffs in den jeweiligen Zylinder, bevor das Treibstoff-Luft-Gemisch durch Verdichtung gezündet wird. Der Injektor ist zumindest überwiegend in einer vorgesehenen Ausnehmung im Zylinderkopf angeordnet. Der Injektor verfügt über ein Ventil, das zum Einspritzen geöffnet wird. Dies kann zum einen durch einen Druckpuls erfolgen, der durch eine dem einzelnen Injektor zugeordnete Pumpe erzeugt wird. Zum anderen ist es auch möglich, dass das Ventil elektromagnetisch gesteuert wird, wobei sämtliche Injektoren durch ein gemeinsames Druckreservoir gespeist werden. Je nach Bauform des Dieselmotors erfolgt die Einspritzung direkt in den Verbrennungsraum (Direkteinspritzung), wobei das Kolbendach oftmals eine ringförmige Mulde aufweist, oder aber in eine Wirbelkammer eines geteilten Brennraums (Kammermotor).
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Neben der Geometrie des Injektors, insbesondere der Anzahl, Form, Größe und Ausrichtung der Öffnungen, über die der eigentliche Einspritzungsvorgang erfolgt, wird der Verbrennungsprozess maßgeblich durch den so genannten Düsenkuppen-Vorstand beeinflusst. Dieser ist ein Maß dafür, wie weit der vorderste Teil des Injektors, die Düsenkuppe, in den Zylinder hineinragt. Allerdings ist es so, dass in Abhängigkeit vom Zyklus und den damit verbundenen unterschiedlichen Betriebspunkten unterschiedliche Kuppenvorstände als optimal anzusehen wären. Dies hängt zum einen mit den unterschiedlichen Anforderungen des Einspritz- und Verbrennungsprozess (bspw. Teillast oder Volllast) zusammen, andererseits damit, dass bei Volllast ein großer Kuppenvorstand eine erhöhte thermische Belastung der Düsenkuppe mit sich bringt, was deren Lebensdauer herabsetzt, während dies bei Teillast ein eher geringes Problem ist.
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Die Effizienz des Verbrennungsprozesses wird durch eine optimale Gemisch-Aufbereitung bestimmt, welche zum einen luftseitig über entsprechende Einlasskanäle und Kolben-Mulden-Geometrien erreicht wird und zum anderen kraftstoffseitig über eine optimale Einbringung des Kraftstoffes durch eine entsprechende Einspritzdüsenkonfiguration. Hierbei ist zu beachten, dass die Eindringtiefe (Düsenkuppen-Vorstand) der Einspritzdüse entsprechend des Betriebspunktes optimal eingestellt wird. Niederlastige Betriebspunkte mit niedrigerer Drehzahl mit meist späten Haupteinspritzungsevents und niedrigem Einspritzdruck benötigen größere Düsenkuppen-Vorstände um ein optimales Strahlbild in der Verbrennungsmulde zu realisieren. Mit zunehmender Last & Drehzahl und entsprechender Frühverstellung des Haupteinspritzevents und zunehmendem Einspritzdruck, benötigt man kleinere Düsenkuppen-Vorstände um ein entsprechendes Muldenstrahlbild zu erreichen. Einspritzstrahlen außerhalb der Mulde sind aus emissionstechnischer Sicht (hohe HC, CO, Russ-Zahlen) zu vermeiden.
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In der Praxis wählt man den Düsenkuppen-Vorstand so, dass dieser einem Kompromiss entspricht. Die Einstellung des Düsenkuppen-Vorstands erfolgt oftmals durch eine starre Unterlegscheibe, die zwischen dem Injektor und dem Zylinderkopf platziert wird, wobei sich eine Schulter des Injektors auf der Unterlegscheibe abstützt, die sich ihrerseits auf dem Zylinderkopf abstützt.
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Die
DE 40 22 299 C2 zeigt eine höhenverstellbare Unterlegscheibe mit zwei übereinanderliegenden Scheibenteilen, die Anlageflächen aufweisen, die als ansteigend verlaufende Schraubenflächen mit jeweils einer Rampe ausgeführt sind. Hierbei sind an jedem Scheibenteil wenigstens zwei konzentrisch liegende Schraubenflächen ausgebildet, deren Rampen um einen bestimmten Winkel in Umlaufrichtung zueinander versetzt sind. Durch Verdrehen der Scheibenteile gegeneinander erfolgt die Höhenverstellung der Unterlegscheibe, wobei durch die zueinander versetzten Rampen eine verbesserte Kippstabilität der Scheibenteile zueinander erreicht wird.
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Die
US 7,703,727 B2 offenbart eine verstellbare Abstandshalter-Anordnung mit zwei aneinander anliegenden Keilelementen, die durch wenigstens eine verstellbare Verbindungsanordnung verbunden sind. Letztere ist in jedem Fall schwenkbar mit beiden Keilelementen verbunden und greift mit diesen über Verbindungselemente ein, deren Abstand zueinander verändert werden kann. Die Abstandsveränderung bewirkt, dass sich die Keilelemente entlang ihrer Anlagefläche zueinander verschieben, wodurch sich die Gesamthöhe der Anordnung verändert. Gemäß einer Ausgestaltung kann der Abstand mittels eines Hydraulikzylinders verändert werden.
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Die
US 2004/0197714 offenbart ein Verfahren zum Korrigieren von Fehlern bei der Herstellung von Halbleiterstrukturen. Hierbei sollen Fehler beim Belichtungsprozess dadurch korrigiert werden, dass die belichtete fotosensitive Schicht nachträglich mit Infrarotstrahlung behandelt wird. Ein Ausführungsbeispiel zeigt die fotosensitive Schicht, gefolgt von einer für Infrarotstrahlung undurchlässigen Schicht und einer durchlässigen Schicht. In einem Abstand, der über zwei einstellbare Abstandhalter eingestellt werden kann, folgt die Infrarotstrahlungsquelle. Optional können die Abstandhalter als Piezo-Elemente ausgebildet sein.
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Die
CN 202114508 U zeigt eine Unterlegeinheit mit einstellbarer Höhe. Diese umfasst eine Basis, einen Einstellblock sowie eine Mutter. Der Einstellblock und die Mutter sind mit Innengewinden versehen und auf ein Außengewinde an einem Schaft der Basis aufgeschraubt. Durch Auf- und Abschrauben kann die Gesamthöhe der Einheit variiert werden.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Bereitstellung eines hinsichtlich des Einspritzvorganges optimierten Injektors, insbesondere im Hinblick auf den Düsenkuppen-Vorstand, noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einspritzvorgang eines Injektors in einem Verbrennungsmotor, wie z. B. einem Dieselmotor, zu optimieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Injektor-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird eine Injektor-Anordnung für einen Verbrennungsmotor, wie z. B. einem Dieselmotor zur Verfügung gestellt. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Dieselmotor für ein Kraftfahrzeug wie einen LKW oder PKW handeln. Natürlich kann es sich bei dem Verbrennungsmotor auch um einen Ottomotor handeln. Der Begriff "Anordnung" bedeutet normalerweise, dass diese mehrere Teile umfasst, die aber ggf. nicht-lösbar miteinander verbunden sein können. Die Injektor-Anordnung weist einen Injektor zur wenigstens teilweisen Anordnung in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors, wie z. B. des Dieselmotors auf. D. h., der Injektor wird in einer entsprechend ausgebildeten Ausnehmung des Zylinderkopfes montiert. Teile des Injektors können an einer dem Zylinder zugewandten Seite und/oder einer vom Zylinder abgewandten Seite aus dem Zylinderkopf herausragen. Selbstverständlich dient der Injektor, der auch als Einspritzdüse bezeichnet werden kann, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors, wie z. B. des Dieselmotors, d.h. er verfügt über einen Anschluss für eine Treibstoffleitung sowie über ein Ventil, mittels dessen der Einspritzvorgang gesteuert werden kann. Hinsichtlich der Art der Einspritzsteuerung bestehen im Rahmen der Erfindung grundsätzlich keine Einschränkungen. D.vh. das Ventil kann bspw. durch einen Druckpuls über eine dem Injektor zugeordnete Pumpe oder aber elektromagnetisch geöffnet werden.
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Der Injektor weist eine in einer axialen Richtung endseitig angeordnete Düsenkuppe auf. Diese Düsenkuppe bildet gewissermaßen das Ende des Injektors, das in eingebauten Zustand zum Zylinder hin orientiert ist und ggf. auch in diesen hineinragt. Der Begriff „axiale Richtung" ist nicht dahingehend auszulegen, dass der Injektor oder Teile desselben notwendigerweise eine (Achsen-)Symmetrie bezüglich dieser Richtung aufweisen, wenngleich dies auf Teile des Injektors zutreffen kann. Selbstverständlich weist die axiale Richtung in eingebauten Zustand zum Zylinder hin. Natürlich kann der Injektor mit seiner Achse zur Zylinderachse schrägstehend angeordnet sein, was bei einem Mehrventilkonzept also z. B. bei einem Zweiventilkonzept möglich ist, wobei auch bei dieser Ausgestaltung die axiale Richtung im Sinne der Erfindung im eingebauten Zustand zum Zylinder weist. Die Düsenkuppe weist Öffnungen auf, durch die der Treibstoff aus dem Injektor in den Zylinder eingeführt, also z. B. gespritzt wird.
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Erfindungsgemäß weist die Injektor-Anordnung einen Aktor auf, durch den eine Position der Düsenkuppe relativ zum Zylinderkopf entlang der axialen Richtung veränderbar ist. Durch den genannten Aktor ist im eingebauten Zustand der Düsenkuppen-Vorstand veränderbar, da Zylinderkopf und Zylinder stationär zueinander montiert werden. Es ist somit möglich, über den Aktor den Vorstand anzupassen, je nach momentanen Anforderungen. So kann bspw. bei Volllast ein kleinerer Düsenkuppen-Vorstand eingestellt werden als bei Teillast. Die Veränderungen können hierbei während des Betriebs des Verbrennungsmotors, z. B. des Dieselmotors gewissermaßen dynamisch erfolgen. Je nach Art und Schnelligkeit des Aktors ist es auch möglich, die Position der Düsenkuppe innerhalb eines Zyklus zu verändern.
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Die Effizienz des Verbrennungsprozesses wird durch eine optimale Gemisch-Aufbereitung bestimmt, welche zum einen luftseitig über entsprechende Einlasskanäle und Kolben-Mulden-Geometrien erreicht wird und zum anderen kraftstoffseitig über eine optimale Einbringung des Kraftstoffes durch eine entsprechende Einspritzdüsenkonfiguration. Mit der Erfindung wird die Eindringtiefe (Düsenkuppen-Vorstand) der Einspritzdüse entsprechend des Betriebspunktes optimal anpassbar kontinuierlich eingestellt. So sind mit der Erfindung je nach Betriebslast größere oder kleinere Düsenkuppen-Vorstände einstellbar um ein optimales Strahlbild in der Verbrennungsmulde zu realisieren, wobei auch Einspritzstrahlen außerhalb der Mulde (hohe HC, CO, Ruß-Zahlen) vermieden sind.
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Die Veränderbarkeit der Position der Düsenkuppe schließt explizit die Möglichkeit ein, dass die Position weiterer Teile des Injektors und insbesondere die Position des Injektors insgesamt veränderbar sein kann. Es versteht sich, dass der Aktor in geeigneter Weise durch die Motorsteuerung angesteuert werden kann. Hinsichtlich der Funktionsweise des Aktors bestehen grundsätzlich keinerlei Beschränkungen, wenngleich nachfolgend noch einige bevorzugte Ausgestaltungen diskutiert werden. Der Aktor kann fest mit dem Injektor verbunden und ggf. sogar in diesen integriert sein. Alternativ kann er aber bspw. auch ein separates Bauteil bilden, das am Injektor anliegt. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Injektor-Anordnung eine Mehrzahl von Aktoren aufweist, wenngleich ein einziger Aktor ausreichend ist.
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Da es wünschenswert ist, dass sich die Position der Düsenkuppe in vorherbestimmter Weise einstellen lässt, sind erfindungsgemäß durch den Aktor wahlweise eine vorgegebene Minimalposition und eine vorgegebene Maximalposition der Düsenkuppe einstellbar. Die Minimal- sowie Maximalposition stellen die äußersten Positionen der Bewegung der Düsenkuppe dar. Zumindest diese beiden Positionen kann die Düsenkuppe in definierter Weise einnehmen und sie kann in diesen Positionen gehalten werden. Selbstverständlich entspricht eine der Positionen einem minimalen Düsenkuppen-Vorstand und die andere einem maximalen Düsenkuppen-Vorstand. So kann bspw. die Minimalposition für Volllast und die Maximalposition für Teillast vorgesehen sein oder umgekehrt.
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Wenngleich sich bereits durch die Möglichkeit der Einstellung von zwei Extrempositionen eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erreichen lässt, ist es vorteilhaft, wenn durch den Aktor wenigstens eine Zwischenposition zwischen der Minimalposition und der Maximalposition einstellbar ist. Hierdurch ist eine feinere Abstimmung des Düsenkuppen-Vorstands möglich, wodurch der Verbrennungsprozess noch effizienter gestaltet werden kann. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Zwischenpositionen oder sogar jede beliebige Zwischenposition einstellbar sein. Eine Vielzahl unterschiedlicher Aktoren sind für den letztgenannten Fall, bei dem also eine kontinuierliche Einstellbarkeit gegeben ist, geeignet (nicht jedoch bspw. ein Schrittmotor).
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Wie bereits erläutert, kann die Positionsänderung nur einen Teil des Injektors, der die Düsenkuppe umfasst, betreffen. Es wäre somit denkbar, dass ein anderer Teil des Injektors stationär bleibt und der Injektor sich gewissermaßen streckt bzw. zusammenzieht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung betrifft die Positionsänderung den gesamten Injektor. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Injektor-Anordnung ein Abstandselement zur Anordnung zwischen dem Injektor und dem Zylinderkopf umfasst, wobei durch den Aktor eine axiale Ausdehnung des Abstandselements einstellbar ist. Das genannte Abstandselement kann ggf. lösbar oder nicht-lösbar mit dem Injektor verbunden sein oder es kann separat ausgebildet sein und nur am Injektor anliegen. Normalerweise ist das Abstandselement in der axialen Richtung zwischen dem Injektor und dem Zylinderkopf angeordnet. In jedem Fall bewirkt die Änderung der axialen Ausdehnung des Abstandselements, dass sich die axiale Position des Injektors gegenüber dem Zylinderkopf verändert. Das Abstandselement kann aus einem Bauteil oder einer Mehrzahl von Bauteilen bestehen. Grundsätzlich ist auch denkbar, dass mehrere Abstandselemente vorgesehen sind. Gemäß einer Ausgestaltung sind sowohl am Injektor als auch am Zylinderkopf Schultern ausgebildet, die im Winkel zur axialen Richtung verlaufen und die sich unter Zwischenschaltung des Abstandselements aufeinander abstützen.
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Um ein Verkanten des Injektors zu verhindern, wenn dieser durch das Abstandselement verschoben wird, ist es vorteilhaft, wenn die Krafteinwirkung durch das Abstandselement nicht einseitig, sondern mehr oder weniger symmetrisch erfolgt. Dies wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch unterstützt, dass das Abstandselement tangential umlaufend um den Injektor angeordnet ist. Der Begriff "tangential" ist hierbei selbstverständlich in Relation zur oben erwähnten axialen Richtung zu verstehen. Das Abstandselement kann ganz oder teilweise umlaufend angeordnet sein, wobei es bevorzugt einen Winkel von wenigstens 180° um den Injektor einnimmt. Das Abstandselement kann hierbei insbesondere einen kreisringförmigen oder kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt kann aber prinzipiell auch bspw. oval oder polygonal ausgebildet sein. Insbesondere in Fällen, in denen das Abstandselement vollständig umlaufend angeordnet ist, kann man auch davon sprechen, dass der Injektor durch das Abstandselement hindurchgeführt ist. Innerhalb des Abstandselements ist eine Ausnehmung ausgebildet, die wenigstens den Außenabmessungen des Injektors entspricht. Der Injektor kann hierbei einen verjüngten Bereich aufweisen, der durch eine Schulter in einen breiteren Bereich übergeht, wobei das Abstandselement an der Schulter anliegt und den verjüngten Bereich ganz oder teilweise umschließt.
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Das Abstandselement kann ggf. platzsparend ausgeführt sein. Gemäß einer Ausgestaltung ist das Abstandselement in der axialen Richtung abgeplattet. Dies ist so zu verstehen, dass eine Abmessung des Abstandselements entlang der axialen Richtung kleiner ist als die minimale Abmessung quer zur axialen Richtung. Diese Ausgestaltung kann insbesondere mit der oben erwähnten umlaufenden Anordnung des Abstandselementes kombiniert werden. Bspw. ist bei einem kreisringförmigen Abstandselement dessen Dicke (in axialer Richtung) kleiner als dessen äußerer Durchmesser. Weiterhin kann die Dicke kleiner sein als der innere Radius, bzw. allgemein formuliert: Sie kann weniger als 50 % der minimalen Abmessung quer zur axialen Richtung betragen. Bevorzugt erstreckt sich das Abstandselement in einer Ebene quer zur axialen Richtung. Es kann insbesondere in etwa die Form einer Unterlegscheibe aufweisen.
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Wenngleich es prinzipiell denkbar ist, dass das Abstandselement und der Aktor voneinander völlig getrennte Bauteile bilden, ist es bevorzugt, dass das Abstandselement den Aktor wenigstens teilweise umfasst. D.h., wenigstens ein Teil des Aktors ist in das Abstandselement integriert oder es ist sogar denkbar, dass keine physische Trennung zwischen Aktor und Abstandselement gegeben ist, d.h., dass der Aktor (oder ggf. ein Teil desselben) durch das Abstandselement gebildet ist bzw. dass der Aktor das Abstandselement bildet.
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Hinsichtlich der Funktionsweise des verwendeten Aktors bestehen grundsätzlich keine Einschränkungen. Insgesamt sind Aktoren bevorzugt, mit denen sich eine schnelle Reaktionszeit realisieren lässt. Insbesondere sollte die Reaktionszeit deutlich geringer sein als eine Zykluszeit des Verbrennungsmotors, also z. B. des Dieselmotors, damit der Düsenkuppen-Vorstand während eines Zyklus angepasst werden kann. Bevorzugt ist, wenn die Injektorverstellung zyklusaufgelöst ist, also im Millisekunden Bereich durchführbar ist. Der Aktor kann bspw. als elektroaktiver Polymer-Aktor (EAP-Aktor) oder als Elektromotor ausgebildet sein. In Letzterem Fall kann es sich insbesondere um einen Linearmotor handeln. Der Elektromotor kann ggf. auch als Schrittmotor ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor ein Piezo-Aktor, also ein Piezo-Element. Dies lässt sich vorteilhaft mit der Ausgestaltung kombinieren, bei der ein Abstandselement vorgesehen ist, welches als Unterlegscheibe ausgebildet ist. Mit einem solchen Aktor lässt sich die axiale Ausdehnung des Abstandselements in besonders einfacher Weise verändern, ohne dass der Aktor bewegliche Teile umfassen muss. Das Anlegen einer elektrischen Spannung an ein Piezo-Element führt dazu, dass sich dessen Ausdehnung verändert, d. h. das Piezo-Element zieht sich zusammen bzw. dehnt sich aus. Beispielsweise kann es sich um ein Piezo-Vielschicht-Element handeln, womit bei gleicher Spannung eine größere Ausdehnung erreichbar ist. Die Reaktionszeit eines Piezo-Aktors ist ausreichend klein, um eine Mehrzahl von Einstellungen während einer Zykluszeit des Verbrennungsmotors, also z. B. des Dieselmotors vorzunehmen. Mittels eines solchen Aktors lässt sich selbstverständlich durch die Wahl der Spannung die Position der Düsenkuppe bzw. des Injektors kontinuierlich verändern, was bedeutet, dass der Düsenkuppen-Vorstand kontinuierlich veränderbar ist.
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Hierbei ist es weiter bevorzugt, dass der Piezo-Aktor durch das Abstandselement gebildet ist. D. h. in diesem Fall ist überhaupt keine physische Trennung von Aktor und Abstandselement gegeben, sondern ein Bauteil erfüllt beide Funktionen. Der Piezo-Aktor ist also in diesem Fall als Abstandselement zwischen Injektor und Zylinderkopf angeordnet und durch die Veränderung seiner axialen Ausdehnung, die über eine Spannungsversorgung eingestellt werden kann, erfolgt die Positionsveränderung des Injektors. Der Piezo-Aktor kann hierbei kreisringförmig ausgebildet sein und in etwa die Form und Abmessungen einer Unterlegscheibe aufweisen, wie bereits oben erwähnt. D. h., abgesehen davon, dass Zuleitungen für die Spannungsversorgung des Aktors vorgesehen sein müssen, lässt sich diese Ausgestaltung besonders leicht und ohne größere Anpassungen in bestehende Systeme integrieren. Der Aktor übt gewissermaßen einen Druck, aber keinen Zug aus, so dass der Injektor aktiv angehoben aber nicht abgesenkt wird. Insofern ist in bevorzugter Ausgestaltung eine Befestigungsvorrichtung in der beispielhaften Ausgestaltung als so genannte Pratze vorgesehen, die für den Injektor Einbau in die Injektor Bohrung verwendet wird. Eine Seite der Verpratzung liegt auf dem Zylinderkopf auf, die andere Seite auf dem Injektor. Durch eine mittige Verschraubung in der Pratze wird der Injektor entsprechend „verschraubt“, so dass der Injektor auch bei einer sich verringernden Ausdehnung des Aktors in der Ausgestaltung als Piezo-Element-Unterlegscheibe die entsprechende Bewegung ausführt. Die Pratze ist demnach quasi eine Art Rückstellfeder. Bei einer möglichen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, den Aktor in der Ausgestaltung als Piezo-Element-Unterlegscheibe einerseits an seiner Anlage zum Zylinderkopf und andererseits an seiner Anlage zum Injektor jeweils unbeweglich festzulegen, so dass durch Ausdehnungsänderung der Piezo-Element-Unterlegscheibe eine entsprechende Verstellung des Düsenkuppen-Vorstandes durch die Relativbewegung bewirkt wird. Denkbar ist auch dass der Injektor schwerkraftbedingt den Ausdehnungsveränderungen der Piezo-Element-Unterlegscheibe folgt, insbesondere, wenn sich diese zusammenzieht.
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Gemäß einer anderen möglichen Ausgestaltung ist der Aktor ein hydraulischer Aktor. Ein solcher Aktor ist im Betriebszustand an eine Hydraulikzufuhr angeschlossen, die über eine Pumpe druckbeaufschlagt wird. Der Aktor kann nach Art eines Hydraulikzylinders arbeiten, wobei er entweder einfachwirkend oder doppeltwirkend ausgebildet sein kann. Während im ersteren Fall nur ein Anschluss an die Hydraulikzufuhr vorgesehen ist und die aktive Bewegung des Aktors nur in eine Richtung erfolgt, sind im letzteren Fall zwei Anschlüsse vorgesehen und die aktive Bewegung erfolgt in beide Richtungen. Letzteres kann zur Bereitstellung einer schnelleren Reaktionszeit bevorzugt sein. Prinzipiell ist es auch bei dieser Ausgestaltung möglich, dass der Aktor gleichzeitig das Abstandselement bildet. Prinzipiell kann auch ein solcher hydraulischer Aktor den Injektor kreisringförmig umgeben. Alternativ kann der Aktor ggf. ein pneumatischer Aktor sein, wenngleich sich mit einem hydraulischen Aktor normalerweise eine bessere Präzision und kürzere Reaktionszeit realisieren lässt.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine teilweise Schnittdarstellung eines Teils eines Dieselmotors mit einer erfindungsgemäßen Injektor-Anordnung in einer ersten Stellung;
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2 eine vergrößerte Detailansicht von 1;
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3 eine Detailansicht entsprechend 2 mit der Injektor-Anordnung in einer zweiten Stellung; sowie
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4 eine perspektivische Darstellung eines Aktors der Injektor-Anordnung aus 1–3.
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In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt einen Teil eines Verbrennungsmotors 10, also z. B. eines Dieselmotors 10 in teilweiser Schnittdarstellung. Im Folgenden wird der Verbrennungsmotor 10 als Dieselmotor 10 bezeichnet, wobei der Verbrennungsmotor 10 natürlich auch ein Ottomotor oder ein Hybridmotor sein kann Die Darstellung ist hierbei stark schematisiert und vereinfacht, wobei Elemente, die zur Erläuterung der Erfindung nicht relevant sind, weggelassen wurden.
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Zu erkennen ist ein Teil eines Zylinders 11 mit einem darin angeordneten Kolben 12, der eine ringförmige Mulde 12.1 aufweist. Der Kolben 12 ist gelenkig mit einer Pleuelstange 13 verbunden. Der Zylinder 11 wird in bekannter Weise durch einen Zylinderkopf 14 abgeschlossen, durch den u.a. ein zum Zylinder 11 führender Gaskanal 14.1 für Frischluft sowie einen vom Zylinder 11 weg führender zweiter Gaskanal 14.2 für Abgase verlaufen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Hydraulikstößel, die die Gaskanäle 14.1, 14.2 verschließen können, sowie weitere Details des Zylinderkopfs 14 nicht dargestellt.
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In den Zylinderkopf 14 ist ein Injektor 2 eingesetzt, der Teil einer erfindungsgemäßen Injektor-Anordnung 1 ist. Der Injektor 2 unterscheidet sich im vorliegenden Fall nicht von im Stand der Technik bekannten Injektoren. Er ist nicht angeschnitten dargestellt, da die Details seines inneren Aufbaus im Zusammenhang mit der Erfindung keine besondere Bedeutung haben. Der Injektor 2 ist größtenteils symmetrisch bezüglich einer Längsachse ausgebildet, die sich entlang einer axialen Richtung A erstreckt. Entlang der axialen Richtung A endseitig weist der Injektor 2 eine Düsenkuppe 2.1 auf, an der (nicht dargestellte) Öffnungen zum Einspritzen von Kraftstoff in den Bereich der Mulde 12.1 angeordnet sind. Wie insbesondere in der vergrößerten Detailansicht von 2 erkennbar ist, ragt die Düsenkuppe 2.1 geringfügig aus dem Zylinderkopf 14 in den Bereich des Zylinders 11 hinein. Die Strecke, um die die Düsenkuppe 2.1 in den Zylinder 11 ragt, wird als Düsenkuppen-Vorstand V bezeichnet.
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Dieser Düsenkuppen-Vorstand V, der mit einer axialen Position des Injektors 2 verbunden ist, wird unter anderem durch einen Aktor 3 bestimmt, der zwischen dem Zylinderkopf 14 und dem Injektor 2 angeordnet ist.
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Der Aktor 3 hat als Abstandselement im Wesentlichen die Form einer Unterlegscheibe, wie in der perspektivischen Darstellung in 4 erkennbar ist. Der Aktor 3 ist in 1–3 ebenfalls nicht angeschnitten dargestellt. Am Injektor 2 ist eine Schulter 2.2 ausgebildet, die sich auf dem Aktor 3 abstützt, der sich seinerseits wiederum auf einer gegenüberliegenden Schulter 14.3 des Zylinderkopfs 14 abstützt.
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Der Aktor 3 ist ebenfalls Teil der Injektor-Anordnung 1, und als Piezo-Element-Unterlegscheibe ausgeführt. Der Aktor 3 ist über Leitungen 4, 5 mit einer Spannungsquelle 6 verbunden ist. Die Leitungen 4, 5 sind mit in axialer Richtung A einander gegenüberliegenden Enden des Aktors 3 verbunden. Somit bewirkt eine Spannung zwischen den beiden Leitungen 4, 5 eine Ausdehnung des Aktors 3, also der Piezo-Element-Unterlegscheibe in der axialen Richtung A. Es versteht sich, dass der in den Figuren gezeigte Verlauf der Leitungen 4, 5 nur schematisch zu verstehen ist und vom realen Verlauf abweicht. Die Spannungsquelle 6 kann durch eine (nicht dargestellte) Motorsteuerung reguliert werden.
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Die 1 und 2 zeigen den Aktor 3, also die Piezo-Element-Unterlegscheibe in der minimal möglichen axialen Ausdehnung, die einem maximalen Düsenkuppen-Vorstand V entspricht. In diesem Zustand wird der Aktor 3 durch die Spannungsquelle 6 nicht mit Spannung beaufschlagt. 3 zeigt hingegen einen Zustand, in dem am Aktor 3 eine maximal vorgesehene Spannung anliegt, wodurch dieser sich in axialer Richtung A ausdehnt. Hierdurch wiederum verschiebt sich der Injektor 2 vom Zylinder 11 fort und es ergibt sich ein deutlich geringerer Düsenkuppen-Vorstand V.
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Wie erkennbar ist, ist der Aktor 3, der auch als Piezo-Aktor bezeichnet werden kann, durch das Abstandselement gebildet. D. h. in diesem Fall ist überhaupt keine physische Trennung von Aktor 3 und Abstandselement gegeben, sondern ein Bauteil erfüllt beide Funktionen. Der Piezo-Aktor 3 ist also in diesem Fall als Abstandselement zwischen Injektor und Zylinderkopf angeordnet und durch die Veränderung seiner axialen Ausdehnung, die über eine Spannungsversorgung eingestellt werden kann, erfolgt die Positionsveränderung des Injektors. Der Piezo-Aktor 3 kann hierbei kreisringförmig ausgebildet sein und in etwa die Form und Abmessungen einer Unterlegscheibe aufweisen, wie bereits oben erwähnt. D.h., abgesehen davon, dass Zuleitungen für die Spannungsversorgung des Aktors vorgesehen sein müssen, lässt sich diese Ausgestaltung besonders leicht und ohne größere Anpassungen in bestehende Systeme integrieren
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Während 2 und 3 die Extrempositionen des Injektors 2 darstellen, ist es grundsätzlich möglich, durch eine Variation der Spannung sämtliche denkbaren zwischen Positionen einzustellen. Aufgrund der schnellen Reaktionszeit des Piezo-Aktors 3 lässt sich die jeweilige Position, falls erforderlich, mehrfach während eines Zyklus' des Verbrennungsmotors, z. B. des Dieselmotors 10 einstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Injektor-Anordnung
- 2
- Injektor
- 2.1
- Düsenkuppe
- 2.2, 14.3
- Schulter
- 3
- Piezo-Aktor
- 4, 5
- Leitung
- 6
- Spannungsquelle
- 10
- Dieselmotor
- 11
- Zylinder
- 12
- Kolben
- 12.1
- Mulde
- 13
- Pleuelstange
- 14
- Zylinderkopf
- 14.1, 14.2
- Gaskanal
- A
- axiale Richtung
- V
- Düsenkuppen-Vorstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4022299 C2 [0006]
- US 7703727 B2 [0007]
- US 2004/0197714 A1 [0008]
- CN 202114508 U [0009]
