DE19947079A1 - Geräuschgedämpfter Stellantrieb für einen Kraftstoffinjektor - Google Patents

Abstract

Ein Stellantrieb für einen Kraftstoffinjektor mit einem Aktor und einem dem Aktor umgebenden Aktorgehäuse ist von einer schallabsorbierenden Abdeckung eingefaßt, die schwingungsentkoppelt am Stellantrieb gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für einen Kraft­ stoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein sol­ cher Stellantrieb ist zum Beispiel in der DE 38 44 134 C2 dargestellt.

Bei der Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen werden zunehmend Speichereinspritzsysteme eingesetzt, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken und schnellen Schaltgeschwindig­ keiten gearbeitet wird. Bei diesen Speichereinspritzsystemen wird Kraftstoff mit Hilfe von Kraftstoffinjektoren in die Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Kraftstoffinjektor weist im allgemeinen eine Einspritzdüse auf, die hydraulisch von einem Servoventil geöffnet oder geschlossen wird, um den zeitlichen Verlauf des Einspritzvorgangs in die Brennkraftma­ schine genau festzulegen. Das Servoventil wird dabei von ei­ nem elektrisch angesteuerten Aktor betätigt, wobei sich vor allem der Einsatz von piezoelektrischen Aktoren zum Erzielen ausreichend kurzer Schaltzeiten als vorteilhaft erwiesen hat. In einem solchen piezoelektrischen Aktor wird durch Anlegen von Spannung eine Längsdehnung hervorgerufen, die auf das Servoventil im Kraftstoffinjektor übertragen wird, das dann wiederum die Einspritzdüse öffnet oder schließt.

Die extrem schnellen Schaltgeschwindigkeiten des piezoelek­ trischen Aktors lösen jedoch hochfrequente mechanische Schwingungen in dem den Aktor umgebenden Gehäuse aus, die sich entlang des Injektorkörpers fortpflanzen und in den Zy­ linderkopf der Brennkraftmaschine eingeleitet werden. Die me­ chanischen Schwingungen auf der Oberfläche des Injektorkör­ pers und des Zylinderkopfes können aber zu erheblichen Stör­ geräuschen in der Brennkraftmaschine führen, die den Fahrkom­ fort negativ beeinflussen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen geräuschge­ dämpften Stellantrieb für einen Kraftstoffinjektor bereitzu­ stellen.

Diese Aufgabe wird durch einen Stellantrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Stellantrieb ist die Aktoreinheit von einer schallabsorbierenden Abdeckung umgeben, die schwin­ gungsentkoppelt von der Aktoreinheit angeordnet ist. Die durch den Schaltvorgang des Aktors ausgelösten mechanischen Schwingungen des Aktorgehäuses werden so von der die Ak­ toreinheit umgebenden Abdeckung absorbiert, wodurch verhin­ dert wird, daß eine schallerzeugende Oberfläche im Kraftstof­ finjektor entsteht, die zu Störgeräuschen führt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die schallabsor­ bierende Abdeckung mehrschichtig aufgebaut, wobei eine innere Schicht aus einem schalldämpfenden Werkstoff, zum Beispiel Silikon, und eine äußere Schicht aus einem hochsteifen Werk­ stoff, zum Beispiel einem Kunststoff, gefertigt ist. Durch eine solche Auslegung der Schallschutzabdeckung ist es mög­ lich, das Gehäuse optimal sowohl auf die Anforderungen an die Geräuschdämpfung als auch auf die Anforderungen an die Gehäu­ sestabilität abzustimmen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die einen Quer­ schnitt durch einen Stellantrieb eines Kraftstoffinjektors mit einer Aktoreinheit zeigt, näher erläutert.

Ein Stellantrieb eines Kraftstoffinjektors setzt sich im we­ sentlichen aus einem Injektorkopfgehäuse 1 mit einer stufen­ förmig ausgebildeten Innenbohrung 11, einem piezoelektrischen Aktor 2 und einem Servoventil 3 zusammen. Der piezoelektri­ sche Aktor 2 ist dabei aus mehreren übereinander gestapelten piezoelektrischen Einzelelementen 21 aufgebaut, die in einem als Rohrfeder ausgebildeten Hohlkörper 22 angeordnet sind. Dieser Hohlkörper 22 ist form- und/oder kraftschlüssig, vor­ zugsweise durch Anschweißen, jeweils mit einer Kopfplatte 23 und einer Bodenplatte 24 verbunden, die die aufeinander ge­ stapelten piezoelektrischen Einzelelemente 21 mit einer vor­ definierten Kraft von vorzugsweise 800 bis 1000 N vorspannen.

Zum Ansteuern der piezoelektrischen Einzelelemente 21 sind längs dieser Elemente Kontaktstifte(nicht gezeigt) angeord­ net, die mit den Einzelelementen 21 leitend in Verbindung stehen und aus der Kopfplatte 23 herausragen. Diese Kontakt­ stifte werden in einem auf die Kopfplatte aufgesetzten Ak­ toranschluß 4 mit einer Spannung belegt, die eine Längsdeh­ nung des piezoelektrischen Aktors 2 bewirkt. Der als Rohrfe­ der ausgebildete Hohlkörper 22 gewährleistet aufgrund seiner Elastizität, daß die im piezoelektrischen Aktor 2 hervorgeru­ fene Längsdehnung von diesem Hohlkörper mitvollzogen wird.

Der piezoelektrische Aktor 2 ist weiter von einem hülsenför­ migen Aktorgehäuse 25 eingefaßt, das mit der Kopfplatte 23 verbunden und am oberen Ende der stufig ausgebildeten Innen­ bohrung 11 am Injektorkopfgehäuse 1 fest eingespannt ist. Hierbei wird das Aktorgehäuse 25 auf eine ringförmig umlau­ fende Auflagscheibe 51 gedrückt, die gegen einen Absatz in der Innenbohrung 11 abgestützt ist. Das Aktorgehäuse 25 wird dabei von einer Hohlschraube 12 festgehalten, die mit einer Druckringnut 121 an einem um das Aktorgehäuse 25 umlaufenden Spannring 26 eingreift und mit dem Injektorkopfgehäuse 1 ver­ schraubt ist.

Die Bodenplatte 24 der Aktoreinheit steht mit einem mittig angeordneten Aufsatz 241 über die Stirnfläche des Aktorgehäu­ ses 25 hinaus. Um diesen Aufsatz 241 herum ist eine Membran 6 angeordnet, die sich vom Aufsatz 241 bis zur Innenwandung des Injektorkopfgehäuses 1 erstreckt und an dieser befestigt ist. Die Membran 6 ist dabei so ausgelegt, daß sie die durch Elektrostriktion im piezoelektrischen Aktor 2 hervorgerufene Längsdehnung nahezu ohne Widerstand nachvollzieht.

Die durch Elektrostriktion erzeugte Längsdehnung des piezo­ elektrischen Aktors 2 wird von einem Hebelübersetzer 8 auf das Servoventil 3 übertragen und verstärkt, wobei der He­ belübersetzer 8 zwischen dem Aufsatz 241 der Bodenplatte 24 und einem Ventilkolben 31 des Servoventils 3 eingespannt und mit einem Schenkel auf einer in der Innenbohrung 11 des In­ jektorkopfgehäuses 1 angeordneten Einstellscheibe 52 abge­ stützt ist. Die vom piezoelektrischen Aktor 2 mit Hilfe des Hebelübersetzers 8 auf den Ventilkolben 31 des Servoventils 3 übertragene Bewegung wird im Kraftstoffinjektor zum Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse (nicht gezeigt) genutzt.

Durch den Einsatz des piezoelektrischen Aktors 2 sind sehr schnelle Schaltfolgen im Kraftstoffinjektor möglich. Der ex­ trem schnell schaltende piezoelektrische Aktor 2 hat jedoch konzeptionsbedingt, ähnlich wie anderen elektrisch betriebene Aktoren, den Nachteil, daß er laute und hochfrequente Schalt­ geräusche abgibt. Die durch Elektrostriktion hervorgerufene Längsdehnung des piezoelektrischen Aktors 2 regt, wie Schal­ lemissionsanalysen gezeigt haben, das den piezoelektrischen Aktor 2 umgebende Aktorgehäuse 25 zu mechanischen Schwingun­ gen an, die sich auf den gesamten Kraftstoffinjektor fort­ pflanzen. Die mechanischen Schwingungen des Aktorgehäuses 25 bzw. des Kraftstoffinjektors wiederum führen zu erheblichen Störgeräuschen, die den Fahrkomfort negativ beeinflussen.

Um zu verhindern, daß die vom piezoelektrischen Aktor 2 auf das Aktorgehäuse 25 übertragenen Schwingungen als Schallge­ räusche in einen Motorraum abgegeben werden, ist die zwischen dem Injektorkopfgehäuse 1 und dem Aktoranschluß 4 freiliegen­ de Oberfläche des Aktorgehäuses 25 durch eine Schallschutzab­ deckung 7 gegenüber dem Motorraum schallisoliert. Die Schall­ schutzabdeckung 7 besteht in der gezeigten Ausführungsform im wesentlichen aus einer Hülse, deren Form vorzugsweise an den von der Hülse überdeckten Bereich des Aktoranschlusses 4, des Aktorgehäuses 25, der Hohlschraube 12 sowie des Injektorkopf­ gehäuses 1 angepaßt ist. Die hülsenförmige Schallschutzabdec­ kung 7 ist an ihren beiden Endbereichen jeweils freischwin­ gend am Aktoranschluß 4 bzw. am Injektorkopfgehäuse 1 gela­ gert. Der Aktoranschluß 4 weist hierzu eine umlaufende Ring­ nut 41 auf, in der ein Gummiring 81 als Federmittel sitzt. Ähnlich ist auch am Injektorkopfgehäuse 1 eine Ringnut 14 im Bereich der Hohlschraube 12 umlaufend ausgebildet, in der ein weiterer Gummiring 82 als Federmittel sitzt. Auf den Gummi­ ringen 81, 82 wiederum ist die hülsenartige Schallschutzab­ deckung 7 mit ihrer Innenseite abgestützt. Die beiden Gummi­ ringe 81, 82 sorgen dafür, daß die Schallschutzabdeckung 7 gegenüber dem Aktoranschluß 4 und dem Injektorkopfgehäuse 1 schwingungsentkoppelt gelagert wird. Alternativ zu den in der gezeigten Ausführungsform verwendeten Gummiringen 81, 82 be­ steht auch die Möglichkeit andere schwingungselastische Ele­ mente zur Entkopplung der Schallschutzabdeckung 7 vom Ak­ toranschluß 4 bzw. vom Injektorkopfgehäuse 1 einzusetzen.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Schallschutzabdec­ kung 7 ausschließlich durch den Anpreßdruck ihrer Innenseite gegen die beiden Gummiringe 81, 82 am Kraftstoffinjektor ge­ sichert. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die hülsen­ förmige Schallschutzabdeckung 7 fest mit den beiden Gummirin­ gen bzw. anderen schwingungselastischen Elementen zu verbin­ den.

Die Schallschutzabdeckung 7 besteht vorzugsweise aus zwei Schichten 71, 72, wobei die innere Schicht 71 aus einem Werk­ stoff mit schallabsorbierenden Eigenschaften gefertigt ist, so daß die Geräuschemission des Aktorgehäuses 25 in den Mo­ torraum, die dominierende Geräuschquelle bei Stellantrieben, weitgehend reduziert wird. Als schalldämpfender Werkstoff wird zum Beispiel Graphit oder Teflon aber auch biegeelasti­ sches Material wie Silikon eingesetzt. Die äußere Schicht 72 der Schallschutzabdeckung 7 dagegen ist aus einem hochfesten Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, gefertigt, der dafür sorgt, daß die Schallschutzabdeckung 7 den Umwelteinflüssen im Motorraum standhält. Der Einsatz von Kunststoff hat dar­ über hinaus den Vorteil, daß sich die Form der Schallschutz­ abdeckung 7 problemlos an die im Motorraum für den Kraftstof­ finjektor vorgegebenen Raumgegebenheiten anpassen läßt.

Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform, bei der aus­ schließlich der zum Motorraum freiliegende Bereich des Aktor­ gehäuses 25 zur Reduzierung von Schallemission mit der Schallschutzabdeckung 7 abgedeckt ist, besteht auch die Mög­ lichkeit, die Abdeckhaube über den gesamten Kraftstoffinjek­ tor bis zum Ventildeckel des Motors und/oder zum Zylinderkopf zu führen.

Claims (6)

1. Stellantrieb mit einem Aktor (2) und einem den Aktor umge­ benden Aktorgehäuse (25), dadurch gekennzeichnet, daß eine schallabsorbierende Abdeckung (7) vorgesehen ist, die schwingungsentkoppelt am Stellantrieb angeordnet ist.

2. Stellantrieb gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die schallabsorbierende Abdec­ kung (7) eine innere Schicht (71) aus einem schalldämpfenden Werkstoff aufweist.

3. Stellantrieb gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stellantrieb zwischen einem Aktoranschluß (4) und einem Injektorkopfgehäuse (1) angeord­ net ist, wobei die freiliegende Oberfläche des Aktorgehäuses (25) von der schallabsorbierenden Abdeckung (7) eingefaßt wird und die Abdeckung freischwingend am Aktoranschluß (4) und am Injektorkopfgehäuse (1) gelagert ist.

4. Stellantrieb gemäß Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Aktoranschluß (4) und am In­ jektorkopfgehäuse (1) jeweils eine umlaufende Ringnut (41, 14) ausgebildet ist, in der jeweils ein Gummiring (81, 82) angeordnet, auf denen die schallabsorbierende Abdeckung (7) aufsitzt.

5. Stellantrieb gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die schallabsor­ bierende Abdeckung (7) eine äußere Schicht (71) aus einem hochfesten Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, besitzt.

6. Stellantrieb gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Aktor (2) ein piezoelektrischer Aktor ist.