DE3039972A1

DE3039972A1 - Elektrisch steuerbare kraftstoff-einspritz-vorrichtung

Info

Publication number: DE3039972A1
Application number: DE19803039972
Authority: DE
Inventors: Rudolf 7141 Kirchberg Babitzka; Ernst Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Linder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-10-23
Filing date: 1980-10-23
Publication date: 1982-05-27
Also published as: JPH0427384B2; JPS57105552A; DE3039972C2

Description

Elektrisch steuerbare Kraftstoff-Einspritz-Vorrichtung
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer elektrisch steuerbaren Kraftstoff-Einspritz-Vorritung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Vorrichtungen dieser Art steuern den Einspritzbeginn lurch Steuerkanten (DE-OS 1 805 024) oder durch Magnetventile (DE-OS 20 12 202) und erfordern hierfür einen reli :iv komplisierten Aufbau. Dennoch is-t die erzielbare Schaltpräzision infolge relativ hoher Schaltzeiten noctl nicht -ufriedcnstellend. Der Versuch, kürzere Schaltzeiten mit guter Schaltpräzision durch piezoelektrische Pumpen zu enzielen (DE-OS 1 526 728, US-PS 3 194 162), brachte ebenfalls nicht den gewünschten Erfolg. Dort ist nachteilig, daß infolge der kleinen Hübe der Piezoelemente praktisch nur eine intermittierende Einspritzung möglich wird. Der Vorteil an sich kurzer Schalt zeiten im Mikrosekunden-Bereich geht damit wieder verlore@. Ein weiterer Nachteil dieser vorbekannten Vorrichtungen besteht darin, daß mit ihnen das Variieren der eingespritzten Kraftstoffmenge nicht möglich ist.
Vorteile der Erfindung Die Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, sie sie bei einfachstem Aufbau sowohl extrem kurze Schal-tzeiten und damit entsprechend gute Schaltpräzision al auch genügend lange Betätigungswege und Variationsmöglichkeiten für die eingespritze Kraftstoffmenge und den Einspritzzeitpunkt ermöglicht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft für einen einfachen Aufbau, gegebenenfalls ohne fdere Mittel, ist die Aufnahme des Kolbens in eine Hülse, die ihrerseits im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verschiebbar geführt ist.
Zeichnung Drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, im Schnitt, Fig. 2 ein weites Ausführungsbeispiel, im Schnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Zunächst soll der den Ausführungsbeispielen gemeinsame Klemmkolben im einzelnen beschrieben werden.
In einem Gehäuse 1 ist ein Führungskanal für einen @@@ben 3 ausgebildet. Der Kolben 3 ist als Hohlkörper 4 ges@@@@er, in dem sich eine Säule 5 befindet, rlie aus mehreren atj .11 ander gestapelten piezoelektrischen Seiteiben 6 besteht.
Diese Säule 5 liegt einerseits am Boden des Hohlkörpers 4 an und ist zwischen diesem Boden und eine Platte 7 eingespannt. Der andere, der Säule 5 gegenüber liegende Boden des Hohlkörpers 4 trägt einen Amboß 8. Zwischen die Druckplatte 7 und den Amboß 8 ist ein Gummipolster 9. eingespannt.
Dort wo die Druckplatte 7, das Gummipolster 9 und der Amboß 8 zusammentreffen, ist die Wand des Hohlkörpers 4 so weit geschwächt, daß sie elastisch nach außen gedrückt werden kann. Tin Kabel 10 ist durch eine Radialbohrung 11 im Mantel dc" llohlkörpers 4 hindurch zur Säule 5 geführt. Eine Ausnehmung 12 gestattet die Beweglichkeit des Kolbens 3 in Richtung des Pfeils 13. Der Anschluß der Säule 5 an eine Speisespannungsquelle, der im Beispielsfall durch das Kabel 10 verwirklicht ist, kann selbstverständlich auch in bekannter-Weise über Schleiftkontakte oder dergleichen geeignete Übertragungsmittel erfolgen.
Bei ausgeschalteter Betriebsspannung besitzt die Säule 5 die im Fig. 1 gezeigten Abmessungen. Das Gummipolster 9 spannt die Säule 5 zwischen den einen Boden des Hohlkörpers h und die Druckplatte 7 ein, wobei es sich am Amboß 8 abstützt.
Der stand vlieses Gummipolsters 9 berührt die Innenfläche der Hohikörperwand im Bereich verminderter Wandstärke. Diesen Zustand zeigt Fig. 1. Sobald die Betriebsspannung an die elektrisch hintereinander geschalteten piezoelektrischen Scheiben 6 angelegt wird, verdicken sich diese Scheiben 6 unter gleichzeitiger Kontraktion ihrer Durchmesser und verlängern damit die Säule 5. So wird die Druckplatte 7 auf das Gummipolster 9 gedrückt, das diesen. Druck auf die geschwächte Wand des Hohlkörpers 4 überträgt und somit den Kolben 3 im Führungskanal 2 festklemmt. sobald die Betriebsspannung wieder abgeschaltet wird, verkürzt sich die Säule 5 wieder und das Gummipolster 9 sowie die Wand des Hohlkörpers XI federnd in ihre Ausgangslage zurück. Damit ist der Kolben 3 wieder für seine Stellbewegung längs des Führungskanals 2 freigegeben.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist zum Führen des Kolbens 3 eine Hülse 31 verwendet. Die lItilse 31 ist in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar g(fütlrt tt einer Bohrung 32. Eine Einspritzdüse 33 ist in eine Bohrung 34 eingepreßt, die mit der Bohrung 32 fluchtet. Ein Sopfteil 35 der Einspritzdüse 33 ragt in den durch die Hülse 31 gebildeten Führungskanal 2 hinein. Eine Druckfeder 36 in einer Erweiterung 37 der Bohrung 32 ist gegen die untere Stirnfläche der Hülse 31 gespannt und drückt diese Hülse 31 oben an einen Fördernocken 29. Eine Radialbohrung 38 in der Hülsenwand schafft eine Verbindung zwischen dem Führungskanal 2 oberhalb der Einspritzdüse 33 iind einem Kraftstoffkanal 19 mit einem Räckschlagvtnbil .'l 1 und einer Kraftstoffleitun 20. Zwischen den Kolben 3 und die Einspritzdüse 33 ist eine Druckfeder 39 eingespannt.
Durch eine, der Ausnehmung 12 gegenüberliegende Ausnehmung 40 in der Hülse 31 greift ein vom Gehäuse 1 gebildeter Anschlag 41 in den Innenraum der Hülse 31 ein. Er bestimmt die oberste Stellung des Kolbens 3.
Die vom Fördernocken 29 und der Druckfeder 36 ständig auf und ab bewegte Hülse 31 steuert über ihre Radialbohrung 38 den Kraftstoffzufluß vom Kraftstoffkanal 19 in den Führungskanal 2 ständig auf und zu. Ohne an die Säule 5 angelegte Betriebs spannung verharrt der Kolben 3 unter der Wirkung seiner Druckfeder 39 am Anschlag 41 anliegend.
Sobald die Betriebsspannung eingeschaltet wird, klemmt sich der Kolben 3 in der Hülse 31 fest und wird von dieser migenommen. Dabei preßt er die unter ihm im Führungskanal 2 befindliche Kraftstoffmenge durch die Einspritzdüse 33, bis die Mitnahmeverbindung zwischen ihm und der Hülse 31 durch Ausschalten der Betriebs spannung wieder unterbrochen wird. Die Länge des gemeinsamen Weges des Kolbens 3 und der Hülse 31 ist durch die Einschaltdauer der Betriebsspannung steuerbar. Auf diese Weise kann die Einspritzmenge variiert werden. Der unter der Wirkung seiner Druckfeder 39 in .f,itt An'chiagstellung zum Anschlag 41 zurückkehrende Kolben 3 saugt neuen Kraftstoff an.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die Vorrichtung ähnlich aufgebaut wie die nach Fig. 1. Es ist lediglich eine Hülse 42 verwendet, bei der die Ausnehmung 40 fehlt. Der Anschlag 41 ist weggelassen, ebenso die Druckfeder 39. Die Druckfeder 36 wurde beibehalten, obwohl auch auf sie verzichtet werden könnte, wenn man den Hülseantrieb entsprechend dem Kolbenantrieb gemäß Fig. 1 ausbilden würde.
Die Aufgabe der 1)ruckfeder 39 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch die elektrische Steuerung des Kolbens 3 mit iibernommen. Diese Steuerung ist so ausgelegt, daß sie mittels der gesteuerten Betriebsspannung die Klemm-Mitnahme-Verbindung zwischen dem Kolben 3 und der Hülse 42 während der Abwärtsbewegung der Hülse 42 herstellt und während der Aufwärtsbewegung löst. Die Wahl der Relativlage zwischen dem Kolben 3 und der Hülse 42 bestimmt die jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge. Um Schäden an der Einpritzvorrichtung zu vermeiden, die auftreten könnten, wenn nach längerem Stillstand- der Kolben 3, durch Leckverluste bis auf die Einspritzdüse 33 abgesenkt wäre und die Klemm-Mitnahmen-Berbindung während der Abwärtsbewegung der Hülse 42 hergestellt würde, ist hier eine Sicherung vorgesehen.
Die elektrische Steuereinrichtung sieht Schaltmittel vor, die die Klemm-Mitnahme-Verbindung an den Kolbenendlagen lösen und deren lösende Wirkung erst mit dem Erreichen der übereinstimmenden Endlage der Hülse 42 wieder aufgehoben wird.
In diesem Ausführungsbeispiel wird also sowohl die Einspritzbewegung des Kolbens 3 als auch dessen Ansaugbewegung durch die Klemm-Mitnahme-Verbindung zur Hülse 42 verursacht.
Elektrisch steuerbare Kraftstoff-Einspritz-Vorrichtung Zusammenfassung Es wird eine elektrisch steuerbare Kraftstoff-Einspritz-Vorrichtung mit einer Pumpe-Düse-Kombination vorgeschlagen, bei der ein in einem Führungskörper verschiebbar gelagerter Kolben (3) mehrere, zu einer Säule (5) gestapelte piezoelektrische Scheiben (6) eingespannt enthält, die beim Ein- oder Ausschalten einer an den Scheiben (6) wirksam werdenden Betriebsspannung den Kolben (3) zu seinem Führungskörper hin ausdehnen und dort festklemmen. Auf diese Weise kann der Kolben (3) in seiner die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs bestimmenden Stellung in seinem Führungskörper variiert und durch extrem kurze Schaltzeiten die einzuspritzende Kra-ftstoffmenge sehr genau dosiert werden. Dabei sind aufwendige und schnell verschleißende mechanische Steuerelemente überflüssig.

Claims

Ansprüche S Elektrisch steuerbare Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Pumpe-Düse-Kombination, die einen in einem Führungskörper verschiebbar gelagerten Kolben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbar gelagerte Kolben (3) mehrere, zu einer Säule (5) gestapelte piezoelektrische Scheiben (6) eingespannt enthält, die beim Ein- oder Ausschalten einer an den Scheiben wirksam werdenden Betriebsspannung den Kolben (3) zu seinem Führungskörper ( 4, 31, 42) hin ausdehnen und dort festklemmen.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) über AIisglechsmittel (31, 36; 42, 36) mit seinem Kraftantrieb (29) gekoppelt ist.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) in einer vom Zylinderkopf (1) einer Zündkraftmaschine aufgenommenen Hülse ( 4, 31, 42) verschiebbar geführt ist.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (31, 42) im Zylinderkopf (1) verschiebbar geführt ist.
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemm-Steuerung für die Hülse (42) und den Kolben (3) so ausgelegt ist, daß die Klemm-Mitnahme-Verbindung zwischen beiden (2, 3) während der Abwärts-Bewegung (Einspritzen) der Hülse (42) he.rgestellt und während der Aufwärtsbewegung (Ansaugen) gelöst wird.
6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Kolbenendlagen. die Klemm-Mitnahme-Verbindung lösende, elektrische Schaltmittel zugeordnet sind, deren die Mitnahmeverbindung lösende Wirkung mit Erreichen der übereinstimmenden Pndlagc der llidlse (42) und des Kolbens (3) wieder aufgehoben wird.
7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Schaltpunktes zum Herstellen der Klemm-Mitnahme-Verbindung während der Abwärtsbewegung der Hülse (42) und zum Lösen der Klemm-Mitnahme-Verbindung während der Aufwärtsbewegung der Hülse (42) in Grenzen variabel ist.
8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemm-Steuerung für die Hülse (31) und den Kolben (3) so ausgelegt ist, daß die Klemm-Mitnahme-Verbindung während der Abwärtsbewegung (Einspritien) der IIiilse (31) hergestellt und wieder gelöst wird.
9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) die Säule aus piezoelektrischen Scheiben so aufnimmt, daß deren Längsachse quer zu seiner durch die Hülse ( 4, 31, 42) bestimmten Bewegungsrichtung verläuft.
10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) die Säule (j) so aufnimmt, daß deren Längsachse in seiner durch die Hülse ( 4, 31, 42) bestimmten Bewegungsrichtung verläuft.
11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (5) aus piezoelektrischen Scheiben (6) über elastische Mittel (9) in den Kolben (3) eingespannt ist.
12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 9.bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als Hohlkörper (1;) ausgebildet ist.
13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 undg bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) als Hohlkörper (4) mit im Bereich wenigstens eines Teils seiner.Führungsflächen verringerter Wandstärke ausgebildet ist.
14. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbewegung der Kolbenwand von der Längsausdehnung der Säule (5) abgeleitet ist.
15. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbewegung des Kolbens (3) vom Rückgang der Kontraktion der Durchmesser der piezoelektrischen Scheiben (6) nach dem Ausschalten der Betriebsspannung abgeleitet ist.
16. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß einer durch die Längsausdehnung der mit ihrer Längsachse in Bewegungsrichtung des Kolbens (3) liegenden Säule (5) beaufschlagten Druckplatte (7) im Innern des Kolbens (3) ein Amboß (8) gegenübergestellt und zwischen die Druckplatte (7) und den Amboß (8) ein Elastomer, z. B. ein Gummipolster (o) -so eingebracht ist, daß die Polsterränder an der Innenfläche der Wand des als Hohlkörper (4) ausgebildeten Kolbens (3) anliegen.