DE3039972C2

DE3039972C2 -

Info

Publication number: DE3039972C2
Application number: DE19803039972
Authority: DE
Inventors: Rudolf 7141 Kirchberg De Babitzka; Ernst Dipl.-Ing. 7130 Muehlacker De Linder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-10-23
Filing date: 1980-10-23
Publication date: 1990-05-23
Also published as: JPS57105552A; DE3039972A1; JPH0427384B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrisch steuerbaren Kraftstoff-Einspritz-Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Vorrichtungen dieser Art steuern den Einspritzbeginn durch Steuerkanten (DE-OS 18 05 024) oder durch Magnetventile (DE-OS 20 12 202) und erfordern hierfür einen relativ komplizierten Aufbau. Dennoch ist die erzielbare Schaltpräzision infolge relativ hoher Schaltzeiten noch nicht zufriedenstellend. Der Versuch, kürzere Schaltzeiten mit guter Schaltpräzision durch piezoelektrische Pumpen zu erzielen (DE-OS 15 26 728, US-PS 31 94 162), 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 Schaltzeiten im Mikrosekunden-Bereich geht damit wieder verloren. Ein weiterer Nachteil dieser vorbekannten Vorrichtungen besteht darin, daß mit ihnen das Variieren der eingespritzten Kraftstoffmenge nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Weiterbildung der durch die DE-OS 20 12 202 bekannten Gattung zu schaffen, mit der bei einfachstem Aufbau sowohl extrem kurze Schaltzeiten und damit entsprechend gute Schaltpräzision als auch genügend lange Betätigungswege und Variationsmöglichkeiten für die eingespritzte Kraftstoffmenge und den Einspritzzeitpunkt möglich sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläuert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, im Schnitt,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, im Schnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Zunächst soll der den Ausführungsbeispielen gemeinsame Klemmkolben im einzelnen beschrieben werden.

In einem Gehäuse 1 ist ein Führungskanal 2 für einen Kolben 3 ausgebildet. Der Kolben 3 ist als Hohlkörper 4 gestaltet, in dem sich eine Säule 5 befindet, die aus mehreren aufeinander gestapelten piezoelektrischen Scheiben 6 besteht.

Diese Säule 5 liegt einerseits am Boden des Hohlkörpers 4 an und ist zwischen diesem Boden und einer Platte 7 eingespannt. Der andere, der Säule 5 gegenüberliegende 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. Ein Kabel 10 ist durch eine Radialbohrung 11 im Mantel des Hohkörpers 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 Schleifkontakte oder dergleichen geeignete Übertragungsmittel erfolgen.

Bei ausgeschalteter Betriebsspannung besitzt die Säule 5 die in Fig. 1 gezeigten Abmessungen. Das Gummipolster 9 spannt die Säule 5 zwischen den einen Boden des Hohlkörpers 4 und die Druckplatte 7 ein, wobei es sich am Amboß 8 abstützt. Der Rand dieses Gummipolsters 9 berührt die Innenfläche der Hohlkörperwand 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 4 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 Hülse 31 ist in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar geführt in einer Bohrung 32. Eine Einspritzdüse 33 ist in eine Bohrung 34 eingepreßt, die mit der Bohrung 32 fluchtet. Ein Kopfteil 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 und einem Kraftstoffkanal 19 mit einem Rückschlagventil 21 und einer Kraftstoffleitung 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 Betriebsspannung 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 mitgenommen. 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 Betriebsspannung wieder unterbrochen wird. Die Länge des gemeinsamen Weges des Kolbens 3 und der Hülse 31 ist durch die Einschaltdauer der Betriebs spannung steuerbar. Auf diese Weise kann die Einspritzmenge variiert werden. Der unter der Wirkung seiner Druckfeder 39 in seine Anschlagstellung 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 Druckfeder 39 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch die elektrische Steuerung des Kolbens 3 mit übernommen. 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 Einspritzvorrichtung zu vermeiden, die auftreten könnten, wenn nach längerem Stillstand der Kolben 3 durch Leckverluste bis auf die Einspritzdüse 33 abgesenkt wäre und die Klemm- Mitnahme-Verbindung 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 bewirkt.

Claims

1. Elektrisch steuerbare Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Pumpe-Düse-Kombination zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem Führungskanal (2) verschiebbaren Kolben (3), der durch einen Kraftantrieb (29) zur Durchführung einer Einspritzbewegung hin- und herbewegt wird und mit einer Verbindung zwischen Führungskanal und einer Einspritzdüse (33) und mit einem von einem Rückschlagventil (21) abgesperrten Kraftstoffüllkanal (19), der in den Führungskanal (2) mündet und mit einer Einrichtung zur Veränderung der Einspritzmenge, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung aus einer den Führungskanal (2) bildenden und vom Kraftstoffantrieb bewegten Hülse (31, 42) sowie eine als Klemmkolben (3) ausgebildeten Kolben besteht, der in Form eines Hohlkörpers (4) ausgeführt ist, der im Bereich eines Teils seiner Führungsfläche eine elastisch nachgiebige Wand aufweist und eine eingespannte Säule (5) aus mehreren piezoelektrischen Scheiben (6) enthält, bei deren elektrischer Führung der Klemmkolben (3) in der Hülse (31, 42) festgeklemmt wird.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (31, 42) im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine verschiebbar geführt ist.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Säule so ausgelegt ist, daß die Klemm-Mitnahme- Verbindung zwischen Hülse (42) und Kolben (3) während der Abwärts-Bewegung (Einspritzen) der Hülse (42) hergestellt und während der Aufwärtsbewegung (Ansaugen) gelöst wird.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Kolbenendlagen die Klemm-Mitnahme-Verbindung lösende, elektrische Schaltmittel zugeordnet sind, deren die Mitnahmeverbindung lösende Wirkung mit Erreichen der übereinstimmenden Endlage der Hülse (42) und des Kolbens (3) wieder aufgehoben wird.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, 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.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Säule so ausgelegt ist, daß die Klemm-Mitnahme- Verbindung zwischen Hülse und Kolben während der Abwärtsbewegung (Einspritzen) der Hülse (31) hergestellt und wieder gelöst wird.

7. 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 (31, 42) bestimmten Bewegungsrichtung verläuft.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) die Säule (5) so aufnimmt, daß deren Längsachse in seiner durch die Hülse (31, 42) bestimmten Bewegungsrichtung verläuft.

9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (5) aus piezoelektrischen Scheiben (6) über elastische Mittel (9) in den Kolben (3) eingespannt ist.

10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 8 bis 9, 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 (9) so eingebracht ist, daß die Polsterränder an der Innenfläche der Wand des als Hohlkörper (4) ausgebildeten Kolbens (3) anliegen.