DE3105335A1

DE3105335A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE3105335A1
Application number: DE19813105335
Authority: DE
Inventors: Seishi Yokosuka Yasuhara
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-02-13
Filing date: 1981-02-13
Publication date: 1982-01-14
Also published as: FR2475638B1; AU6712881A; JPS6314188B2; AU520853B2; FR2475638A1; JPS56113044A; GB2069599A; US4483480A; DE3105335C2; GB2069599B

Description

P 15 958

]OtAJTSTOFFEINSPRITZVOEBICEDIJITG

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf einen Fühler, der in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung .angeordnet ist, um den AnhebZeitpunkt des Ventilelementes zu erfassen und ein den Einspritz Zeitpunkt angebendes Signal abzugeben.

Bei einer bekannten Anordnung wurde ein druckempfindliches piezoelektrisches Element innerhalb einer Kraftstoffeinsprit zvorrichtung derart angeordnet, daß es bei einer Öffnungsbewegung des Nadelventils oder der gleichen, das die Einspritζöffnung der Einspritzdüse steuert, einem Druck ausgesetzt wird und damit als ein Anheb— oder Zeitpunktsfühler wirkt. Dieses piezoelektrische Element wurde mit einem Paar von Verbindungsleitungen versehen, die eine Wirkverbindung zwischen dem piezoelektrischen Element und einer Steuerschaltung herstellen, die zum Ändern des Einspritzzeitpunktes benutzt wird.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß das Vorsehen der Verbindungsleitungen den Aufbau der Anordnung dahingehend kompliziert, daß es schwierig ist, die Kraft gleichmäßig über die Oberflächen des Elementes einwirken zu lassen, was zu seinem Brechen und dem anschließenden Einsickern

130062/0533

von Kraftstoff , z.B. Dieselöl, in die Bereiche führt, wo die Verbindungsleiter mit dem piezoelektrischen Element verbunden sind. Außerdem kann ein Brechen eines oder beider der relativ feinen Verbindungsdrähte.infolge der Schwingungen der Brennkraftmaschine und der Kraftstoffeinspritzvorrichtung auftreten, was den Fühler unwirksam macht und dazu führt, daß'das Ausgangssignal des piezoelektrischen Elementes kurzgeschlossen und zum Nadelventil der Kraftstoff einspritzvorrichtung fließt, den Kraftstoffilm zwischen dem Ventil und dem zugeordneten Teil des Einspritzventils, d.h. dem Ventilsitz, zerstört und eine im höchsten Maße unerwünschte elektrolytische Korrosion eines oder beider des Nadelventils und des Ventilsitzes bedingt.

Außerdem vergrößert die die Verbindungsdrähte benutzende komplizierte Konstruktion die Zeit und Mühe, die während der Montage und/oder Reparatur der Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufgewendet werden müssen, wodurch sich in unerwünschter Weise sowohl die Herstellungs- als auch die Wartungskosten vergrößern.

Die Erfindung ist durch ein keramisches, knopfartiges, zylindrisches piezoelektrisches Element gekennzeichnet, das mit stark leitenden Metallelektroden, z.B. Silber, auf jeder Stirnfläche ausgebildet ist. Das piezoelektrische Element ist in einer Sackbohrung angeordnet, die in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgebildet ist, und ist zwischen einem Anschlußelement und einer Erdplatte angeordnet. Das Anschlußelement ist gegenüber dem Gehäuse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung isoliert und hat einen flachen Teil oder ein Glied in Kontakt mit einer der Elektroden des piezoelektrischen Elementes und kann ein steckerartiges Verbindungsglied haben, das abdichtend und isolierend durch

130082/0533

die Wand des Gehäuses der Kraftstoff einspritzvorrichtung hindurch zur Verbindung mit einem geeigneten Leiter od.dgl. angeordnet ist. Die Erdplatte hat eine sehr flache Oberfläche, die die andere der zwei Elektroden des piezoelektrischen Elementes berührt, und befindet sich in Preßpassung in der Bohrung, um das piezoelektrische Element an seinem Platz zu befestigen. Die Erdplatte stellt auch eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Elektrode des piezoelektrischen Elementes und dem Gehäuse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung her, das damit als zweiter oder Erdanschluß für eine Einspritζzeitpunkt-Steuerschaltung dient, die mit dem isolierten Verbindungsglied verbunden ist. Beim Anheben des Einspritznadelventils drückt eine Feder zwischen dem Nadelventil und der Erdplatte das piezoelektrische Element zusammen, damit dieses ein Ausgangssignal erzeugt. Die flachen Oberflächen, zwischen denen das piezoelektrische Element sandwichartig angeordnet ist, führen die Kraft gleichmäßig zu, so daß jegliche Bruchgefahr des keramischen Körpers des piezoelektrischen Elementes beseitigt ist.

Gemäß einem bevorzugten Gedanken der Erfindung hat also eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einen Anhebfühler 10 in Form eines zylindrischen piezoelektrischen keramischen Teils mit Metallfilmelektroden an jeder seiner Seiten, wobei das Teil sandwichartig zwischen einem isolierten AnschluBelement, das eine flache, an einer Seite des piezoelektrischen Elementes anstoßende Oberfläche hat, und einer flachen Erdplatte angeordnet ist, die mit Vorsprüngen ausgebildet ist, die die Wand einer Bohrung beaufschlagen, in der das piezoelektrische Element angeordnet ist, um das Element sowohl an seinem Platz zu halten als auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse, in dem die Bohrung ausgebildet ist, und der zweiten Seite des piezoelektrischen Elementes herzustel-

130062/0533

len. Eine Abstandscheibe mit einer flaohen Oberfläche, die an der Erdplatte anstößt,, beaufschlagt ein Ende einer Feder, die das Ventilelement der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Richtung einer geschlossenen Stellung vorspannt .

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. In dieser bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils einander entsprechende Bauelemente. Im einzelnen zeigt:

SIg. 1 den Schnitt einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die mit einem erfindungsgemäßen Einspritzzeitpunkts- oder Anhebfühler ausgerüstet ist,

SIg. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 1, die die Anordnung des Fühlers im einzelnen zeigt,

Fig. 3 und 4- Drauf- und Seitenansichten des bei der Erfindung benutzten piezoelektrischen Elementes,

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Teils des in Fg. 2 gezeigten isolierten Kontaktelementes,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Erdplatte, die sowohl zum Erden des piezoelektrischen Elementes als auch zu seinem Festhalten an dem jeweiligen Platz in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung benutzt wird,

130062/0533

Jig. 7 eine Seitenansicht der Anordnung der Erdplatte in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung,

Hg. 8 a, 8 b und 8 c graphische Darstellungen, die jeweils (a) die Anhebkennlinien des Nadelventils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung inJ Abhängigkeit von dem Anheben und der Zeit, (b) die Ausgangskennlinie des piezoelektrischen Elementes, die dem Anheben des Nadelventils in Abhängigkeit von der Spannung und Zeit entsprechen und(c) ein an eine Steuerschaltung gegebenes Signal zeigen, nachdem dieses von dem Fühler empfangen und in einer Signalformerschaltung geformt wurde, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer möglichen Schaltungsanordnung, die bei dem erfindungsgemaßen Fühler benutzt werden kann.

Fig. 1 zeigt einen Ventilanhebfühler 10, der in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 12 angeordnet ist, die aus einer Düsenmutter 14, die mit Gewinde in dem Zylinderkopf 16 einer Brennkraftmaschine eingreift, eine innerhalb der Düsenmutter 14 angeordnete Einspritzdüse 18, die ihrerseits ein Nadelventil 20 hat, das hin- und hergehend in dieser angeordnet ist und aus einem Düsenhalter 22 besteht, der in die Düsenmutter 14 zum Befestigen der Düse 18 in ihr eingeschraubt ist. Der Düsenhalter 22 ist mit einer Sackbohrung 24 ausgebildet, in der der Fühler 10 angeordnet ist. Die Einspritzvorrichtung umfaßt außerdem einen Durchlaß 26, der durch den Düsenhalter 22 und die Düse hindurchgehend ausgebildet ist, um Kraftstoff unter Druck von einer Einlaßöffnung 28 an eine Einspritzöffnung 30 abzugeben. Eine Feder 32 ist zwischen einem Federsitz 34 und einer Abstandscheibe 36 (vgl. Fig. 2) angeordnet, die an dem Fühler 10 anschlägt.

130062/0533

Die Feder 32 hält das Nadelventil 20 geschlossen, "bis der der Einspritzöffnung 30 von einer hier nicht gezeigten Pumpe über die Einlaßöffnung 28 zugefüährte Druck auf einen Pegel ansteigt, der ausreicht, um das Nadelventil zurück gegen die Kraft der Feder 32 zu zwingen, woraufhin eine Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer oder eine Vorkammer stattfindet. Um die Abführung irgendwelchen Kraftstoffes, der in die Sackbohrung 24 eindringt, zu ermöglichen, ist ein AbI,aufnippel 38 in dem Düsenhalter 22 vorgesehen.

Bei dieser Anordnung wird, wenn das Nadelventil von seinem Ventilsitz aus der die Einspritzöffnung 30 schließenden Stellung durch den Druck des der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 12 zugeführten Kraftstoffes angehoben wird, die Feder 32 zusammengedrückt, was wiederum eine Druckkraft dem Fühler 10 zuführt, der dadurch ein Signal nach Maßgabe der Größe der Zusammendrückung, d.h. der Entfernung, also der Größe der ihm zugeführten Kraft, abgibt.

Die Fig. 2 bis 7 zeigen den Anhebfühleraufbau im einzelnen. Der Fühler 10 hat die Form eines knopfähnlichen, piezoelektrischen Elementes 40, das mit hochleitenden Metallelektroden 42, 44 versehen ist. Das piezoelektrische Element kann aus Titansäure oder Bleizirkonat hergestellte sein, während die Elektroden vorzugsweise in Form von Silberfilmen vorgesehen werden, die mit Hilfe eines Vakuumaufdampfvorganges od.dgl. aufgebracht werden. Die Elektroden 42, 44 sind, wie es am besten aus den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist, so ausgebildet, daß sie kurz vor der Umfangskante des keramischen Körpers enden, der das piezoelektrische Element bildet, und damit jede unerwünschte Entladung von Elektrizität zwischen den Elektroden und der Wand der Sackbohrung verhindern, in der das piezoelektrische Element angeordnet ist.

1 30062/0533

Ein Isolator 46, der aus einem geeigneten isolierenden Material, wie Glas od.dgl. gebildet ist, ist in der Sackbohrung angeordnet und steht durch eine öffnung 48 hervor, die in dem Düsenhalter ausgebildet ist. Eine öldichtung 47 ist vorzugsweise in der öffnung angeordnet, um eine öldichte Abdichtung zwischen dem Isolator 46 und der öffnung zu bewirken. Andererseits kann der Isolator zu diesem Zweck auch an seinem Ort eingeklebt werden. Ein. polähnliches Anschlußelement 50 ist dichtend durch den Isolator hindurch angeordnet und mit einer Scheibe 52 versehen, die mit einem Ende von diesem eingepflockt oder in anderer Weise verbunden ist. Diese Scheibe 52 ist derart bearbeitet, daß sie eine flache Oberfläche hat, die die Elektrode 42 des piezoelektrischen Elementes kontaktiert und damit eine Kraft gleichmäßig an diese weitergibt. Die Scheibe ist natürlich so dimensioniert, daß sie nicht die Wand der Sackbohrung kontaktiert, wenn sie sich in ihrer Lage befindet.

Eine Erdplatte oder Scheibe 54 aus Phosphorbronze od.dgl. ist in der Sackbohrung angeordnet, um die Elektrode 44 des piezoelektrischen Elementes zu kontaktieren. Diese Erdplatte 54 hat eine sehr flache Oberfläche, die die Elektrode 44 des piezoelektrischen Elementes kontaktiert. Die Erdplatte ist mit einer Vielzahl von Vorsprüngen 56 ausgebildet, die die Wand der Sackbohrung beaufschlagen, um sowohl eine gute elektrische Verbindung zwischen der Erdplatte und dem Düsenhalter 22 herzustellen, als auch die Platte 54 in Form einer Preßpassung in der Sackbohrung und damit auch das piezoelektrische Element an seinem Platz zu befestigen. Hsses Merkmal ergibt sich besonders a\is Fig. 7 der Zeichnung, wo die Vorsprünge 56 abgebogen und in festem Eingriff mit der Wand der Sackbohrung gezeigt sind. Um die

130062/0533

—Ί1—

Kraft einzustellen, mit der die Feder das Nadelventil vorspannt, kann die Äbstandsscheibe 36 so gewählt werden, daß sie eine geeignete Dicke hat, um damit die Anfangskraft zu verändern, die zwischen dem Fühler 10 und dem Ventilsitz aufgebracht wird. Die 'Oberfläche der Abstandsscheibe, die mit der Erdplatte in Berührung steht _y ist bearbeitet, um eine sehr flache Oberfläche zu bilden, um die Kraft gleichmäßig über die Erdplatte an das piezoelektrische Element weiterzugeben. Das keramische piezoelektrische Element hat aufgrund seiner natürlichen Eigenschaften eine Stirnfläche, die gegenüber Kräften höchst widerstandsfähig ist, sowie eine gegenüberliegende Stirnfläche, die unter der Einwirkung von Kräften brechen kann. Die Anordnung der flachen Oberflächen auf der Scheibe 52 und der Abstandscheibe 36 schützt das Element gegenüber einem Brechen infolge der Kraft, die ihm während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zugeführt" wird.

Die Fig. 8a und 8b zeigen jeweils das Anheben des Nadelventils in mm in Abhängigkeit von der Zeit und die zugehörige Ausgangsspannung des Anhebfühlers über der Zeit. Wie aus diesen graphischen Darstellungen zu erkennen ist, ändert sich das Asgangssignal des piezoelektrischen Elements mit der Verschiebung des Nadelventils während seines Anhebens und Absenkens.

Fig. 9 zeigt als Blockschaltbild eine Schaltung, die zur Benutzung bei dem erfindungsgemäßen Anhebfühler geeignet ist. Bei dieser Anordnung wird das Ausgangssignal des Fühlers (Fig. 8b) an eine Signalformerschaltung 58 gegeben, die das Signal oberhalb des Abschneidpegels L (vgl. Fig.8b) formt und anschließend ein in Fig. 8c gezeigtes Signal abgibt. Das Ausgangssignal der Signalformerschaltung 58 wird dann an eine Steuereinheit 60 gegeben, die dann ein

130062/0533

Steuersignal an eine Einspritz Zeitpunkt s-Steuerschaltung 62 gibt. Bei dieser Anordnung werden die geringeren Spannungsschwankungen, die am Ende eines jeden Einspritzvorganges als Folge eines Prellens des Nadelventils auftreten, beseitigt, wodurch im wesentlichen jegliches Rauschen in dem Steuersignal beseitigt wird, das an die Einspritzzeitpunkts-Steuerschaltung gegeben wird.

Zusammenfassend schafft damit die Erfindung eine einfache und sehr robuste Anhebfühleranordnung in Form eines knopfförmigen, keramischen, piezoelektrischen Elementes, das mit Metallfilmelektroden versehen ist und sandwichartig zwischen Teilen angeordnet ist, die bearbeitete, flache Oberflächen haben, um die Ausbildung von Brüchen in der Keramik infolge von Kräften zu verhindern. Die Teile, ein isolierendes Anschlußteil und eine Erdplatte, befestigen beide das piezoelektrische Element an seinem Platz und dienen zur Bildung einer Schaltung, die den Körper der Kraftstoff einspritzvorrichtung umfaßt, wodurch damit das Erfordernis von Verbindungsdrähten beseitigt wird, das sonst den Aufbau und die Konstruktion sowohl der Kraftstoffeinspritzvorrichtung als auch des Fühlers für sich komplizieren. Mit Hilfe dieser Anordnung werden die Herstellung, Montage und Reparatur stark vereinfacht.

130062/0533

-Jß*

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER

OPt. -'MG

H. KINKELDEY

DR-ING

W. STOCKMAIR

Ο« INQ A·« (CALTECH)

K. SCHUMANN

O« "CR NAT CW.-PHYS.

P. H. JAKOB

OtPL-INO

G. BEZOLD

OK «Λ NAT On. CHtM

8 MÜNCHEN

MAXIMIUANSTRASSE

P 15 958

Nissan Motor Co., Ltd.

2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan

V\J Kraftstoffeinsprxtzvorriclitting, gekennzeich net durch die Kombination:

a.) eines Gehäuses (14,22),

b.) einer in dem Gehäuse angeordneten Düse (18),

c.) eines vdrkungsmäßig in der Düse (18) zum
Steuern ihrer Einspritzöffnung (30) angeordneten Ventilelementes (20),

d.) einer Feder (32), die das Ventilelement (20)
an seinem einen Ende zum Vorspannen des Venr·

130062/0533

TELEPON (OBO) 339869 TELEX OB-30380 TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERBR

tilelementes (20) in Richtung einer Stellung beaufschlagt, in der es die Einspritzöffnung schließt, und

e.) eines Anhebfühlers (10), der aufweist:

1. ein in dem Gehäuse angeordnetes piezoelektrisches Element (4-0),

2. ein Änschlußelement (50), das im Kontakt mit einer ersten Seite des piezoelektrischen Elementes (40) angeordnet ist, gegenüber dem Gehäuse isoliert ist und durch eine in diesem ausgebildete Öffnung (48) hervorsteht, und

3- eine zwischen der Feder (32) und einer zweiten Seite des piezoelektrischen Elementes angeordnete Erdplatte (54·)» die einen elektrischen Kontakt zwischen der zweiten Seite des piezoelektrischen Elementes (40) und dem Gehäuse herstellt.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das piezoelektrische Element (40) eine knopfähnliche, zylindrische Form hat und mit ersten und zweiten Metallfilmelektroden (42,44) auf den ersten und zweiten Seiten jeweils ausgebildet ist, wobei die ersten und zweiten Elektroden kurz vor der Umfangskante des zylindrischen piezoelektrischen Elementes enden.

3« Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Anschlußelement (50) mit einer flachen Oberfläche ausgebildet ist, die an der ersten Seite des piezoelektrischen Elementes derart anschlägt, daß sie auf dieses eine Kraft gleichmäßig ausübt.

130062/0533

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche Λ bis 3, gekennzeichnet durch eine Abstandsscheibe (56), die zwischen der Erdplatte (54·) und der Feder (32) angeordnet ist und eine flache Oberfläche in Kontakt mit der Ecdplatte (54) hat, um auf die zweite Seite des piezoelektrischen Elementes über die Grundplatte eine Kraft gleichmäßig auszuüben.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Anschlußelement (50) die Form eines Anschlußpoles hat, der durch einen Isolierkörper (46) hindurchragend angeordnet ist, und daß eine Scheibe mit einem Ende des Anschlußpols verbunden ist.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet , daß die

Erdplatte (54) die Form einer Scheibe mit mehreren Yorsprüngen (56) hat, die sich von ihrem Umfang aus erstrecken und eine Wand des Gehäuses (22) beaufschlagen, um den elektrischen Kontakt herzustellen.

130062/0533