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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Einspritzdüse für Verbrennungsmotoren
und insbesondere auf einen verbesserten Aufbau einer Einspritzdüse für den Einbau
einer piezoelektrischen Vorrichtung, die als ein Ventilaktuator
der Einspritzdüse
verwendet wird.
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Typische
Einspritzdüsen,
wie sie beispielsweise in Dieselverbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen
verwendet werden, sind so gestaltet, dass sie ein Dreiwegeventil
oder ein Zweiwegeventil zum wahlweise Öffnen oder Schließen eines
Kraftstoffzuführungswegs
antreiben, der mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung (Common-Rail)
verbunden ist, in der ein unter hohem Druck befindlicher Kraftstoff
gespeichert wird. Wenn der Kraftstoff in den Motor eingespritzt
werden soll, ändert
die Einspritzdüse
den auf eine Nadel wirkenden Kraftstoffdruck, so dass die Nadel
zum Öffnen
eines Düsenlochs
angehoben wird, um die Kraftstoffeinspritzung zu veranlassen.
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Als
Ventilaktuator zum Öffnen
und Schließen des
Dreiwegeventils oder des Zweiwegeventils ist üblicherweise ein Solenoidventil
eingesetzt worden. Um ein Ventil zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung präziser zu
betätigen,
ist in den letzten Jahren jedoch der Versuch unternommen worden,
eine piezoelektrische Vorrichtung zu verwenden, die sich im Ansprechen
auf den Eingang eines elektrischen Signals ausdehnt oder zusammenzieht.
So wird zum Beispiel ein Ventilaktuator vorgeschlagen, der aus einer
piezo elektrischen Vorrichtung besteht, die sich aus einem Stapel
piezoelektrischer Schichten und einem Kolben zusammensetzt. Im Betrieb
wird an die piezoelektrische Vorrichtung eine Spannung angelegt.
Die piezoelektrische Vorrichtung zieht sich dann zusammen oder dehnt
sich aus, so dass sich der Kolben bewegt, der zum Beispiel ein Dreiwegeventil öffnet oder schließt, um den
Gegendruck einer Düsennadel
einer Einspritzdüse
zu steuern. Das Dreiwegeventil arbeitet so, dass es Verbindungen
zwischen einer angrenzend zur Düsennadel
ausgebildeten Gegendruckkammer und einem Hochdruckkraftstoffweg und
zwischen der Gegendruckkammer und einem Abflussweg schaltet. Wenn
die Gegendruckkammer mit dem Abflussweg in Verbindung steht, damit
der Druck in der Gegendruckkammer fällt, führt dies dazu, dass die Düsennadel
angehoben wird, so dass ein Kraftstoffstrahl aus einem Düsenloch
veranlasst wird. Wenn die Gegendruckkammer dagegen mit dem Hochdruckkraftstoffweg
in Verbindung steht, strömt
der Kraftstoff von dem Hochdruckkraftstoffweg zur Gegendruckkammer,
wodurch die Düsennadel nach
unten bewegt wird, so dass sich das Düsenloch schließt.
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Die
piezoelektrische Vorrichtung wird hergestellt, indem die piezoelektrische
Schichten, die jeweils Unter- und Oberseiten haben, auf denen Elektroden
ausgebildet sind, aufgeschichtet werden und auf eine Seitenfläche der
Aufschichtung eine leitende Paste aufgebracht wird, um Seitenanschlüsse zu bilden,
die jeweils negative und positive Seiten der Elektroden verbinden.
Die piezoelektrische Vorrichtung wird in einem Gehäuse eingebaut,
indem die Seitenanschlüsse über Leitungen
mit einem Verbindungsglied verbunden werden, auf den Umfang der piezoelektrischen
Vorrichtung ein Isolatorrohr gepasst wird und sie in eine Vertikalkammer
des Gehäuses
eingeführt
wird. Nach dem Einbau der piezoelektrischen Vorrichtung wird eine
hermetische Abdichtung ausgebildet, indem das ganze Gehäuse in eine
Form gesetzt und Harz in die Form gezwängt wird, um ein oberes Ende
des Gehäuses
abzudichten.
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Die
piezoelektrische Vorrichtung besteht gewöhnlich aus PZT (Blei-Zirkonat-Titanat).
Das PZT enthält
Blei, das giftig ist und daher entnommen werden muss, wenn die piezoelektrische
Vorrichtung abgenutzt ist. Die Entnahme des Bleis erfordert ein
Aufschneiden des Gehäuses,
da das obere Ende des Gehäuses
wie gesagt durch Harz abgedichtet ist. Das ist recht lästig. Außerdem besteht
das Problem, dass gewisse Teile nach ihrer Montage nicht aus dem Gehäuse entfernt
werden können,
weswegen es unmöglich
ist, diese Teile zu ersetzen und die Kennwerte der Kraftstoffeinspritzung
fein einzustellen.
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Die
piezoelektrische Vorrichtung, das Isolatorrohr und das Verbindungsglied
sind während
ihrer Montage nicht vollständig
geschützt
und daher nicht leicht zu handhaben, was zu einem Bruch des Isolatorrohrs
führen
kann. Das Verbindungsglied wird nach dem Zusammenbau der Einspritzdüse unter Verwendung
einer Form mit einem Harzmaterial überzogen, um das Verbindungsglied
vom Düsenkörper zu
isolieren, und hat daher eine feste Orientierung in Umfangsrichtung
der Düse.
Es muss daher für
jede Art von Motor eine eigene Verbindungsgliedform angefertigt
werden, was zu einer Erhöhung
der Herstellungskosten der Düse
führt.
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Das
japanische Patent Nr. 3010835 offenbart eine piezoelektrische Vorrichtung,
die hermetisch abgedichtet innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, das einen
Balg hat, um das Eindringen von Feuchtigkeit oder Fremdkörpern in
die piezoelektrische Vorrichtung zu vermeiden. Dieser Aufbau hat
jedoch insofern Nachteile, als der Balg einen größeren Durchmesser hat und sich
nur schwer in Einspritzdüsen kleiner
Größe einbauen
lässt.
Wenn die Größe der piezoelektrischen
Vorrichtung verringert wird, damit sie zu der der Einspritzdüsen passt,
kann dies ihr Leistungsvermögen
verschlechtern. Aus diesen Gründen wurden
Einspritzdüsen,
die mit der piezoelektrischen Vorrichtung als Aktuator ausgestattet
sind, bisher nicht in den praktischen Einsatz überführt.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EP 0790402
A offenbart eine Einspritzdüse, wie sie im Oberbegriff
von Anspruch 1 definiert ist. Die Einspritzdüse hat ein Gehäuse, einen
Aktuator mit einem piezoelektrischen Element zum wahlweise Öffnen oder
Schließen
eines Düsenlochs,
eine Überwurfmutter
zum lösbaren
Einbau des Aktuators im Gehäuse
und einen Kabelstrang zum Herstellen einer elektrischen Verbindung
zwischen dem piezoelektrischen Element und einer Steuerungseinheit.
Die Überwurfmutter
wird auf einen Gewindeabschnitt des Gehäuses geschraubt und fixiert
den Aktuator innerhalb einer Vertikalkammer im oberen Endabschnitt des
Halters, wobei der Kabelstrang durch die Überwurfmutter läuft.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Aufbau einer
Einspritzdüse
für einen
Verbrennungsmotor zur Verfügung
zu stellen, mit dem sich ein piezoelektrischer Aktuator leicht in
die Einspritzdüse
einbauen und aus ihr entfernen lässt
und sich Kraftstoffeinspritzkennwerte fein einstellen lassen und
der es erlaubt, die Gesamtgröße der Einspritzdüse zu verringern.
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Erfindungsgemäß ist eine
Einspritzdüse
vorgesehen, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Die abhängigen Ansprüche definieren
Weiterentwicklungen der Einspritzdüse.
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Ein
besseres Verständnis
der Erfindung ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den
beigefügten
Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung, die jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung auf bestimmte
Ausführungsbeispiele
verstanden werden sollten, sondern lediglich der Erläuterung
und dem Verständnis
dienen.
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Es
zeigen:
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1 eine
vertikale Schnittansicht einer Einspritzdüse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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2 eine
Perspektivansicht eines Common-Rail-Systems für einen Dieselmotor, das Einspritzdüsen der
in 1 gezeigten Bauart verwendet;
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3 eine
vertikale Schnittansicht eines in der Einspritzdüse von 1 eingebauten
Aktuators;
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4 eine
vertikale Schnittansicht eines Aktuators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 eine
Teilschnittansicht eines Aktuators gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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In
den Zeichnungen, in denen sich in den verschiedenen Ansichten gleiche
Bezugszahlen auf gleiche Teile beziehen zeigt 1 eine
erfindungsgemäße Einspritzdüse 100.
Die folgende Diskussion bezieht sich auf das Beispiel eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems,
in dem die Einspritzdüse 100,
wie in 2 gezeigt ist, für jeden Zylinder eines Dieselmotors 300 vorgesehen
ist.
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Das
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem umfasst eine gemeinsame Kraftstoffleitung
(Common-Rail) 200, die von einem Kraftstofftank 400 zugeführten Kraftstoff
sammelt, dessen Druck durch eine im Motor 300 eingebaute
Kraftstoffpumpe erhöht wurde.
Wenn der Kraftstoff in den Motor 300 eingespritzt werden
soll, wird der in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 200 unter
hohem Druck gespeicherte Kraftstoff den Einspritzdüsen 100 zugeführt.
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Die
Einspritzdüse 100 hat,
wie in 1 gezeigt ist, ein oberes Gehäuse 2, in dem sich
ein Aktuator 1 befindet, und ein unteres Gehäuse 3,
das an diesem ausgerichtet mit dem oberen Gehäuse 2 zusammengefügt ist und
eine Spritzdüse 4 aufweist.
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Das
obere Gehäuse 2 besteht
aus einem Hohlzylinderbauteil und hat eine zu seiner Längsachse
exzentrisch ausgebildete Vertikalkammer 21. In der Vertikalkammer 21 ist
der Aktuator 1 angeordnet. In dem oberen Gehäuse 2 ist
ein Hochdruckkraftstoffweg 22 ausgebildet, der parallel
zur Vertikalkammer 21 verläuft und an einem oberen Ende
von ihm mit einem Kraftstoffeinlassverbindungsglied 23 verbunden ist.
Das Kraftstoffeinlassverbindungsglied 23 ragt vom oberen
Gehäuse 2 (d.
h. vom Zylinder des Motors 300) aus nach außen und
steht, wie in 2 gezeigt ist, mit der gemeinsamen
Kraftstoffleitung 200 in Verbindung. In einem dem Kraftstoffeinlassverbindungsglied 23 gegenüberliegenden
oberen Abschnitt des oberen Gehäuses 2 ist
ein Kraftstoffauslassverbindungsglied 25 eingebaut. Von
dem Kraftstoffauslassverbindungsglied 25 wird der in einen
Abflussweg 24 strömende
Kraftstoff in den Kraftstofftank 400 abgeben. Der Abflussweg 24 führt zu einem
Spalt 50 zwischen einer Innenwand der Vertikalkammer 21 und
dem Aktuator 1 und durch einen (nicht gezeigten) vertikal
durch das obere und untere Gehäuse 2 und 3 laufenden
Weg zu einem Dreiwegeventil 51.
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Die
Spritzdüse 4 weist
eine Nadel 41 und ein Düsenloch 43 auf.
Die Nadel 41 kann vertikal innerhalb eines Düsenblocks 31 gleiten,
um Kraftstoff in einem Kraftstoffsammelraum 42 aus dem
Düsenloch 43 zu
sprühen.
Der Kraftstoffsammelraum 42 ist um einen mittleren Abschnitt
der Nadel 41 herum definiert und führt zu einem unteren Ende des
Hochdruckkraftstoffwegs 22. Auf die Nadel 41 wirkt
der Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffsammelraum 42,
der so arbeitet, dass er die Nadel 41 in eine Aufwärtsrichtung
(im Folgenden auch als Ventilöffnungsrichtung
bezeichnet) bewegt, und der Druck des Kraftstoffs in einer Gegendruckkammer 44,
der so arbeitet, dass er die Nadel 41 in eine Abwärtsrichtung (im
Folgenden auch als Ventilschließrichtung
bezeichnet) bewegt. Wenn der Druck in der Gegendruckkammer 44 fällt, führt dies
dazu, dass die Nadel 41 nach oben gehoben wird, so dass
sich das Düsenloch 43 öffnet, was
einen Kraftstoffstrahl veranlasst.
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Der
Druck in der Gegendruckkammer 44 wird durch das Dreiwegeventil 51 gesteuert.
Diese Drucksteuerung wird erreicht, indem nach Wahl Verbindungen
zwischen der Gegendruckkammer 44 und dem Hochdruckkraftstoffweg 22 und
zwischen der Gegendruckkammer 44 und dem Abflussweg 24 hergestellt
werden. Die Schaltung dieser Verbindungen wird erreicht, indem eine
Kugel des Dreiwegeventils 51 bewegt wird, die in 1 durch
eine Strichellinie angegeben ist. Die Bewegung der Kugel wird erreicht,
indem mittels des Aktuators 1 ein Kolben großen Durchmessers 52 und
ein Kolben kleinen Durchmessers 54 versetzt werden. Der
Kolben kleinen Durchmessers 54 ist über eine Druckkammer 53 hydraulisch
mit dem Kolben großen
Durchmessers 52 verbunden. Dreiwegeventile sind an für sich bekannt, weswegen
eine ausführliche
Erläuterung
weggelassen wurde.
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Wie
deutlich aus 3 hervorgeht, besteht der Aktuator 1 im
Wesentlichen aus einem dünnwandigen
Metallhohlzylindergehäuse 11,
einer geschichteten piezoelektrischen Vorrichtung (auch als Piezostapel
bezeichnet) 61 und einem Kolben 62. Die piezoelektrische
Vorrichtung 61 befindet sich innerhalb eines oberen Abschnitts
des Gehäuses 11.
Der Kolben 62 ist an der piezoelektrischen Vorrichtung 61 ausgerichtet
gleitfähig
innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet.
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Die
piezoelektrische Vorrichtung 61 kann einer bekannten Bauart
entsprechen, die sich, wie später
ausführlich
beschrieben wird, aus einem Stapel piezoelektrischer Scheiben zusammensetzt,
auf deren beiden Seiten jeweils Elektroden ausgebildet sind. Auf
eine Seitenwand des Stapels der piezoelektrischen Scheiben wird
eine leitende Paste aufgebracht, um (nicht gezeigte) Seitenanschlüsse zu bilden,
die jeweils positive und negative Seiten der Elektroden verbinden.
Die Seitenanschlüsse
werden mit Leitungen 72a und 72b eines Verbindungsglieds 7 verbunden.
Das Anlegen einer Spannung an die piezoelektrische Vorrichtung 61 über das
Verbindungsglied 7 führt
dazu, dass sich die piezoelektrische Vorrichtung 61 in
ihrer Längsrichtung
zusammenzieht oder ausdehnt. Innerhalb des Gehäuses 11 ist ein Isolator 63 so
angeordnet, dass er den Umfang der piezoelektrischen Vorrichtung 61 umgibt,
um die piezoelektrische Vorrichtung 61 elektrisch gegenüber dem
Gehäuse 11 zu
isolieren.
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Wie
deutlich in 3 gezeigt ist, hat das Verbindungsglied 7 einen
zylinderförmigen
Verbindungsgliedkörper,
der mit einem offenen oberen Ende des Gehäuses 11 verschweißt ist.
Die Leitungen 72a und 72b laufen durch (nicht
gezeigte) Vertikallöcher,
die in dem Verbindungsgliedkörper 71 ausgebildet
sind, und sind mit einem auf dem Verbindungsgliedkörper 71 befindlichen
Verbindungsgliedanschluss oder -stecker 73 verbunden. Die
Leitungen 72a und 72b sind in dem Verbindungsgliedkörper 71 hermetisch abgedichtet,
um für
Luftdichtheit und elektrische Isolierung zu sorgen. Der Verbindungsgliedkörper 71 hat
einen Flansch 75, auf dem sich um den Umfang des Verbindungsgliedkörpers 71 herum
eine Sicherungsmutter 74 befindet. Die Sicherungsmutter 74 wird,
wie in 1 gezeigt ist, in ein oberes Endes des oberen
Gehäuses 2 eingeschraubt,
um das Verbindungsglied 7 im oberen Gehäuse 2 einzubauen.
Der Stecker 73 der Verbindungsglieds 7 wird mit
einem Abstand a von 5 bis 10 mm vom oberen Ende der Sicherungsmutter 74 gehalten,
so dass ein oberer Abschnitt des Verbindungsgliedkörpers 7 außerhalb
der Sicherungsmutter 74 frei liegt, um, wie später ausführlich beschrieben
wird, die Positionierung des Aktuators 1 innerhalb der
Vertikalkammer 21 zu erleichtern.
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Der
Kolben 62 weist einen Stab kleinen Durchmessers 64 auf,
der in 3 von seiner Unterseite aus nach unten läuft. Mit
einer Innenwand des Gehäuses 11 ist
ein ringförmiger
Sitz 12 verschweißt. Zwischen
der Oberseite des ringförmigen
Sitzes 12 und der Unterseite des Kolbens 62 ist
um den Stab 64 herum eine Spiralfeder 65 angeordnet,
um den Kolben 62 stets nach oben gegen ein unteres Ende der
piezoelektrischen Vorrichtung 61 zu drängen. Der Stab 64 verläuft gleitfähig durch
ein Mittelloch des ringförmigen
Sitzes 12 und erreicht eine am unteren Ende des Gehäuses 11 angebrachte
Membran 66. Die Membran 66 besteht aus einer dünnen Metallscheibe
in Form einer konischen Feder und ist an ihrer Außenkante
mit einem Ring verschweißt,
der an einem unteren Ende des ringförmigen Sitzes 12 ausgebildet
ist, wodurch eine untere Öffnung
des Gehäuses 11 hermetisch
abgedichtet wird.
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Die
Membran 66 wird durch eine Vertikalbewegung des Stabs 64 elastisch
verformt. Und zwar dehnt sich die piezoelektrische Vorrichtung 61 bei Strombeaufschlagung
vertikal aus und drückt
den Kolben 62 in 3 nach unten,
um die Membran 66 über
den Stab 64 nach unten vorstehen zu lassen. Das führt dazu,
dass der Kolben großen
Durchmessers 52, der sich, wie in 1 gezeigt
ist, im oberen Gehäuse 2 in
Kontakt mit der Membran 66 befindet, nach unten bewegt.
Und zwar wird ein Hub des Kolbens 62, der durch die Ausdehnung
der piezoelektrischen Vorrichtung 61 erzeugt wird, über die
Membran 66 zum Kolben großen Durchmessers 52 übertragen.
Der Kolben großen
Durchmessers 52 ist gleichachsig zur Vertikalkammer 21 des
oberen Gehäuses 2 eingebaut,
so dass er innerhalb des oberen Gehäuses 2 gleiten kann.
Die nach unten gerichtete Bewegung des Kolbens großen Durchmessers 52 wird
in einen Druckanstieg in der Druckkammer 53 umgewandelt,
die, wie in 1 gezeigt ist, zwischen dem oberen
und unteren Gehäuse 2 und 3 definiert
ist, was wiederum dazu führt,
dass der Kolben kleinen Durchmessers 54 nach unten versetzt
wird. Der Kolben kleinen Durchmessers 54 ist gleitfähig innerhalb einer
Zylinderkammer 32 angeordnet, die gleichachsig zur Einspritzdüse 100 im
unteren Gehäuse 3 ausgebildet
ist. Die Vertikalbewegung der piezoelektrischen Vorrichtung 61 (d.
h. der Hub des Kolbens großen
Durchmessers 52) wird als Funktion der Durchmesserdifferenz
zwischen dem Kolben großen Durchmessers 52 und
dem Kolben kleinen Durchmessers 54 verstärkt.
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Die
Fertigung des Aktuators 1 erfolgt, indem der ringförmige Sitz 12,
dessen Boden mit der Membran 66 verschweißt ist,
von der unteren Öffnung
aus in das Gehäuse 11 eingeführt wird,
der ringförmige Sitz 12 mit
der Innenwand des Gehäuses 11 verschweißt wird,
die Feder 65, der Kolben 62 und die mit dem zylinderförmigen Isolator 63 bedeckte
piezoelektrische Vorrichtung 61 von der oberen Öffnung aus
in das Gehäuse 11 gesetzt
werden, der Verbindungsgliedkörper 71 mit
dem oberen Ende des Gehäuses 11 verschweißt wird
und diese Baugruppe in eine Form gesetzt wird, um einen Harzblock
des Steckers 73 des Verbindungsglieds 7 zu bilden.
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Der
Einbau des auf diese Weise angefertigten Aktuators 1 in
dem oberen Gehäuse 2 erfolgt,
indem der Aktuator 1 von ihrer oberen Öffnung aus in die Vertikalkammer 21 eingeführt wird,
der obere Abschnitt des Verbindungsgliedkörpers 71 unter Verwendung
eines bestimmten Halters oder Werkzeugs wie mit a in 3 angegeben
gehalten wird und die Sicherungsmutter 74 festgemacht wird.
Auf der Innenwand der Vertikalkammer 21 ist eine Schulter 21a ausgebildet,
um eine obere größere Bohrung
zu definieren, deren Innenwand mit einem Gewinde versehen ist. Der
Flansch 75 des Verbindungsgliedkörpers 71 sitzt über eine
Passscheibe 13 auf der Schulter 21a. Die Scheibe 13 funktioniert
so, dass sie einen Spalt zwischen dem Flansch 75 in der
Schulter 21a abdichtet, und dient auch als ein Abstandshalter
zum Einstellen der Vertikallage des Aktuators 1 innerhalb der
Vertikalkammer 21, um die Einspritzkennwerte der Einspritzdüse 100 (z.
B. die zu versprühende Kraftstoffmenge)
fein nachzustellen.
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Die
Verwendung der Sicherungsmutter 74 zum Kontern des Aktuators 1 im
oberen Gehäuse 2 erleichtert
das Entfernen des Aktuators 1 nach Abnutzung und erlaubt
es, die Orientierung des Steckers 73 des Verbindungsglieds 7 leicht
einzustellen. Wenn die Sicherungsmutter 74 festgezogen
wird, wird der 5–10
mm große
Spalt a zwischen dem Boden des Steckers 73 und dem oberen
Ende der Sicherungsmutter 74 beibehalten. Der obere Abschnitt des
Verbindungsglieds 71 wird durch ein Werkzeug wie eine Klemme
oder einen Greifer gehalten. Dies vermeidet während des Einbaus im oberen
Gehäuse 2 die
Aufbringung eines ungewünschten
Moments oder einer ungleichmäßigen Last
auf den Aktuator 1.
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Die
piezoelektrische Vorrichtung 61 wird durch das Gehäuse 11 geschützt. Die
mit der piezoelektrischen Vorrichtung 61 verbundenen Leitungen 72a und 72b werden
von dem mit dem Gehäuse 11 verschweißten Verbindungsgliedkörper 71 gehalten, was
die Handhabung des Aktuators 1 erleichtert und einen hohen
Grad an Luftdichtheit und elektrischer Isolierung des gesamten Aktuators 1 gewährleistet. Dies
ermöglicht
auch die Verwendung des Spalts 50 zwischen der Innenwand
der Vertikalkammer 21 in der Außenwand des Aktuators 1 als
Abflussweg, was zu weniger Löchern
führt,
die in das obere Gehäuse 2 gebohrt
werden müssen.
Der Kolben kleinen Durchmessers 54 ist gleichachsig mit
dem oberen Gehäuse 2 ausgebildet,
was zu einer geringeren Gesamtlänge
eines exzentrischen Loches (d. h. der Vertikalkammer 21 und
einer Kammer, in der sich der Kolben großen Durchmessers 52 befindet)
führt,
was die maschinelle Bearbeitung des exzentrischen Lochs erleichtert.
Wenn beim Betrieb der Einspritzdüse 100 der
Kraftstoff in den Motor 300 eingespritzt werden soll, legt
eine (nicht gezeigte) Motorsteuerung an die piezoelektrische Vorrichtung 61 die
Spannung an, so dass sich die piezoelektrische Vorrichtung 61 ausdehnt
und den Kolben 62, die Membran 66 und den Kolben
großen
Durchmessers 52 in 1 nach unten
drückt.
Die nach unten gerichtete Bewegung des Kolbens großen Durchmessers 52 führt dazu,
dass sich das Volumen der Druckkammer 53 verringert, was
zu einem Druckanstieg in der Druckkammer 53 führt. Das
führt dazu,
dass sich der Kolben kleinen Durchmessers 54 bewegt und
die Kugel des Dreiwegeventils 51 nach unten drückt, so dass
der Kraftstoff in der Gegendruckkammer 44 zum Abflussweg 24 strömt, wodurch
der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 44 verringert
wird. Das führt
dazu, dass die Nadel 41 nach oben gehoben wird, um das
Düsenloch 43 zu öffnen, so
dass der Kraftstoff im Kraftstoffsammelraum 42 in den Motor 300 gesprüht wird.
Wenn das Versprühen
des Kraftstoffs beendet werden soll, senkt die Motorsteuerung die
an die piezoelektrische Vorrichtung 61 angelegte Spannung,
so dass sie sich zusammenzieht, was dazu führt, dass der Kolben 62 durch
den Federdruck der Spiralfeder 65 nach oben gehoben wird. Die
Membran 66 und der Kolben großen Durchmessers 52 bewegen
sich daher nach oben, so dass der Druck in der Druckkammer 53 fällt, was
dazu führt, dass
der Kolben kleinen Durchmessers 54 nach oben gehoben wird.
Die Hebung des Kolbens kleinen Durchmessers 54 führt dazu,
dass sich die Kugel des Dreiwegeventils 51 nach oben bewegt,
um die Verbindung zwischen dem Hochdruckkraftstoffweg 22 und
der Gegendruckkammer 44 herzustellen, so dass der Kraftstoffdruck
in der Gegendruckkammer 44 erhöht wird, um die Nadel 51 nach
unten zu drücken,
was das Düsenloch 43 schließt.
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4 zeigt
den Aktuator 1 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Mit
dem unteren Ende des Gehäuses 11 ist ein
Balg 11b verbunden. Der Balg 11b ist an einer
unteren Öffnung
von ihm durch eine Membran 11a verschlossen. Die Membran 11a befindet
sich mit dem Boden des Stabs 64 des Kolbens 62 in
Kontakt. Der Balg 11b hat im Großen und Ganzen die gleiche
Länge wie
der Stab 64 und drängt
den Kolben 62 stets gegen den Boden der piezoelektrischen
Vorrichtung 61. Die nach unten gerichtete Bewegung des
Stabs 64 führt
dazu, dass sich der Balg 11b ausdehnt, so dass sich die
Membran 11b nach unten bewegt.
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Die übrige Aufbau
entspricht ansonsten dem des ersten Ausführungsbeispiels, weswegen eine ausführliche
Erläuterung
weggelassen wurde.
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5 zeigt
die Einspritzdüse 100 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Der
Verbindungsgliedkörper 71 ist
mit einem auf das obere Ende des oberen Gehäuses 2 gesetzten Flansch 78 direkt
in die obere Öffnung
des oberen Gehäuses 2 eingepasst.
An dem oberen Ende des oberen Gehäuses 2 ist unter Verwendung
von Schrauben 16 eine Befestigungsplatte 76 festgemacht,
um den Flansch 78 zwischen sich selbst und dem oberen Ende
des oberen Gehäuses 2 festzuklemmen,
damit der Aktuator 1 fest in dem oberen Gehäuse 2 gehalten
wird. Zwischen dem Boden des Steckers 73 und dem oberen
Ende der Befestigungsplatte 76 wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel der
5–10 mm
große
Spalt a beibehalten, um während des
Einbaus im oberen Gehäuse 2 die
Aufbringung eines ungewünschten
Moments oder einer ungleichmäßigen Last
auf den Aktuator 1 zu vermeiden.
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Der übrige Aufbau
entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels,
weswegen eine ausführliche Erläuterung
weggelassen wurde.
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Die
Erfindung wurde zwar bezüglich
bevorzugter Ausführungsbeispiele
offenbart, um das Verständnis
zu erleichtern, doch sollte anerkannt werden, dass die Erfindung
auch auf andere Weise umgesetzt werden kann, ohne vom Erfindungsprinzip abzuweichen.
Die Erfindung sollte daher so verstanden werden, dass sie alle möglichen
Ausführungsbeispiele
und Abwandlungen der Ausführungsbeispiele
umfasst, in die sie umgesetzt werden kann, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen dargelegten
Erfindungsprinzip abzuweichen. So wird zum Beispiel das Dreiwegeventil 51 verwendet,
um die Spritzdüse 4 zu öffnen und
zu schließen,
doch ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Es kann auch ein anderer
bekannter Mechanismus verwendet werden, um die Spritzdüse 4 zu öffnen und
zu schließen. Des
Weiteren wird der Aktuator 1 durch eine piezoelektrische
Vorrichtung realisiert, doch kann auch ein anderes Element verwendet
werden, solange es so aufgebaut ist, dass es sich im Ansprechen
auf den Eingang eines elektrischen Signals ausdehnt und zusammenzieht.