DE10003863B4

DE10003863B4 - Einspritzdüse

Info

Publication number: DE10003863B4
Application number: DE10003863A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: EP1222382A2; WO2001055578A3; US20020153429A1; DE10003863A1; KR20010111284A; HUP0202473A2; CZ20013441A3; JP2003521616A; WO2001055578A2

Abstract

Einspritzdüse (10) für ein Kraftstoff-Einspritzsystem, mit einem Düsenkörper (14) und einem Druckraum (26), der mit einem Fluideingang (24) und einem Fluidausgang (30) versehen ist, einem Ventilsitz (32) um den Fluidausgang (30) herum, einem Ventilelement (34), das an dem Ventilsitz (24) anliegen kann, so daß der Fluidausgang (30) verschlossen ist, und einem Piezo-Aktor (40), der mit einem Betätigungsfortsatz (42) versehen ist, der an dem Ventilelement (34) angreifen kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Düsenkörper (14) verschiebbares Wandteil (28) vorgesehen ist, an dem der Ventilsitz (32) ausgebildet ist und das den Druckraum (26) auf der Seite des Ventilsitzes (32) begrenzt, und daß ein separates Temperaturausgleichselement (44) vorgesehen ist, das mit dem verschiebbaren Wandteil (28) zusammenwirkt und dieses entsprechend einer temperaturbedingten Längenänderung des Piezo-Aktors (40) verschiebt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für ein Kraftstoff-Einspritzsystem, mit einem Düsenkörper und einem Druckraum, der mit einem Fluideingang und einem Fluidausgang versehen ist, einem Ventilsitz um den Fluidausgang herum, einem Ventilelement, das an dem Ventilsitz anliegen kann, so daß der Fluidausgang verschlossen ist, und einem Piezo-Aktor, der mit einem Betätigungsfortsatz versehen ist, der an dem Ventilelement angreifen kann.
Das Ventilelement dient zur Steuerung des Öffnens und des Schließens einer Düsennadel der Einspritzdüse. Die Düsennadel ragt in einen Steuerraum hinein, dem ein unter Druck stehendes Fluid, insbesondere Kraftstoff, zugeführt wird. Aus dem Steuerraum kann das Fluid durch eine Ablaufdrossel hindurch in den Druckraum fließen. Wenn der Fluidausgang aus dem Druckraum geschlossen ist, also wenn das Ventilelement an dem Ventilsitz anliegt, wird das Fluid in dem Steuerraum aufgestaut, so daß sich dort ein hoher Druck aufbaut. Dieser Druck hält die Düsennadel in ihrer geschlossenen Stellung. Wenn die Düsennadel geöffnet werden soll, wird das Ventilelement durch Betätigung des Piezo-Aktors von dem Ventilsitz abgehoben. Dadurch kann das Fluid aus dem Druckraum und dem Steuerraum abfließen, so daß der Druck im Steuerraum absinkt. Dadurch ist eine auf die Düsennadel einwirkende Öffnungskraft, die von dem am vorderen Ende der Düsennadel anstehenden Kraftstoffdruck erzeugt wird, in der Lage, die Düsennadel zu öffnen. Nun kann Kraftstoff eingespritzt werden.
Die Verwendung eines Piezo-Aktors bietet den Vorteil, daß mit vergleichsweise geringen elektrischen Leistungen und kurzen Ansprechzeiten das Ventilelement geschaltet werden kann. Der Nachteil eines Piezo-Aktors besteht darin, daß der in ihm enthaltene Piezo-Stack, also der Stapel der einzelnen Piezo-Elemente, bei Temperaturänderungen eine vergleichsweise große Längenzunahme bzw. Längenabnahme erfährt.

Um zu verhindern, daß diese Längenänderung des Piezo-Aktors das Schaltverhalten der Einspritzdüse beeinflußt, wurden im Stand der Technik verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, die einer Temperaturkompensation dienen. Aus der DE 35 33 085 A1 ist beispielsweise ein hydraulisches Ausgleichssystem bekannt, bei dem ein Hydraulikkolben als Widerlager für den Piezo-Aktor dient. Der Hydraulikkolben ermöglicht eine langsame Längenänderung des Piezo-Aktors, indem bei einer solchen Längenänderung Fluid vom Ausgleichskolben durch einen engen Drosselspalt verdrängt wird. Wenn dagegen eine schnelle Längenänderung auftritt, wie sie einer Betätigung des Piezo-Aktors entspricht, kann der Ausgleichskolben als hinreichend starr angenommen werden, da die Drosselstelle eine schnelle Verschiebung des Ausgleichskolbens nicht ermöglicht.

Aus der DE 195 31 652 A1 ist ein Ausgleichssystem bekannt, bei dem der Piezo-Aktor grundsätzlich frei verschiebbar ist, so daß er temperaturbedingte Längenänderungen erfahren kann. Um aber bei einer Aktivierung des Piezo-Aktors über ein Widerlager zu verfügen, wird der Piezo-Aktor unmittelbar vor einer Aktivierung von einer Klemmvorrichtung in seiner jeweiligen Position eingespannt. Diese Einspannung wird nach der Aktivierung wieder aufgehoben, so daß in den Ruhephasen des Piezo-Aktors eine gegebenenfalls erforderliche Längenänderung auftreten kann.

Die DE 195 38 791 C2 zeigt eine Einspritzdüse der eingangs genannten Art mit einem Piezo-Aktor, der auf ein nadelähnliches Verschlußteil wirkt. Eine temperaturabhängige Längenänderung des Piezo-Aktors wird durch die Auswahl des Materials des Gehäuses kompensiert, in dem der Piezo-Aktor fest aufgenommen ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine von einem Piezo-Aktor betätigte, temperaturkompensierte Einspritzdüse mit einfachem Aufbau zu schaffen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 verwendet zur Temperaturkompensation ein rein mechanisches System, so daß sich ein besonders einfacher Aufbau ergibt. Die Erfindung beruht im Grundgedanken darauf, bei einer auftretenden Temperaturschwankung und der damit verbundenen Längenänderung des Piezo-Aktors den Ventilsitz in gleicher Weise zu verstellen wie den Betätigungsfortsatz. Auf diese Weise kommt es zu keiner temperaturbedingten Relativverschiebung zwischen dem Ventilsitz und dem Betätigungsfortsatz, so daß sich die Schaltcharakteristik nicht ändert.

Als Temperaturausgleichselement kann beispielsweise eine Hülse verwendet werden, die den Piezo-Aktor umgibt. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders kompakte Gestaltung. Als Material für das Temperaturausgleichselement kann ein beliebiges Material verwendet werden, dessen Temperaturausdehnungskoeffizient etwa gleich demjenigen der für den Piezo-Aktor verwendeten Piezo-Keramik ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, die in der beigefügten einzigen Zeichnung dargestellt ist. In dieser ist in einem Querschnitt das mit dem Piezo-Aktor und dem Druckraum versehene Ende einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse gezeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist ein Ausschnitt einer Einspritzdüse 10 gezeigt. Sie weist eine Düsennadel 12 auf, die in dem Düsenkörper 14 verstellbar angebracht ist. Die Düsennadel 12 ragt in einen Steuerraum 16 hinein, der mit einem Kraftstoff-Zulauf 18 in Verbindung steht. Vom Steuerraum 16 geht ein Kraftstoff-Ablauf 20 ab, der über eine Ablaufdrossel 22 zu einem Fluideingang 24 führt, der in einem Druckraum 26 mündet. Der Druckraum 26 wird auf seiner vom Fluideingang 24 entgegengesetzten Seite von einem Wandteil 28 begrenzt, das verschiebbar im Düsenkörper 14 angebracht ist. Das Wandteil 28 ist mit einer Durchgangsbohrung versehen, so daß ein Fluidausgang 30 aus dem Druckraum 26 gebildet ist. Dieser kann von einem Ventilelement 34 verschlossen werden, das an einem Ventilsitz 32 am Wandteil 28 anliegen kann. Zur Beaufschlagung des Ventilelementes 34 ist im Druckraum 26 eine Vorspannfeder 36 angeordnet. Schließlich ist im Druckraum 26 noch eine Druckfeder 38 in der Form einer Tellerfeder angeordnet, die sich zwischen dem Wandteil 28 und dem diesem gegenüberliegenden Boden der Druckkammer 26 abstützt.

Zur Betätigung des Ventilelementes 34 ist ein Piezo-Aktor 4O vorgesehen, der auf der von der Düsennadel 12 abgewandten Seite des Druckraumes 26 angeordnet ist. Der Piezo-Aktor 40 ist mit einem Betätigungsfortsatz 42 versehen, der sich durch den Fluidausgang 30 hindurch erstreckt und das Ventilelement 34 vom Ventilsitz 32 abheben kann.

Um den Piezo-Aktor 40 herum ist ein Temperaturausgleichselement 44 in der Form einer Hülse angeordnet, das sich mit einem axialen Ende am Boden der den Piezo-Aktor 40 aufnehmenden Bohrung und mit dem anderen axialen Ende am verschiebbaren Wandteil 28 abstützt. Das Temperaturausgleichselement 44 hat einen Temperaturausdehnungskoeffizienten, der etwa gleich demjenigen des Piezo-Aktors 40 ist.

Der Piezo-Aktor 40 dient in an sich bekannter Weise dazu, durch Betätigung des Ventilelementes 34 selektiv den Fluidausgang 30 aus dem Druckraum 26 zu öffnen und dadurch ein Absinken des Fluiddrucks im Steuerraum 16 hervorzurufen, damit die Düsennadel 12 geöffnet werden kann. Wenn es während des Betriebs der Einspritzdüse zu einer Temperaturänderung und dadurch bedingt zu einer Längenänderung des Piezo-Aktors kommt, erfährt das Temperaturausgleichselement 44 dieselbe Längenänderung. Dadurch kommt es zu einer Verschiebung des verschiebbaren Wandelementes 28 und damit des Ventilsitzes 32, die der Verschiebung des an dem Ventilelement 34 angreifenden Endes des Betätigungsfortsatzes 42 entspricht. Auf diese Weise ist eine Relativverschiebung zwischen dem Ventilsitz 32 und dem Betätigungsfortsatz 42 bei einer Temperaturänderung verhindert, und die Schaltcharakteristik der Einspritzdüse bleibt unbeeinflußt von Temperaturänderungen. Die Druckfeder 38 dient bei einer Verstellung des verschiebbaren Wandteils 28 dazu, dieses immer in Anlage am Temperaturausgleichselement 44 zu halten, so daß das Wandteil 28 auch einer Verkürzung des Temperaturausgleichselementes 44 folgt. Die Verwendung einer Tellerfeder bietet den Vorteil, daß bei geeigneter Auslegung immer dieselbe Federkraft unabhängig von einer Verschiebung des Wandteils 28 bereitgestellt wird.

10: Einspritzdüse
12: Düsennadel
14: Düsenkörper
16: Steuerraum
18: Kraftstoff-Zulauf
20: Kraftstoff-Ablauf
22: Ablaufdrossel
24: Fluideingang
26: Druckraum
28: Wandteil
30: Fluidausgang
32: Ventilsitz
34: Ventilelement
36: Vorspannfeder
38: Druckfeder
40: Piezo-Aktor
42: Betätigungsfortsatz
44: Temperaturausgleichselement

Claims

Einspritzdüse (10) für ein Kraftstoff-Einspritzsystem, mit einem Düsenkörper (14) und einem Druckraum (26), der mit einem Fluideingang (24) und einem Fluidausgang (30) versehen ist, einem Ventilsitz (32) um den Fluidausgang (30) herum, einem Ventilelement (34), das an dem Ventilsitz (24) anliegen kann, so daß der Fluidausgang (30) verschlossen ist, und einem Piezo-Aktor (40), der mit einem Betätigungsfortsatz (42) versehen ist, der an dem Ventilelement (34) angreifen kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Düsenkörper (14) verschiebbares Wandteil (28) vorgesehen ist, an dem der Ventilsitz (32) ausgebildet ist und das den Druckraum (26) auf der Seite des Ventilsitzes (32) begrenzt, und daß ein separates Temperaturausgleichselement (44) vorgesehen ist, das mit dem verschiebbaren Wandteil (28) zusammenwirkt und dieses entsprechend einer temperaturbedingten Längenänderung des Piezo-Aktors (40) verschiebt.
Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsfortsatz (42) des Piezo-Aktors (40) durch das verschiebbare Wandteil (28) hindurchragt.
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturausgleichselement (44) eine Hülse ist, die den Piezo-Aktor umgibt.
Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem verschiebbaren Wandteil (28) und der gegenüberliegenden Wand des Druckraumes (26) eine Druckfeder (38) angeordnet ist.
Einspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (38) eine Tellerfeder ist.