DE19953562A1 - Kraftstoff-Einspritzdüse - Google Patents

Abstract

Bei einer Kraftstoff-Einspritzdüse mit einem Düsenkörper (10), einer Düsennadel (12), die in dem Düsenkörper verschiebbar ist, einem Piezo-Aktor (20), der mit der Düsennadel verbunden ist, und einem Ausgleichskolben (30), an dem sich der Piezo-Aktor abstützt und der in eine Ausgleichskammer (32) hineinragt, die mit einem Fluid gefüllt ist, wobei die Ausgleichskammer mit einem Versorgungsvolumen (34) durch einen Zulauf mit geringem Querschnitt in Verbindung steht, soll ein einfacherer Aufbau erzielt werden. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß das Versorgungsvolumen (34) mit variablem Druck beaufschlagt wird. Auf diese Weise kann auf eine separate Rückstellfeder für die Düsennadel verzichtet werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzdüse mit einem Düsenkörper, einer Düsennadel, die in dem Düsenkörper verschiebbar ist, einem Piezo-Aktor, der mit der Düsennadel verbunden ist, und einem Ausgleichskolben, an dem sich der Piezo-Aktor abstützt und der in eine Ausgleichskammer hineinragt, die mit einem Fluid gefüllt ist, wobei die Ausgleichskammer mit einem Versorgungsvolumen durch einen Zulauf mit geringem Querschnitt in Verbindung steht.

Eine solche Einspritzdüse ist aus der DE 35 33 085 A1 bekannt. Der Ausgleichs­ kolben ermöglicht es, eine mit geringer Geschwindigkeit auftretende Längenände­ rung des Piezo-Aktors zu kompensieren. Eine solche Längenänderung wird ins­ besondere hervorgerufen durch eine Änderung der Temperatur. Wenn eine sol­ che Änderung auftritt, wird das Fluid vom Ausgleichskolben aus der Ausgleichs­ kammer verdrängt oder in diese angesaugt. Wenn dagegen eine schnelle Län­ genänderung des Piezo-Aktors auftritt, wie sie zum Öffnen der Düsennadel her­ vorgerufen wird, wird einer Verschiebung des in der Ausgleichskammer vorhan­ denen Fluids ein so hoher Widerstand aufgrund des geringen Querschnittes des Zulaufs entgegengesetzt, daß der Ausgleichskolben als starres Widerlager wirkt. Die Düsennadel kann dann betätigt werden, ohne daß der Ausgleichskolben den hervorgerufenen Öffnungshub beeinflußt.

Bei der bekannten Einspritzdüse, die eine außenöffnende Düse ist, ist eine sepa­ rate Rückstellfeder für die Düsennadel vorgesehen. Zum Öffnen der Düsennadel ist es erforderlich, daß der Piezo-Aktor die von der Rückstellfeder ausgeübte Kraft überwindet, was hohe Betätigungskräfte hervorruft.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kraftstoff-Einspritzdüse zu schaf­ fen, die ohne die vom Piezo-Aktor zu überwindende Rückstellfeder auskommt.

Vorteile der Erfindung

Eine Kraftstoff-Einspritzdüse der eingangs genannten Art, welche die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 aufweist, hat den Vorteil, daß der im Versorgungsvolumen herrschende Druck, der auch auf den Ausgleichskol­ ben einwirkt, vergleichbar einer Rückstellfeder für die Düsennadel wirkt, so daß auf eine separate, stark vorgespannte Rückstellfeder verzichtet werden kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform be­ schrieben, die in der beigefügten einzigen Zeichnung dargestellt ist. In dieser ist in einem schematischen Schnitt eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzdüse gezeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Einspritzdüse weist einen Düsenkörper 10 auf, in welchem eine innenöffnen­ de Düsennadel 12 verschiebbar angeordnet ist. Die Düsennadel 12 kann Spritz­ löcher 14, die in dem Düsenkörper 10 ausgebildet sind, öffnen, um das Einsprit­ zen von Kraftstoff zu ermöglichen, der über eine Zufuhrbohrung 16 und einen Ringkanal 18 bereitgestellt wird. Die Zufuhrbohrung 16 wird von einer Hochdruck­ sammelleitung versorgt, die unter der Bezeichnung "Common Rail" bekannt ist.

Die Düsennadel 12 ist an ihrem von den Spritzlöchern 14 abgewandten Ende mit einem Piezo-Aktor 20 verbunden, der aus einem Stapel von Piezo-Elementen 22 und einem Halter 24 besteht. Die Piezo-Elemente werden in dem Halter 24 von einer Ringfeder 26 vorgespannt. Der Piezo-Aktor 20 ist ferner mit (nicht darge­ stellten) Versorgungsanschlüssen versehen, mittels denen an die Piezo-Elemente 22 eine Spannung angelegt werden kann.

An dem von den Spritzlöchern 14 abgewandten Ende des Piezo-Aktors 20 ist eine Kugel 28 angeordnet, an der ein Ausgleichskolben 30 anliegt. Die Kugel 28 ge­ währleistet, daß etwaige Toleranzen und Lageabweichungen zwischen dem Aus­ gleichskolben 30 und dem Piezo-Aktor 20 in radialer Richtung nicht von einem Teil auf das andere übertragen werden. Der Kolben 30 ragt in eine Ausgleichs­ kammer 32 hinein, die über einen Ringspalt mit der Dicke d zwischen der Wand der Ausgleichskammer 32 und dem Ausgleichskolben 30 mit einem Versorgungs­ volumen 34 verbunden ist. Das Versorgungsvolumen steht unter dem System­ druck P_SYS, der üblicherweise gleich dem Druck des bereitgestellten Kraftstoffs ist.

Zwischen dem Düsenkörper 10 und einem Bund des Ausgleichskolbens 30 ist eine Druckfeder 36 angeordnet, die den Ausgleichskolben 30 gegen den Piezo- Aktor 20 beaufschlagt. Die Druckfeder 36 wirkt somit auf den Ausgleichskolben 30 im Sinne einer Zunahme des Volumens der Ausgleichskammer 32.

Die beschriebene Kraftstoff-Einspritzdüse arbeitet in der folgenden Weise: Wenn das der Einspritzdüse zugeordnete Einspritzsystem ausgeschaltet ist, gewährlei­ stet die Druckfeder 36, daß die Düsennadel 12 über den Piezo-Aktor 20 in Anlage an den Düsenkörper 10 gedrückt wird, so daß die Spritzlöcher 14 geschlossen sind und kein Kraftstoff aus der Einspritzdüse in den Verbrennungsraum einer zu versorgenden Verbrennungskraftmaschine eintreten kann. Wenn dagegen das Einspritzsystem eingeschaltet ist und über die Zufuhrbohrung 16 Kraftstoff bereit­ gestellt wird, der unter Systemdruck steht, wird an der in der Ringkammer 18 an­ geordneten Ringschulter der Düsennadel 12 eine Öffnungskraft erzeugt. Diese beaufschlagt die Düsennadel 12 bezüglich der Figur nach oben. Der Öffnungs­ kraft entgegen wirken der Piezo-Aktor 20 und der Ausgleichskolben 30. An die Piezo-Elemente 22 wird im Ausgleichszustand eine Spannung angelegt, so daß die einzelnen Piezo-Elemente sich axial verlängern. In diesem Zustand stützt sich das hintere Ende des Piezo-Aktors 20 über den Ausgleichskolben 30 gegen das Fluid ab, das sich in der Ausgleichskammer 32 unter Systemdruck befindet. Wenn die Düsennadel 12 geöffnet werden soll, wird die an die Piezo-Elemente 22 ange­ legte Spannung unterbrochen. Daraufhin ziehen sich die Piezo-Elemente axial zusammen, so daß die Düsennadel 12 einen Öffnungshub von bis zu 0,25 mm ausführen kann. Während dieser Bewegung bleibt der Ausgleichskolben 30 in seiner Stellung, da das in der Ausgleichskammer 32 vorhandene Fluid eine Be­ wegung des Ausgleichskolbens 30 nicht zuläßt; der Ringspalt um den Aus­ gleichskolben 30 herum, durch den das Fluid aus dem Versorgungsvolumen 34 nachströmen könnte, ist so klein, daß das System für die kurzen Zeiträume, wäh­ rend denen die Düsennadel geöffnet ist, als feststehend angenommen werden kann. Wenn die Düsennadel wieder geschlossen werden soll, wird an die Piezo- Elemente 22 wieder die Spannung angelegt, so daß diese sich in axialer Richtung ausdehnen und die Düsennadel 12 in ihre geschlossene Stellung verschieben.

Wenn dagegen während des Betriebs der Einspritzdüse eine Längenänderung der Bauteile der Einspritzdüse auftritt, insbesondere des Piezo-Aktors während einer Temperaturänderung, führt dies zu einer entsprechenden Verschiebung des Ausgleichskolbens 30 in der Ausgleichskammer 32, wobei das Fluid durch den Ringspalt mit der Dicke d entweder aus der Ausgleichskammer 32 heraus ver­ drängt wird oder in diese angesaugt wird.

Bezugszeichenliste

10

Düsenkörper

12

Düsennadel

14

Spritzlöcher

16

Zufuhrbohrung

18

Ringkanal

20

Piezo-Aktor

22

Piezo-Element

24

Halter

26

Ringfeder

28

Kugel

30

Ausgleichskolben

32

Ausgleichskammer

34

Versorgungsvolumen

36

Druckfeder

Claims (5)

1. Kraftstoff-Einspritzdüse mit einem Düsenkörper (10), einer Düsennadel (12), die in dem Düsenkörper verschiebbar ist, einem Piezo-Aktor (20), der mit der Dü­ sennadel verbunden ist, und einem Ausgleichskolben (30), an dem sich der Pie­ zo-Aktor abstützt und der in eine Ausgleichskammer (32) hineinragt, die mit einem Fluid gefüllt ist, wobei die Ausgleichskammer mit einem Versorgungsvolumen (34) durch einen Zulauf mit geringem Querschnitt in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Versorgungsvolumen (34) mit variablem Druck beaufschlagt wird.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Versor­ gungsvolumen (34) auf dem Druck des einzuspritzenden Kraftstoffs befindet.

3. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Versorgungsvolumen (34) mit Kraftstoff gefüllt ist.

4. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Feder (36) vorgesehen ist, die an dem Piezo-Aktor (20) an­ greift und die Düsennadel (12) in ihre geschlossene Stellung beaufschlagt.

5. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Kugel (28) zwischen dem Ausgleichskolben und dem Piezo- Aktor angeordnet ist, die einen Toleranzausgleich zwischen dem Ausgleichskol­ ben und dem Piezo-Aktor ermöglicht.