Erfindungsgemäß wird ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welcher ein Gehäuse mit einem Hochdruckbereich mit dem Kraftstoff unter dem Kraftstoffdruck aufweist, in dem angeordnet sind: - ein Piezo-Aktor, welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte zum Heben und Senken einer Düsennadel bereitstellt, der eine Düse öffnet und schließt, in die der Kraftstoff eingespritzt wird; - eine Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen vergrößerten Hub, welche zumindest einen piezoseitigen Hebel, der mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist; und - zumindest eine Lagervorrichtung, welche den piezoseitigen Hebel und/oder den düsennadelseitigen Hebel jeweils an einem Lagerpunkt lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes zu der Bodenplatte in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.
Beschreibung[de]
Die Erfindung betrifft einen Injektor, ein Einspritzsystem und ein
Verfahren zum Herstellen eines Injektors.
Einspritzsysteme mit zumindest einem Injektor und insbesondere lecköllose
Common-Rail-Einspritzsysteme erfordern ein Steuerelement, wie beispielsweise einen
Piezo-Aktor im Hochdruckraum des Injektors. Das technische Gebiet der Erfindung
betrifft insbesondere piezogesteuerte Common-Rail-Injektoren oder Einspritzsysteme
ohne Leckölrücklauf mit einem Piezo-Aktor oder einem Piezo-Aktuator zum
Öffnen und Schließen einer Düse mittels einer Düsennadel im
Hochdruckraum, der eine hydraulische Längsausgleichsvorrichtung oder Rückstellvorrichtung
und einen Hebelübersetzer zur Betätigung der Düsennadel aufweist.
Die Rückstellvorrichtung weist insbesondere einen in einer Bohrung der Bodenplatte
des Piezo-Stapels des Piezo-Aktors eingreifenden Kolben, ein hydraulisches Volumen,
beispielsweise ein Kraftstoffvolumen, zwischen der Bodenplatte und dem Kolben und
eine Rückstellfeder zum Rückstellen des Piezo-Stapels auf. Ein solches
Einspritzsystem ist beispielsweise aus der DE
101 45 620 B4 bekannt.
Wird wie bei dem oben beschriebenen Einspritzsystem die Düsennadel
des Injektors direkt vom Piezo-Aktor über einen Umsetzer angetrieben, besteht
der prinzipielle Nachteil eines kleinen Nutzhubes des Piezo-Aktors. Einerseits muss
der Piezo-Aktor die zur Nadelöffnung benötigte mechanische Arbeit ins
System einprägen, andererseits müssen auch Fertigungstoleranzen und Temperatureffekte
ausgeglichen werden. Der Anmelderin ist intern bekannt, zum Ausgleich von Temperatureffekten
spezielle Werkstoffe für die einzelnen Injektorkomponenten einzusetzen. Der
Anmelderin ist weiterhin intern bekannt, zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen
die im jeweiligen Injektor verbauten Komponenten einander zuzupaaren. Dennoch verbleibt
in der Regel ein Restfehler, der in Form eines Leerhubs vorgehalten werden muss,
um die Funktion und die Betriebssicherheit des Injektors bzw. Einspritzsystems zu
gewährleisten.
Durch Einsatz einer wie oben beschriebenen Längsausgleichsvorrichtung
oder eines hydraulischen Kompensators können gleichzeitig alle Toleranzen und
Temperaturdehnungseffekte ausgeglichen werden.
Allerdings bedingt der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckraum des Einspritzsystems
sowohl eine Längenänderung des Gehäuses des Einspritzsystems als
auch eine Kompression von Komponenten im Hochdruckraum oder Hochdruckvolumen. Insbesondere
beim direkt angetriebenen Einspritzsystem oder Piezo-Injektor mit dem Piezo-Aktor
im Hochdruckvolumen wird der Piezo-Aktor aufgrund der Volumenkompressibilität
des Piezo-Stapels mit steigendem Druck verkürzt, wohingegen sich das Gehäuse
des Einspritzsystem infolge der elastischen Dehnung längt. Dies bewirkt eine
Zunahme des Leerhubes, welcher größer als der nutzbare Arbeitshub des
Piezo-Aktors werden kann. Dies soll folgendes Beispiel veranschaulichen: Das Kompressionsmodul
K ist definiert als:
wobei V das Volumen, dp die infinitesimale Druckänderung, dV die infinitesimale
Volumenänderung und dV/V die relative Volumenänderung bezeichnet. Das
negative Vorzeichen entsteht aus der Forderung, dass sich bei einem Druckzuwachs
eine Abnahme der Größe dV/V ergibt, dabei aber K positiv bleiben soll.
Bei der folgenden quantitativen Analyse kann das negative Vorzeichen außer
Betracht bleiben.
Nimmt man beispielsweise einen Kraftstoffdruck vom 200 MPa (dp = 200
MPa) und ein Kompressionsmodul für den Piezo-Stapel von 50 GPa (K = 50 GPa)
an, so ergibt sich mit
eine relative Volumenänderung dV/V von 0.004. In diesem Beispiel beträgt
also die relative Volumenänderung dV/V 4%. Unter der Annahme einer isotropen
Maßänderung ergibt sich durch Ziehen der Kubikwurzel eine Änderung
von 1.60. Bei einer Höhe des Piezo-Stapels von 60 mm ergibt sich damit eine
Änderung von etwa 96 &mgr;m, was in der Größenordung des maximalen
Arbeitshubes des Piezo-Stapels liegt. Somit ist es nachteiligerweise bisher nicht
möglich, das Einspritzsystem bzw. den Piezo-Injektor für einen Kraftstoffdruckbereich
von beispielsweise 20 MPa für niedrige Teillast bis 200 MPa für Volllast
zu dimensionieren.
Wie oben bereits ausgeführt, ist zur Kompensation der Leerhubänderungen
der hydraulische Kompensator vorgesehen. Die Zeitkonstante des hydraulischen Kompensators
ist so dimensioniert, dass schnelle Vorgänge wie Einspritzpulse
nur zu einer unwesentlichen Änderung oder zu keiner Änderung führen,
dass aber Leerhubänderungen, welche durch den Kraftstoffdruck verursacht werden,
ausreichend schnell (Größenordnung 500 MPa/s) ausgeglichen werden können.
Allerdings können durch den bekannten hydraulischen Kompensator Drucksprünge,
die beispielsweise durch das öffnen des Injektors oder durch reflektierte Druckwellen
im Rail eines Einspritzsystems mit mehreren Injektoren verursacht werden, nicht
ausgeglichen werden.
Zur Veranschaulichung der vorliegenden Problematik ist in
1 ein schematisches Blockschaltbild eines der Anmelderin
intern bekannten Einspritzsystem mit einem Injektor 1 dargestellt. Der
Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck
hat ein Gehäuse 2, das einen Hochdruckbereich HD mit dem Kraftstoff
P unter dem Kraftstoffdruck aufweist. Der Kraftstoff wird mittels einer Zuführvorrichtung
20 in den Hochdruckbereich HD des Gehäuses 2 geleitet. Der
Injektor 1 weist einen Piezo-Aktor 3 auf, der einen Hub mittels
einer Bodenplatte 4 zum Heben und Senken einer Düsennadel
5 bereitstellt, der eine Düse 6 öffnet und schließt,
in die der Kraftstoff P eingespritzt wird. Dazu weist der Piezo-Aktor
3 einen Piezo-Stapel 11 auf, der in Abhängigkeit eines Steuersignals,
welches mittels der Pins 17 und 18 eingegeben wird, den Hub zum
Betätigen der Düsennadel 5 in einer Schließrichtung R1 oder
in einer Öffnungsrichtung R2 bereitstellt.
Weiterhin weist der Piezo-Aktor 3 einen hydraulischen Kompensator
19 auf, welcher dazu geeignet ist, den Piezo-Stapel 11 in eine
vorbestimmte Ausgangslage zurückzustellen und den von dem Piezo-Stapel
11 bereitgestellten Hub an die gekoppelte Hebelübersetzungsvorrichtung
7 zu übertragen.
Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 weist zur Übersetzung
des bereitgestellten Hubes in einen vergrößerten Hub einen piezoseitigen
Hebel 8, der mit dem hydraulischen Kompensator 19 gekoppelt ist,
und einen düsennadelseitigen Hebel 9 auf, der mit der Düsennadel
5 gekoppelt ist. Der düsennadelseitige Hebel 9 ist an einem
ersten Lagerpunkt T1 auf dem Gehäuse 2 gelagert. Der piezoseitige
Hebel 8 ist an einem zweiten Lagerpunkt T2 auf dem Gehäuse
2 mechanisch gelagert.
Weiterhin weist der Injektor 1 eine Rückstellfeder
16 zur Rückstellung der Düsennadel 5 auf, welche die
Düsennadel 5 mit dem Gehäuse 2 koppelt.
Durch den Kraftstoffdruck P werden das Gehäuse 2 und
die Düse 6 gestreckt, wobei der Piezo-Stapel 11 aufgrund
der Kompression im Hochdruckvolumen HD verkleinert wird, was eine Reduzierung der
Länge des Piezo-Stapels 11 bewirkt. Der hydraulische Kompensator
19 stellt allerdings sicher, dass kein wesentlicher Leerhub auftritt. Wird
nun der Piezo-Stapel 11 durch eine elektrische Aufladung mittels der Pins
17 und 18 gestreckt, wird die Düsennadel 5 über
die Hebelübersetzung der Hebelübersetzungsvorrichtung 7 angehoben
und Kraftstoff P kann aus den Löchern der Düse 6 austreten. Dies
bewirkt einen schnellen Druckabfall im Injektor 1. Somit verkürzt
sich das Gehäuse 2 und das Volumen des Piezo-Stapels 11 vergrößert
sich und somit auch dessen Länge. Da der hydraulische Kompensator
19 in dieser Phase aufgrund seiner Zeitkonstante nicht wirksam ist, bewirkt
der Druckabfall im Injektor 1 eine vergrößerte Öffnung der
Düse 6. Diese instabile Verhalten kann zwar in Betriebszuständen
mit großen Einspritzmengen pro Einspritzpuls akzeptabel sein, erlaubt aber
keinen Betrieb des Injektors 1 in dem Teilhübe notwendig sind, in
denen die Düsennadel 5 im Sitzdrosselbereich der Düse
6 verharren muss.
Des Weiteren ist der Anmelderin bekannt, durch eine Auswertung des
Strom- und Spannungsverlaufs am Piezo-Stapel den Kraftverlauf zu ermitteln und somit
eine Rückkopplung für die Regelung der Auslenkung des Piezo-Stapels bereitzustellen.
Da aber mittels einer solchen Rückkopplung nur von Einspritzung zu Einspritzung
geregelt werden kann, besteht nachteiligerweise keine Möglichkeit, momentane
Änderungen des Hubes der Düsennadel, insbesondere verursacht durch Druckschwankungen,
beispielsweise bedingt durch reflektierte Wellen im Rail, auszuregeln. Somit ist
eine solche Regelung nicht echtzeitfähig realisierbar.
Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor
mit einem Ausgleich von infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes auftretenden
Leerhubänderungen bereitzustellen.
Weiter ist es eine Aufgabe, einen Injektor mit einem echtzeitfähigen
Ausgleich von infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes auftretenden Leerhubänderungen
bereitzustellen.
Weiterhin ist es eine Aufgabe, einen direkt angetriebenen Injektor
zu schaffen, bei dem vorbestimmte Teilhübe realisiert werden können.
Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser gestellten Aufgaben
durch einen Injektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder
durch ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors mit den Merkmalen des Patentanspruchs
9 gelöst.
Demnach wird erfindungsgemäß ein Injektor zum Einspritzen
von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welcher
ein Gehäuse mit einem Hochdruckbereich mit dem Kraftstoff unter dem Kraftstoffdruck
aufweist, in dem angeordnet sind:
– ein Piezo-Aktor, welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte zum Heben
und Senken einer Düsennadel bereitstellt, der eine Düse öffnet und
schließt, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
– eine Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übertragung des bereitgestellten
Hubes insbesondere in einen vergrößerten Hub, welche zumindest einen piezoseitigen
Hebel, der mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen
Hebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist; und
– zumindest eine Lagervorrichtung, welche den piezoseitigen Hebel und/oder
den düsennadelseitigen Hebel jeweils an einem Lagerpunkt lagert und dazu geeignet
ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes zu der Bodenplatte in
Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen eines Injektors zum
Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen,
welches folgende Schritte aufweist:
– Bereitstellen eines Gehäuses, welches einen Hochdruckbereich mit
dem Kraftstoff unter dem Kraftstoffdruck aufweist;
– Anordnen eines Piezo-Aktors in dem Hochdruckbereich, welcher einen
Hub mittels einer Bodenplatte zum Heben und Senken einer Düsennadel bereitstellt,
der eine Düse öffnet und schließt, in die der Kraftstoff eingespritzt
wird;
– Koppeln einer Hebelübersetzungsvorrichtung mit dem Piezo-Aktor
zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen größeren
Hub, wobei die Hebelübersetzungsvorrichtung zumindest einen piezoseitigen Hebel,
der mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen
Hebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist; und
– Anordnen zumindest einer Lagervorrichtung in dem Hochdruckbereich,
welche den piezoseitigen Hebel und/oder den düsenseitigen Hebel jeweils an
einem Lagerpunkt lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen
Lagerpunktes zu der Bodenplatte in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes
zumindest zu kompensieren.
Die erfinderische Idee liegt im Wesentlichen darin, eine relative
Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes, auf dem der piezoseitige Hebel oder der
düsennadelseitige Hebel gelagert ist, zu der Bodenplatte des Piezo-Stapels
infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren, zu kompensieren
oder zu überkompensieren. Dadurch wird vorteilhafterweise bei einem Druckabfall
des Kraftstoffdruckes sichergestellt, dass die Düsennadel nicht zusätzlich
durch den Druckabfall in einer Öffnungsrichtung bewegt wird oder sogar in einer
Schließrichtung bewegt wird. Letzteres würde eine Überkompensation
des infolge des Druckabfalls auftretenden Anstieges des Leerhubes bewirken. Vorteilhafterweise
kann eine solche Überkompensation die Regelbarkeit eines Betriebes des Injektors,
der mit Teilhüben arbeitet, unterstützen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Lagervorrichtung besteht darin, dass in Zusammenwirken mit einer exakten Vorgabe
der Piezoansteuerung ein definierter Ventilnadelhub erreicht werden kann, nachdem
auch ein Druckabfall den Leerhub nicht ändert. Somit ist es vorteilhafterweise
möglich, bei einer entsprechenden Rückkopplung über den Brennraumdruck,
das Verbrennungsgeräusch, die Motordrehzahl, das elektrische Verhalten des
Piezo-Stapels oder die Abgassensorik über eine Regelschleife von Einspritzung
zu Einspritzung des jeweiligen Piezo-Injektors oder Injektors jeweils die injektorspezifisch
optimale Piezo-Auslenkung einzuregeln. Bei einem Einspritzsystem mit mehreren Piezo-Aktoren
ist es insbesondere bei der Dosierung von kleinen Mengen möglich, bei denen
die jeweilige Düsennadel nur einen Teilhub haben soll, also im Sitzdrosselbereich
der Düse betrieben werden muss, die Streuung von Injektor zu Injektor bzw.
von Piezo-Aktor zu Piezo-Aktor minimieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist
der Piezo-Aktor einen steuerbaren Piezo-Stapel auf, welcher in Abhängigkeit
eines Steuersignals den Hub zum Betätigen der Düsennadel in einer Schließrichtung
oder in einer Öffnungsrichtung bereitstellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist
die Lagervorrichtung derart in den Hochdruckbereich angeordnet, dass sie unabhängig
von einer Dehnung oder Stauchung des Gehäuses ist und/oder einer Kompression
des Piezo-Stapels infolge einer Änderung des Kraftstoffdruckes im Wesentlichen
folgt oder folgt. Dadurch, dass die Lagervorrichtung unabhängig
von einer Dehnung oder Stauchung des Gehäuses ist, wird auch eine Dehnung oder
Stauchung des Gehäuses kein zusätzliches Heben der Düsennadel bei
einem Druckabfall bewirken. Ähnlich wird auch eine Kompression des Piezo-Stapels
kein zusätzliches Heben der Düsennadel bewirken. Somit sind die üblicherweise
auftretenden Leerhubänderungen infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes
kompensiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die
Lagervorrichtung ein erstes Lager, welches den düsennadelseitigen Hebel an
einem ersten Lagerpunkt lagert, und ein zweites Lager auf, welches den piezoseitigen
Hebel an einem zweiten Lagerpunkt lagert. Vorzugsweise sind das erste Lager und
das zweite Lager jeweils als ein Auflager ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das
erste Lager und/oder das zweite Lager jeweils einen relativ zu einem sich in Querrichtung
des Piezo-Stapels erstreckenden Querabschnittes, der den Lagerpunkt aufweist, größeren
Längsabschnitt in Längsrichtung des Piezo-Stapels auf. Durch den relativ
größeren Längsabschnitt der Lagervorrichtung wird eine Längenänderung
der Lagervorrichtung im Wesentlichen einer Längenänderung des Piezo-Stapels
infolge eines Druckabfalls folgen. Dazu sind das erste Lager und/oder das zweite
Lager vorzugsweise jeweils in einem oberen Bereich des Piezo-Stapels mechanisch
gekoppelt. Insbesondere ist das erste Lager und/oder das zweite Lager jeweils mit
einem Kopfbereich des Gehäuses, mit dem der Piezo-Aktor gekoppelt ist, oder
mit einer Kopfplatte des Piezo-Aktors mechanisch verbunden.
Außerdem wird ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff
unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches wenigstens zwei
oben näher erläuterte Injektoren aufweist. Vorzugsweise ist das Einspritzsystem
als ein Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet, wobei die Injektoren an ein einzelnes
Rail angeschlossen sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines der Anmelderin
intern bekannten Injektors;
2 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Injektors;
3 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Injektors;
4 ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Injektors;
5 ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
6 ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Injektors.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen
– sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen
versehen worden.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines ersten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1.
Der Injektor 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem
vorbestimmten Kraftstoffdruck hat ein Gehäuse 2, das einen Hochdruckbereich
HD mit dem Kraftstoff P unter dem Kraftstoffdruck aufweist. Der Kraftstoff wird
mittels einer Zuführvorrichtung 20 in den Hochdruckbereich HD des
Gehäuses 2 geleitet. Der Injektor 1 weist einen Piezo-Aktor
3 auf, der einen Hub mittels einer Bodenplatte 4 zum Heben und
Senken einer Düsennadel 5 bereitstellt, der eine Düse
6 öffnet und schließt, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird.
Dazu weist der Piezo-Aktor 3 einen Piezo-Stapel 11 auf, der in
Abhängigkeit eines Steuersignals, welches mittels der Pins 17 und
18 eingegeben wird, den Hub zum Betätigen der Düsennadel
5 in einer Schließrichtung R1 oder in einer Öffnungsrichtung
R2 bereitstellt.
Weiterhin weist der Piezo-Aktor 3 einen hydraulischen Kompensator
19 auf, welcher dazu geeignet ist, den Piezo-Stapel 11 in eine
vorbestimmte Ausgangslage zurückzustellen und den von dem Piezo-Stapel
11 bereitgestellten Hub an die gekoppelte Hebelübersetzungsvorrichtung
7 zu übertragen.
Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 weist zur Übersetzung
des bereitgestellten Hubes in einen vergrößerten Hub einen piezoseitigen
Hebel 8, der mit dem hydraulischen Kompensator 19 gekoppelt ist,
und einen düsennadelseitigen Hebel 9 auf, der mit der Düsennadel
5 gekoppelt ist.
Der Injektor 1 weist weiterhin ein erstes Lager
10a auf, welches den düsennadelseitigen Hebel 9 an einem
ersten Lagerpunkt X1 lagert. Der piezoseitige Hebel 8 ist an einem zweiten
Lagerpunkt T2 auf dem Gehäuse 2 gelagert. Das erste Lager
10a hat einen relativ zu einem sich in Querrichtung R3 des Piezo-Stapels
11 erstreckenden Querabschnitts 12a, der den Lagerpunkt X1 aufweist,
größeren Längsabschnitt 13a in Längsrichtung R4 des
Piezo-Stapels 11. Vorzugsweise ist das erste Lager 10a in einem
oberen Bereich 14 des Piezo-Stapels 11 mechanisch gekoppelt. Insbesondere
ist das erste Lager 10a mit einem Kopfbereich 15 des Gehäuses
2, mit dem der Piezo-Aktor 3 gekoppelt ist, mechanisch verbunden.
Alternativ kann das erste Lager 10a auch mit einer Kopfplatte (nicht gezeigt)
des Piezo-Aktors 3 mechanisch verbunden sein.
Weiterhin weist der Injektor 1 eine Rückstellfeder
16 zur Rückstellung der Düsennadel 5 auf, welche die
Düsennadel 5 mit dem Gehäuse 2 koppelt.
In 3 ist ein schematisches Blockschaltbild
eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors
1 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß
3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 2 dahingehend, dass der düsennadelseitige
Hebel 9 an einem ersten Lagerpunkt T1 auf dem Gehäuse 2 gelagert
ist und der piezoseitige Hebel 8 auf einem zweiten Lagerpunkt X2 eines
eigens vorgesehenen zweiten Lagers 10b gelagert ist. Das zweite Lager
10b hat einen relativ zu einem sich in Querrichtung R3 des Piezo-Stapels
11 erstreckenden Querabschnittes 12b, der den Lagerpunkt X2 aufweist,
größeren Längsabschnitt 13b in Längsrichtung R4 des
Piezo-Stapels 11. Vorzugsweise ist das zweite Lager 10b in dem
oberen Bereich 14 des Piezo-Stapels 11 mechanisch gekoppelt. Insbesondere
ist das zweite Lager 10b mit dem Kopfbereich 15 des Gehäuses
2, mit dem der Piezo-Aktor 3 gekoppelt ist, mechanisch verbunden.
Alternativ kann das zweite Lager 10b auch mit einer Kopfplatte (nicht gezeigt)
des Piezo-Aktors 3 mechanisch verbunden sein.
4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines vierten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors 1.
Der Injektor 1 gemäß 4 weist das
erste Lager 10a gemäß 2 zur Lagerung
des düsennadelseitigen Hebels 9 und das zweite Lager 10b
gemäß 3 zur Lagerung des piezoseitigen Hebels
8 auf.
5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen
eines Injektors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten
Kraftstoffdruck. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand
des Blockschaltbildes in 5 erläutert. Das erfindungsgemäße
Verfahren weist folgende Verfahrensschritte a) bis d) auf:
Verfahrensschritt a):
Es wird ein Gehäuse 2 bereitgestellt, welches einen
Hochdruckbereich HD mit dem Kraftstoff P unter dem Kraftstoffdruck aufweist.
Verfahrensschritt b):
Ein Piezo-Aktor 3 wird in dem Hochdruckbereich HD angeordnet.
Der Piezo-Aktor 3 ist dazu geeignet, einen Hub mittels einer Bodenplatte
4 zum Heben und Senken einer Düsennadel 5 bereitzustellen,
der eine Düse 6 öffnet und schließt, in die der Kraftstoff
P eingespritzt wird.
Verfahrensschritt c):
Der Piezo-Aktor 3 wird mit einer Hebelübersetzungsvorrichtung
7 zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen größeren
Hub gekoppelt. Die Hebelübersetzungsvorrichtung 7 hat zumindest einen
piezoseitigen Hebel 8, der mit dem Piezo-Aktor 3 gekoppelt ist,
und zumindest einen düsennadelseitigen Hebel 9, der mit der Düsennadel
5 gekoppelt ist.
Verfahrensschritt d):
Zumindest eine Lagervorrichtung 10a, 10b wird in
dem Hochdruckbereich HD angeordnet, welche den piezoseitigen Hebel 8 und/oder
den düsenseitigen Hebel 9 jeweils an einem Lagerpunkt X1, X2 lagert
und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes X1,
X2 zu der Bodenplatte 4 infolge eines Druckabfalls des Kraftstoffdrucks
zumindest zu kompensieren, zu kompensieren oder zu überkompensieren.
In 6 ist ein schematisches Blockschaltbild
eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Injektors
1 dargestellt. Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß
6 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß
2 dahingehend, dass die Hebelübersetzungsvorrichtung
7 nur einen Hebel, nämlich den düsenseitigen Hebel
9, aufweist. Mittels der Bodenplatte 4 und des hydraulischen Kompensators
19 wird der Hub des Piezo-Stapels 11 direkt auf den düsennadelseitigen
Hebel 9 übertragen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten
Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt,
sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Anspruch[de]
Injektor (1) zum Einspritzen von Kraftstoff (P) unter einem
vorbestimmten Kraftstoffdruck mit einem Gehäuse (2), welches einen
Hochdruckbereich (HD) mit dem Kraftstoff (P) unter dem Kraftstoffdruck aufweist,
in dem angeordnet sind:
a) ein Piezo-Aktor (3), welcher einen Hub mittels einer Bodenplatte (4)
zum Heben und Senken einer Düsennadel (5) bereitstellt, der eine Düse
(6) öffnet und schließt, in die der Kraftstoff (P) eingespritzt
wird;
b) eine Hebelübersetzungsvorrichtung (7) zur Übertragung des
bereitgestellten Hubes insbesondere in einen vergrößerten Hub, welche
zumindest einen piezoseitigen Hebel (8), der mit dem Piezo-Aktor (3)
gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel (9),
der mit der Düsennadel (5) gekoppelt ist, aufweist; und
c) zumindest eine Lagervorrichtung (10a, 10b), welche den piezoseitigen
Hebel (8) und/oder den düsennadelseitigen Hebel (9) jeweils
an einem Lagerpunkt (X1, X2) lagert und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung
des jeweiligen Lagerpunktes (X1, X2) zu der Bodenplatte (4) in Folge eines
Druckabfalls des Kraftstoffdruckes zumindest zu kompensieren.Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezo-Aktor
(3) einen steuerbaren Piezo-Stapel (11) aufweist, welcher in Abhängigkeit
eines Steuersignals den Hub zum Betätigen der Düsennadel (5)
in einer Schließrichtung (R1) oder in einer Öffnungsrichtung (R2) bereitstellt.Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung
(10a, 10b) derart in dem Hochdruckbereich (HD) angeordnet ist,
dass sie unabhängig von einer Dehnung oder Stauchung des Gehäuses (2)
ist und/oder einer Kompression des Piezo-Stapels (11) in Folge einer Änderung
des Kraftstoffdruckes im Wesentlichen folgt.Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (10a, 10b) ein erstes
Lager (10a), welches den düsennadelseitigen Hebel (9) an
einem ersten Lagerpunkt (X1) lagert, und ein zweites Lager (10b) aufweist,
welches den piezoseitigen Hebel (8) an einem zweiten Lagerpunkt (X2) lagert.Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Lager (10a) und/oder das zweite Lager (10b)
jeweils einen relativ zu einem sich in Querrichtung (R2) des Piezo-Stapels (11)
erstreckenden Querabschnittes (12a, 12b), der den Lagerpunkt (X1,
X2) aufweist, größeren Längsabschnitt (13a, 13b)
in Längsrichtung (R4) des Piezo-Stapels (11) aufweist.Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager
(10a) und/oder das zweite Lager (10b) jeweils in einem oberen
Bereich (14) des Piezo-Stapels (11) mechanisch gekoppelt ist.Injektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste
Lager (10a) und/oder das zweite Lager (10b) jeweils mit einem
Kopfbereich (15) des Gehäuses (2), mit dem der Piezo-Aktor
(3) gekoppelt ist, oder mit einer Kopfplatte des Piezo-Aktors (3)
mechanisch verbunden ist.Injektor nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die das erste Lager (10a) und/oder das zweite Lager
(10b) jeweils als ein Auflager ausgebildet ist.Verfahren zum Herstellen eines Injektors (1) zum Einspritzen
von Kraftstoff (P) unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck mit den Schritten:
a) Bereitstellen eines Gehäuses (2), welches einen Hochdruckbereich
(HD) mit dem Kraftstoff (P) unter dem Kraftstoffdruck aufweist;
b) Anordnen eines Piezo-Aktors (3) in dem Hochdruckbereich (HD), welcher
einen Hub mittels einer Bodenplatte (4) zum Heben und Senken einer Düsennadel
(5) bereitstellt, der eine Düse (6) öffnet und schließt,
in die der Kraftstoff (P) eingespritzt wird;
c) Koppeln einer Hebelübersetzungsvorrichtung (7) mit dem Piezo-Aktor
(3) zur Übertragung des bereitgestellten Hubes insbesondere in einen
größeren Hub, wobei die Hebelübersetzungsvorrichtung (7)
zumindest einen piezoseitigen Hebel (8), der mit dem Piezo-Aktor (3)
gekoppelt ist, und/oder zumindest einen düsennadelseitigen Hebel (9),
der mit der Düsennadel (5) gekoppelt ist, aufweist; und
d) Anordnen zumindest einer Lagervorrichtung (10a, 10b) in dem
Hochdruckbereich (HD), welche den piezoseitigen Hebel (8) und/oder den
düsenseitigen Hebel (9) jeweils an einem Lagerpunkt (X1, X2) lagert
und dazu geeignet ist, eine relative Verschiebung des jeweiligen Lagerpunktes (X1,
X2) zu der Bodenplatte (4) in Folge eines Druckabfalls des Kraftstoffdruckes
zumindest zu kompensieren.Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff (P) unter einem vorbestimmten
Kraftstoffdruck, welches wenigstens zwei Injektoren (1) nach einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.Einspritzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem
als ein Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet ist, wobei die Injektoren (1)
an ein einzelnes Rail angeschlossen sind.