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Dokumentenidentifikation DE102006031567A1 10.01.2008
Titel Einspritzsystem und Verfahren zum Herstellen eines Einspritzsystems
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Freudenberg, Hellmut, 93080 Pentling, DE;
Pirkl, Richard, 93055 Regensburg, DE;
Reiländer, Udo, Dr., 87669 Rieden, DE;
Schmidt, Harald, Wien, AT
DE-Anmeldedatum 07.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006031567
Offenlegungstag 10.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse F02M 51/06(2006.01)A, F, I, 20060707, B, H, DE
Zusammenfassung Erfindungsgemäß wird ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches aufweist:
- einen Piezo-Aktor, welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
- eine Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten Hub, welche eine piezoseitige Hebeleinrichtung, die mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung, die mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist, wobei die Hebeleinrichtungen eine vorbestimmte Symmetrie derart aufweisen, dass sich bei der Übersetzung des bereitgestellten Hubes entstehende Querkräfte an angrenzenden Bauteilen kompensieren; und
- einer Auflagervorrichtung, welche die düsennadelseitige Hebeleinrichtung lagert und eine erste konvexe Abrollkontur zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung bei der Übertragung des Hubes hat.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem und ein Verfahren zum Herstellen eines Einspritzsystems.

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 und einen Hebelübersetzer zur Betätigung der Düsennadel aufweist. Die Längsausgleichsvorrichtung 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 und auf eine kostenintensive Servounterstützung verzichtet, besteht der prinzipielle Nachteil eines kleinen Nutzhubes des Piezo-Aktors.

Oben erwähnter Hebelübersetzer hat die Funktion, den von dem Piezo-Stapel bereitgestellten Hub in einen veränderten, insbesondere vergrößerten Hub zu übersetzen. Dazu weist der Hebelübersetzer in der Regel einen Aktorhebel, der mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und einen Nadelhebel, der mit der Düsennadel gekoppelt ist, auf. Die Anmelderin hat in einem Versuch mit einem solchen Hebelübersetzer festgestellt, dass bei der Betätigung der Hebel das eingeleitete Kippmoment in die Düsennadel einen negativen Funktionseinfluss zur Folge haben kann. Weiterhin ist der Anmelderin intern bekannt, diesen negativen Funktionseinfluss mittels einer zusätzlichen Führung im Bereich des Nadelschafts zu korrigieren. Allerdings führt auch eine außermittige Krafteinleitung in den Hebelübersetzer zu erhöhten Reibspuren im Übergangsbereich der Baugruppen, beispielsweise zwischen Nadelhebel und Düsennadelkopf der Düsennadel. Dadurch entstehen hohe Reibverluste zwischen diesen Komponenten, beispielsweise zwischen dem Nadelhebel und dem Düsennadelkopf. Nachteiligerweise bedingen diese Reibverluste eine verkürzte Lebensdauer des Einspritzsystems. Auch verursachen diese Reibverluste einen Verlust an Energie bei der Übersetzung oder Übertragung des von dem Piezo-Aktor bereitgestellten Hubes.

Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Einspritzsystem mit reduzierten oder minimierten Reibverlusten bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein einfaches und insbesondere kostengünstiges Einspritzsystem mit einem Hebelübersetzer mit minimalen Reibverlusten zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird zumindest eine dieser gestellten Aufgaben durch ein Einspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 11 und/oder durch ein Verfahren zum Herstellen eines Einspritzsystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 oder 13 gelöst.

Demnach wird erfindungsgemäß ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches aufweist:

  • – einen Piezo-Aktor, welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
  • – eine Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten Hub, welche eine piezoseitige Hebeleinrichtung, die mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung, die mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist, wobei die Hebeleinrichtungen (5, 6) eine vorbestimmte Symmetrie derart aufweisen, dass sich bei der Übersetzung des bereitgestellten Hubes entstehende Querkräfte an angrenzenden Bauteilen kompensieren; und
  • – einer Auflagervorrichtung, welche die düsennadelseitige Hebeleinrichtung lagert und eine erste konvexe Abrollkontur zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung bei der Übertragung des Hubes hat.

Des Weiteren wird ein Einspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches aufweist:

  • – einen Piezo-Aktor, welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
  • – eine Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten Hub, welche eine piezoseitige Hebeleinrichtung, die mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung, die mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist,
  • – wobei die düsennadelseitige Hebeleinrichtung zumindest zwei symmetrisch angeordnete, einarmige Hebel aufweist, die jeweils mittels einer einzelnen Nadelkopfauflage einen Düsennadelkopf der Düsennadel zum Heben kontaktieren und in einem Kontaktbereich zu einer Auflagervorrichtung, auf welcher die einseitigen Hebel gelagert sind, eine konvexe Abrollkontur zum Abrollen bei der Übertragung des Hubes aufweisen.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist:

  • – Anordnen eines Piezo-Aktors in einem Gehäuse des Einspritzsystems, welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel bereitstellt, die eine Düse öffnet und schließt, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
  • – Koppeln des Piezo-Aktors mit einer Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten, insbesondere vergrößerten Hub, wobei die Hebelübersetzungsvorrichtung eine piezoseitige Hebeleinrichtung, die mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung, die mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist, wobei die Hebeleinrichtungen eine vorbestimmte Symmetrie derart aufweisen, dass sich bei der Übersetzung des bereitgestellten Hubes entstehende Querkräfte an angrenzenden Bauteilen kompensieren; und
  • – Lagern der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung auf einer Auflagervorrichtung, welche eine erste konvexe Abrollkontur zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung bei der Übertragung des Hubes hat.

Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen eines Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist:

  • – Anordnen eines Piezo-Aktors, welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
  • – Koppeln des Piezo-Aktors mit einer Hebelübersetzungsvorrichtung zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten, insbesondere vergrößerten Hub, welche eine piezoseitige Hebeleinrichtung, die mit dem Piezo-Aktor gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung, die mit der Düsennadel gekoppelt ist, aufweist, wobei die düsennadelseitige Hebeleinrichtung zumindest zwei symmetrisch angeordnete, einarmige Hebel aufweist, die jeweils mittels einer einzelnen Nadelkopfauflage einen Düsennadelkopf der Düsennadel zum Heben kontaktieren und in einem Kontaktbereich zu einer Auflagervorrichtung, welcher die einseitigen Hebel gelagert sind, eine konvexe Abrollkontur zum Abrollen bei der Übertragung des Hubes aufweisen.

Die erfinderische Idee liegt im Wesentlichen darin, eine Hebelübersetzungsvorrichtung zum Heben der Düsennadel vorzusehen, welche vorzugsweise rotationssymmetrisch aufgebaut ist, mit dem Ziel, sowohl am Antrieb als auch an der Nadel keine aus Reibung und Querbewegungen resultierenden Querkräfte in das System einzutragen, welche wiederum zu erhöhter Reibung an den an sie gekoppelten Bauteilen führen würden. Vorteilhafterweise ist in die erfindungsgemäße Hebelübersetzungsvorrichtung zumindest eine konvexe Abrollkontour integriert, welche es ermöglicht, einen Übersetzungsverlauf einzustellen, welcher den Piezohub in einen vorzugsweise vergrößerten Nadelhub optimal wandelt. Durch eine solche erfindungsgemäße Anordnung erreicht man, dass bei der Übertragung des Hubes eine deutlich verminderte Reibung zwischen den Komponenten oder Bauteilen der Hebelübersetzungsvorrichtung auftritt. Aus dieser erfindungsgemäßen Reduzierung der Reibungsverluste resultiert eine Verbesserung der Dauerhaltbarkeit und der Lebenszeit des Einspritzsystems. Außerdem wird bei einem Einspritzsystem, bei welchem der Piezo-Aktor in einem Niederdruckbereich und die Hebelübersetzungsvorrichtung in einem Hochdruckbereich angeordnet ist, die Einhaltung der hydraulischen Leckagegrenzwerte über die Lebenszeit des Einspitzsystems in Folge der Reibungsverminderung sichergestellt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung 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 Weiterbildung der Erfindung ist ein hydraulischer Kompensator vorgesehen, der einen Kompensatortopf und einen in den Kompensatortopf eingreifenden Kolben aufweist, wobei zwischen dem Kompensatortopf und dem Kolben ein Zwischenraum ausgebildet ist, der mit einem Fluid, insbesondere dem Kraftstoff, gefüllt ist, wobei der Zwischenraum zum hydraulischen Ausgleich mit einem Ausgleichsvolumen über einen Strömungsspalt gekoppelt ist. Durch Einsatz des hydraulischen Kompensators können vorteilhafterweise Toleranzen der Bauteile des Einspritzsystems sowie Temperaturdehnungseffekte ausgeglichen werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die düsennadelseitige Hebeleinrichtung zumindest zwei symmetrisch angeordnete Hebelstege auf, die formschlüssig sind oder mittels einer Hebelscheibe gekoppelt sind. Vorzugsweise kann auch die Hebelscheibe eine konvexe Abrollkontur zu dem Düsennadelkopf der Düsennadel aufweisen, so dass bei der Übertragung des Hubes auf den Düsennadelkopf die Reibung zwischen Düsennadelkopf und Hebelscheibe reduziert oder minimiert wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Hebelscheibe jeweils im Bereich des Hebelsteges zumindest einen Einstich zur Erhöhung der elastischen Verformbarkeit auf. Vorteilhafterweise wirkt der Einstich als ein Biegeelement, welches die elastische Verformbarkeit der Hebelscheibe erhöht und somit das Heben der Düsennadel verbessert. Vorzugsweise ist an jeder Seite des Hebelsteges ein Einstich vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die düsennadelseitige Hebeleinrichtung zwei voneinander getrennte Halbschalen oder Halbscheiben auf, welche im Bereich ihres Innenradius einen Düsennadelkopf der Düsennadel zum Heben kontaktieren und insbesondere eine zweite konvexe Abrollkontur zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung bei der Übertragung des Hubes auf den Düsennadelkopf haben. Die zweite konvexe Abrollkontur vermindert weiterhin vorteilhafterweise die bei der Hebelübersetzungsvorrichtung auftretende Reibung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Kompensatortopf die piezoseitige Hebeleinrichtung auf, welche im Wesentlichen glockenförmig ausgebildet ist und einen konvexen Kontaktbereich zur düsennadelseitigen Hebeleinrichtung aufweist, der den bereitgestellten Hub auf die düsennadelseitige Hebeleinrichtung überträgt. Die Integration der piezoseitigen Hebeleinrichtung in den Kompensatortopf bedeutet eine besonders einfache Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hebelübersetzungsvorrichtung. Dadurch werden insbesondere Kosten bei der Herstellung der Hebelübersetzungsvorrichtung und damit des Einspritzsystems eingespart. Der konvexe Kontaktbereich zur düsennadelseitigen Hebeleinrichtung vermindert weiterhin die bei der Hebelübersetzungsvorrichtung auftretenden Reibverluste bei der Übertragung des von dem Piezo-Aktor bereitgestellten Hubes auf die Düsennadel.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein Übertragerelement vorgesehen, welches die düsennadelseitige Hebeleinrichtung ausbildet und mit dem Kompensatortopf gekoppelt ist. Ein besonderer Vorteil des eigens vorgesehenen Übertragerelementes liegt darin, dass die von dem Piezo-Aktor bereitgestellte Kraft auch außermittig auf die Hebelübersetzungsvorrichtung eingeleitet werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Übertragerelement in einem Kontaktbereich zum Kompensatortopf eine dritte konvexe Abrollkontur zum Abrollen des Übertragerelementes bei der Übertragung des Hubes oder eine planare Oberfläche auf. Die dritte konvexe Abrollkontur des Übertragerelementes hat den besonderen Vorteil, die bei der Übertragung des Hubes auftretenden Reibverluste weiter zu reduzieren. Die Ausgestaltung des Übertragerelementes mit einer planeren Oberfläche in dem Kontaktbereich zum Kompensatortopf sichert eine besonders einfache Bauweise und damit eine Einsparung von Kosten für das Einspritzsystem. Hier besteht also die Wahlmöglichkeit, in Abhängigkeit der jeweiligen Applikation des Einspritzsystems die Reibverluste weiter mittels der dritten konvexen Abrollkontur zu reduzieren oder die Kosten durch Einsatz einer planaren Oberfläche zu minimieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzsystems;

2 eine schematische Darstellung der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung gemäß 1;

3 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungemäßen Einspritzsystem;

4 eine schematische Darstellung der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung gemäß 3;

5 ein schematisches Blockschaltbild eine dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzsystems;

6 ein schematische Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzsystems;

7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahren;

8a, 8b die Teilansichten eines Ausschnitts eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzsystems; und

9 ein schematisches Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.

In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Einspritzsystems 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Das erfindungsgemäße Einspritzsystem 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck, beispielsweise 2000 bar, weist einen Piezo-Aktor 2 zum Heben einer Düsennadel 3 auf, welche eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird. Vorzugsweise weist der Piezo-Aktor 2 einen steuerbaren Piezo-Stapel 7 auf, welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals den Hub zum Betätigen der Düsennadel 3 in einer Schließrichtung R1 und einer Öffnungsrichtung R2 bereitstellt. Zur Abdichtung ist der Piezo-Aktor 2 mit einem Wellrohr 22 umgeben. Das Schließen der Düsennadel 3 in der Schließrichtung R1 wird allerdings im Wesentlichen durch eine Feder 24 vorgenommen, welche dazu geeignet ist, den Piezo-Stapel 7 in eine vorbestimmte Ausgangslage zurückzuführen.

Weiter weist das Einspritzsystem 1 einen hydraulischen Kompensator 8 auf. Der hydraulische Kompensator 8 hat einen Kompensatortopf 9 und einen in den Kompensatortopf 9 eingreifenden Kolben 10. Zwischen dem Kompensatortopf 9 und dem Kolben 10 wird ein Zwischenraum 11 ausgebildet, der mit einem Fluid, insbesondere dem Kraftstoff P, gefüllt ist. Insbesondere ist der Zwischenraum 11 zum hydraulischen Ausgleich über einen Strömungsspalt 12 mit einem Ausgleichsvolumen (nicht gezeigt) gekoppelt.

Weiterhin weist das Einspritzsystem 1 eine Hebelübersetzungsvorrichtung 4 zur Übersetzung des von dem Piezo-Aktor 2 bereitgestellten Hubes in einen veränderten, insbesondere vergrößerten Hub auf. Die Hebelübersetzungsvorrichtung 4 hat eine piezoseitige Hebeleinrichtung 5, die mit dem Piezo-Aktor 2 gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6, die mit der Düsennadel 3 gekoppelt ist.

Die Hebeleinrichtungen 5, 6 weisen eine vorbestimmte Symmetrie zueinander auf. Die vorbestimmte Symmetrie bedingt, dass sich bei der Übersetzung oder Übertragung des bereitgestellten Hubes entstehende Querkräfte an angrenzenden Bauteilen kompensieren. Vorzugsweise sind die piezoseitige Hebeleinrichtung 5 und die düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6 rotationssymmetrisch angeordnet.

Die düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6 ist auf einer Auflagervorrichtung 7 gelagert, welche eine erste konvexe Abrollkontur A1 zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung 6 bei der Übertragung des Hubes hat. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist die piezoseitige Hebeleinrichtung 5 in dem Kompensatortopf 9 integriert, welche im Wesentlichen glockenförmig ausgebildet ist und einen konvexen Kontaktbereich K1 zur düsennadelseitigen Hebeleinrichtung 6 aufweist. Mittels des konvexen Kontaktbereichs K1 wird der bereitgestellte Hub auf die düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6 übertragen. Durch dessen Konvexität werden die Reibungsverluste durch ein Abrollen der piezoseitigen Hebeleinrichtung 5 minimiert.

Weiterhin weist das Einspritzsystem 1 eine Rückstellfeder 23 zur Rückstellung der Düsennadel 3 auf, welche die Düsennadel 3 mit dem Gehäuse 31 des Einspritzsystems 1 oder mit der Auflagervorrichtung 7 mechanisch koppelt.

Gemäß 2 hat die düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6 drei symmetrisch angeordnete Hebelstege 13a13c. Die drei symmetrisch angeordneten Hebelstege 13a13c sind mittels einer Hebelscheibe 14 mechanisch gekoppelt. Alternativ können die Hebelstege 13a13c auch formschlüssig sein, so dass auf eine Hebelscheibe 14 verzichtet werden kann. Vorzugsweise hat die Hebelscheibe 14 jeweils im Bereich des Hebelsteges 13a13c zumindest einen Einstich 15a15f zur Erhöhung der elastischen Verformbarkeit. Gemäß 2 hat die Hebelscheibe 14 an jeder Seite eines Hebelsteges 13a13c einen Einstich 15a15f.

In 3 ist ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzsystems 1 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 dahingehend, dass ein Übertragerelement 18 vorgesehen ist, welches die düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6 ausbildet und mit dem Kompensatortopf 9 gekoppelt ist. Weiterhin ist die düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6 des Einspritzsystems 1 nach 3 vorzugsweise als zwei getrennte Halbschalen oder Halbscheiben 16a, 16b gemäß 4 ausgebildet.

Die Halbscheiben 16a, 16b kontaktieren im Bereich ihres Innenradius einen Düsennadelkopf 17 der Düsennadel 3 zum Heben derer. Weiterhin haben die Halbscheiben 16a, 16b insbesondere eine zweite konvexe Abrollkontur A2 (siehe 3) zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung 6 bei der Übertragung des Hubes auf den Düsennadelkopf 17.

Vorzugsweise hat das Übertragerelement 18 in einem Kontaktbereich K2 zum Kompensatortopf 9 eine dritte konvexe Abrollkontur A3 zum Abrollen des Übertragerelementes 18 bei der Übertragung des Hubes.

In 5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzsystems 1 dargestellt. Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 3 insbesondere dahingehend, dass das Übertragerelement 18 eine planare Oberfläche O zum Kompensatortopf 9 (in 5nicht gezeigt) aufweist. Auch kann die Piezo-Kraft F, die von dem Piezo-Aktor 2 bereitgestellt wird, außermittig auf das Übertragerelement 18 und somit auf die Hebelübersetzungsvorrichtung 4 eingeleitet werden.

6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzsystems 1. Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 6 unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 5 insbesondere dahingehend, dass der Piezo-Aktor 2 in einem Niederdruckbereich HD des Einspritzsystems 1 und die Hebelübersetzungsvorrichtung 4 sowie die Düsennadel 3 und die dazwischen gekoppelten Einrichtungen in dem Hochdruckbereich HD des Einspritzsystems 1 angeordnet sind. Der Piezo-Aktor 2, insbesondere dessen Bodenplatte 28, ist mittels eines Koppelstiftes 27 mit dem Übertragerelement 18 zur Übertragung des von dem Piezo-Aktor 2 bereitgestellten Hubes gekoppelt. Weiterhin zeigt 6 die Anordnung von Nadelführungen 29 in dem Nadelschaft 30 zur verbesserten Führung der Düsennadel 3. Selbstverständlich können die Nadelführungen 29 im Nadelschaft 30 auch auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele angewendet werden.

7 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Einspritzsystems 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Blockschaltbildes in 7 erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte S1–S3 auf:

Verfahrensschritt S1:

Es wird ein Piezo-Aktor 2 in einem Gehäuse 31 des Einspritzsystems 1 angeordnet, welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel 3 bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird.

Verfahrensschritt S2:

Der Piezo-Aktor 2 wird mit einer Hebelübersetzungsvorrichtung 4 zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten, insbesondere vergrößerten Hub gekoppelt. Die Hebelübersetzungsvorrichtung 4 weist eine piezoseitige Hebeleinrichtung 5, die mit dem Piezo-Aktor 2 gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6, die mit der Düsennadel 3 gekoppelt ist, auf.

Verfahrensschritt S3:

Die düsennadelseitige Hebelvorrichtung 6 wird auf einer Auflagervorrichtung 7 gelagert, welche eine erste konvexe Abrollkontur A1 zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung 6 bei der Übertragung des Hubes hat.

Die 8a und 8b zeigen die Teilansichten eines Ausschnitts eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Einspritzsystems 1.

Das Einspritzsystem 1 gemäß der 8a und 8b unterscheidet sich von dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass die düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6 zwei symmetrisch angeordnete, einarmige Hebel 19a, 19b hat.

Ein einarmiger Hebel ist im Sinne dieser Anmeldung ein Hebel, der zumindest zu einer Seite wie eine einarmige Gabel geformt ist. Diese eine Seite ist die Seite des Hebels, mit der er den Düsennadelkopf 17 hebt.

Ein einarmiger Hebel 19a, 19b ist beispielsweise im Wesentlichen U-förmig ausgebildet.

Die einarmigen Hebel 19a, 19b kontaktieren den Düsennadelkopf 17 der Düsennadel 3 zum Anheben dessen jeweils mittels einer einzelnen Nadelkopfauflage 20a, 20b. Durch das Anheben der Düsennadel 3 durch die einarmige Hebel 19a, 19b wird die Düsennadel 3 gleichsam in einer Drehbewegung aus dem Düsennadelsitz gehoben (nicht gezeigt). Somit treten deutlich reduzierte Reibverluste zwischen dem Düsennadelkopf 17 und den einarmigen Hebeln 19a, 19b auf. Vorzugsweise haben die einarmigen Hebel 19a, 19b eine konvexe Abrollkontur A4 in einem Kontaktbereich K3 zu einer Auflagervorrichtung 21, auf welcher die einseitigen Hebel 19a, 19b gelagert sind. Insbesondere sind die einarmigen Hebel 19a, 19b mittels eines Trennspaltes 26 voneinander getrennt. Bezugszeichen 25 bezeichnet eine Bohrung für die Düsennadel 3.

9 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Einspritzsystems 1 zum Einspritzen von Kraftstoff P unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck. Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Blockschaltbildes in 9 erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte X1 und X2 auf:

Verfahrensschritt X1:

Es wird ein Piezo-Aktor 2 in einem Gehäuse 31 des Einspritzsystems 1 angeordnet, welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel 3 bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff P eingespritzt wird.

Verfahrensschritt X2:

Der Piezo-Aktor 2 wird mit einer Hebelübersetzungsvorrichtung 4 zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten, insbesondere vergrößerten Hub gekoppelt, wobei die Hebelübersetzungsvorrichtung 4 eine piezoseitige Hebeleinrichtung 5, die mit dem Piezo-Aktor 2 gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6, die mit der Düsennadel 3 gekoppelt ist, aufweist, wobei die düsennadelseitige Hebeleinrichtung 6 zumindest zwei symmetrisch angeordnete, einarmige Hebel 19a, 19b aufweist, die jeweils mittels einer einzelnen Nadelkopfauflage 20a, 20b einen Düsennadelkopf 17 der Düsennadel 3 zum Heben derer kontaktieren und in einem Kontaktbereich K3 zu einer Auflagervorrichtung 21, auf welcher die einseitigen Hebel 19a, 19b gelagert sind, eine konvexe Abrollkontur A4 zum Abrollen bei der Übertragung des Hubes aufweisen.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern nach vielfältiger Art und Weise modifizierbar.


Anspruch[de]
Einspritzsystem (1) zum Einspritzen von Kraftstoff (P) unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck mit:

a) einem Piezo-Aktor (2), welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel (3) bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff (P) eingespritzt wird;

b) einer Hebelübersetzungsvorrichtung (4) zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten Hub, welche eine piezoseitige Hebeleinrichtung (5), die mit dem Piezo-Aktor (2) gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6), die mit der Düsennadel (3) gekoppelt ist, aufweist, wobei die Hebeleinrichtungen (5, 6) eine vorbestimmte Symmetrie derart aufweisen, dass sich bei der Übersetzung des bereitgestellten Hubes entstehende Querkräfte an angrenzenden Bauteilen kompensieren; und

c) einer Auflagervorrichtung (7), welche die düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6) lagert und eine erste konvexe Abrollkontur (A1) zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung (6) bei der Übertragung des Hubes hat.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezo-Aktor (2) einen steuerbaren Piezo-Stapel (7) aufweist, welcher in Abhängigkeit eines Steuersignals den Hub zum Betätigen der Düsennadel (3) in einer Schließrichtung (R1) oder in einer Öffnungsrichtung (R2) bereitstellt. Einspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulischer Kompensator (8) vorgesehen ist, der einen Kompensatortopf (9) und einen in den Kompensatortopf (9) eingreifenden Kolben (10) aufweist, wobei zwischen dem Kompensatortopf (9) und dem Kolben (10) ein Zwischenraum (11) ausgebildet ist, der mit einem Fluid, insbesondere dem Kraftstoff (P) gefüllt ist, wobei der Zwischenraum (11) zum hydraulischen Ausgleich mit einem Ausgleichsvolumen über einen Strömungsspalt (12) gekoppelt ist. Einspritzsystem nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6) zumindest zwei symmetrisch angeordnete Hebelstege (13a13c) aufweist, die formschlüssig sind oder mittels einer Hebelscheibe (14) gekoppelt sind. Einspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelscheibe (14) jeweils im Bereich des Hebelsteges (13a13c) zumindest einen Einstich (15a15f) zur Erhöhung der elastischen Verformbarkeit aufweist. Einspritzsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6) zwei voneinander getrennte Halbschalen oder Halbscheiben (16a, 16b) aufweist, welche im Bereich ihres Innenradius einen Düsennadelkopf (17) der Düsennadel (3) zum Heben kontaktieren und insbesondere eine zweite konvexe Abrollkontur (A2) zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung (6) bei der Übertragung des Hubes auf den Düsennadelkopf (17) haben. Einspritzsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompensatortopf (9) die piezoseitige Hebeleinrichtung (5) aufweist, welche im Wesentlichen glockenförmig ausgebildet ist und einen konvexen Kontaktbereich (K1) zur düsennadelseitigen Hebeleinrichtung (6) aufweist, der den bereitgestellten Hub auf die düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6) überträgt. Einspritzsysteme nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übertragerelement (18) vorgesehen ist, welches die düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6) ausbildet und mit dem Kompensatortopf (9) gekoppelt ist. Einspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragerelement (18) in einem Kontaktbereich (K2) zum Kompensatortopf (9) eine dritte konvexe Abrollkontur (A3) zum Abrollen des Übertragerelementes (18) bei der Übertragung des Hubes oder eine planare Oberfläche (O) aufweist. Verfahren zum Herstellen eines Einspritzsystems (1) zum Einspritzen von Kraftstoff (P) unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck, mit den Schritten:

a) Anordnen eines Piezo-Aktors (2) in einem Gehäuse (31) des Einspritzsystems (1), welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel (3) bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff (P) eingespritzt wird;

b) Koppeln des Piezo-Aktors (2) mit einer Hebelübersetzungsvorrichtung (4) zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten, insbesondere vergrößerten Hub, welche eine piezoseitige Hebeleinrichtung (5), die mit dem Piezo-Aktor (2) gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6), die mit der Düsennadel (3) gekoppelt ist, aufweist, wobei die Hebeleinrichtungen (5, 6) eine vorbestimmte Symmetrie derart aufweisen, dass sich bei der Übersetzung des bereitgestellten Hubes entstehende Querkräfte an angrenzenden Bauteilen kompensieren; und

c) Lagern der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung (6) auf einer Auflagervorrichtung (7), welche eine erste konvexe Abrollkontur (A1) zum Abrollen der düsennadelseitigen Hebeleinrichtung (6) bei der Übertragung des Hubes hat.
Einspritzsystem (1) zum Einspritzen von Kraftstoff (P) unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck mit:

a) einem Piezo-Aktor (2), welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel (3) bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff (P) eingespritzt wird;

b) einer Hebelübersetzungsvorrichtung (4) zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten Hub, welche eine piezoseitige Hebeleinrichtung (5), die mit dem Piezo-Aktor (2) gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6), die mit der Düsennadel (3) gekoppelt ist, aufweist,

c) wobei die düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6) zumindest zwei symmetrisch angeordnete, einarmige Hebel (19a, 19b) aufweist, die jeweils mittels einer einzelnen Nadelkopfauflage (20a, 20b) einen Düsennadelkopf (17) der Düsennadel (3) zum Heben kontaktieren und in einem Kontaktbereich (K3) zu einer Auflagervorrichtung (21), auf welcher die einseitigen Hebel (19a, 19b) gelagert sind, eine konvexe Abrollkontur (A4) zum Abrollen bei der Übertragung des Hubes aufweisen.
Einspritzsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einarmigen Hebel (19a, 19b) mittels eines Trennspaltes (26) voneinander getrennt sind. Verfahren zum Herstellen eines Einspritzsystems (1) zum Einspritzen von Kraftstoff (P) unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck mit den Schritten:

a) Anordnen eines Piezo-Aktors (2) in einem Gehäuse (31) des Einspritzsystems (1), welcher einen Hub zum Heben einer Düsennadel (3) bereitstellt, die eine Düse öffnet, in die der Kraftstoff (P) eingespritzt wird; und

b) Koppeln des Piezo-Aktors (2) mit einer Hebelübersetzungsvorrichtung (4) zur Übersetzung des bereitgestellten Hubes in einen veränderten, insbesondere vergrößerten Hub, welcher einen piezoseitige Hebeleinrichtung (5), die mit dem Piezo-Aktor (2) gekoppelt ist, und eine düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6), die mit der Düsennadel (3) gekoppelt ist, aufweist, wobei die düsennadelseitige Hebeleinrichtung (6) zumindest zwei symmetrisch angeordnete, einarmige Hebel (19a, 19b) aufweist, die jeweils mittels einer einzelnen Nadelkopfauflage (20a, 20b) einen Düsennadelkopf (17) der Düsennadel (3) zum Heben derer kontaktieren und in einen Kontaktbereich (K3) zu einer Auflagervorrichtung (21), welcher die einseitigen Hebel (19a, 19b) gelagert sind, eine konvexe Abrollkontur (A4) zum Abrollen bei der Übertragung des Hubes aufweisen.






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