Aktoreinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem

Abstract

 Eine Aktoreinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem, umfasst zwei oder mehrere koaxial angeordnete Aktoren (1, 2, 3, 4) mit unterschiedlichen Reaktionszeiten getrennt für die Erbringung eines Hubes (9, 10) zur Steuerung einer Drosseldüse (5) eingesetzt werden. Der Hub (9, 10) kann dabei in der Höhe und der Zeitdauer auf die Bedürfnisse einer Vor-, Haupt- oder Nacheinspritzung abgestimmt sein und für den spezifischen Motor optimiert werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Aktoreinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem.

[0002] Es ist bekannt, dass bei großen Selbstzündermotoren die Haupteinzugsspritzung über einen relativ großen Hub und großen Querschnitt erfolgen muss, um überhaupt die nötige Flüssigkeitsmenge in kürzester Zeit einspritzen zu können. Dieser Hub und dieser Querschnitt sind für eine präzise und damit auch schadstoff-, verbrauchs- und lärmoptimale Vor- und Nacheinspritzung meist zu groß.

[0003] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aktoreinrichtung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau die Kraftstoffeinspritzung optimiert.

[0004] Die Erfindung schafft zur Lösung eine Aktoreinrichtung nach Anspruch 1 und verbessert damit die bestehenden Konstruktionen.

[0005] Die Erfindung im generellen ist dadurch gekennzeichnet, das sie in der Praxis bewährte Elemente derart kombiniert, profiliert und zum Einsatz bringt, dass sie über eine oder mehrere Steuerelektronik/en in die Lage versetzt werden, ein mechanisch-hydraulisches Steuerelement derart in Bewegung zu bringen, dass es in der Lage ist, eine quanten-, druck- und zeitoptimale Vor-, Nach- und Haupteinspritzung auch bei großen Selbstzündermotoren sicherzustellen.

[0006] Sie schafft einen Aktor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere, koaxial angeordnete Aktoren mit unterschiedlichen Reaktionszeiten getrennt für die Erbringung des Hubes zur Steuerung der Drosseldüse eingesetzt werden können. Hierdurch kann der Hub in Höhe und Zeitdauer auf die Bedürfnisse je der Vor-, Haupt- oder Nacheinspritzung abgestimmt sind und über die Profilierung der koaxial angeordneten Drosseldüse (Nadel und Sitz) jeder Einspritzvorgang weiter für den spezifischen Motor optimiert werden.

[0007] Vorzugsweise ist die unterschiedliche Reaktionsweise der Aktoren in Zeit und Hub dadurch gegeben, dass unterschiedlich reagierende Aktorenelemente eingesetzt werden (z. B. Elektro-Magnete unterschiedlicher Reaktionszeit, bestrombare Kontraktions- oder Ausdehnungsmaterialien (Piezo), etc.).

[0008] Insbesondere ist die Erfindung vorwiegend, aber nicht nur, auf die Kombination von zwei Aktoren und eine integrierte Drosseldüse anwendbar.

[0009] Bevorzugt sind die Elemente: Aktoren und Drosseldüse koaxial angeordnet sind und in ihrer lateralen und ihrer axialen Ausgestaltung einen kleinen Platzbedarf erfordern (Kompaktbauweise).

[0010] Ganz besonders bevorzugt übt zumindest ein Aktor eine Zugbewegung ausübt (Ankerplatte oder Kontraktion) und zumindest ein anderer oder gleicher Aktor eine Stoßbewegung aus (Expansion).

[0011] Vorteilhaft ist die Düsendrossel abgestimmt auf das Motorverhalten bei Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung profiliert.

[0012] Die nachfolgenden Ausführungen betreffen einen mehrstufig aufgebauten elektronisch gesteuerten Aktor für ein Kraftstoffeinspritzsystem (Gas-, Diesel-, Schweröl-, Biomasse-, Wassereinspritzung, etc.) und dessen Kombination mit einer Drosseldüse für Selbstzündermotoren. Geschaffen wird eine Art Mehrstufenfaktor mit integrierter Drosseldüse.

[0013] Aus Gründen der Funktionsoptimierung (Langlebigkeit und Präzisierung der Funktion) soll über unterschiedliche Hübe und kürzere, genau regulierbare Zeitintervalle für Vor- Nach- und für Haupteinspritzung eingespritzt werden. Dies geschieht durch Einsatz und die optimale Kombination von zwei oder mehreren, elektronisch unterschiedlich angesteuerten Aktoren und durch die Profilierung der Düsendrossel, in einer abgestimmten Kombination aller Funktionselemente in einem mechanisch-hydraulischen Bauelement in koaxialer Bauweise.

[0014] Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung mit integrierter Drosseldüse;

Figur 2

eine Darstellung des Funktionsprinzips der Aktoreinrichtung der Figur 1, und

Figur 3

eine Detailansicht des vorderen Bereiches der Drosseldüse der Aktoreinrichtung der Figur 1.

[0015] Eine Aktoreinrichtung für ein Krafstoffeinspritzsystem umfasst einen ersten Aktor 1 zur Steuerung einer Drosseldüse 5, die durch eine Nadel 15 geöffnet und verschlossen werde kann. Der erste Aktor 1 dient zur Bewegung der Nadel 15, die von einem Ventilsitz 18 abhebbar ist, um eine bestimmte Menge an Flüssigkeit in eine Brennkammer einzuspritzen. Die Nadel 15 ist mit einer Ankerplatte 16 verbunden, an der eine Feder 7 anliegt, die an ihrem gegenüberliegenden Ende an einem Anschlag 17 abgestützt ist, so dass die Nadel 15 in die geschlossene Position der Drosseldüse 5 vorgespannt ist. In dem Strömungsweg des Fluides zu der Drosseldüse 5 ist ferner noch ein Übersetzerkolben 6 angeordnet, wobei ein Fluid von einem Einlass 11 zu einem Auslass 12 strömt, wie dies mit den Pfeilen angedeutet ist.

[0016] Benachbart zu dem ersten Aktor 1 ist optional ein zweiter Aktor 2 vorgesehen, der ebenfalls für eine Betätigung der Nadel 15 für die Steuerung der Drosseldüse 5 einsetzbar ist.

[0017] Benachbart zu der Feder 7 ist koaxial zu einer Achse 8 der Nadel 15 ein dritter Aktor 3 angeordnet, der optional um einen vierten Aktor 4 ergänzt werden kann, der ebenfalls innerhalb der Feder 7 angeordnet ist.

[0018] Die Funktionsweise der Aktoreinrichtung wird auch mit Bezug auf Figur 2 erläutert.

[0019] Im geschlossenen Zustand liegt die Nadel 15 an dem Ventilsitz 18 an. Der Aktor 1 bewegt die Nadel 15 entlang der Achse 8 zur Öffnung der Drosseldüse 5 zusammen mit der Ankerplatte 16 durch einen Stoßkraft, wobei ein Hub 9 durch den Aktor 1 erzeugt wird. Der Aktor 1 ist auf der zur Ankerplatte 16 gegenüberliegenden Seite durch eine feste Auflage 13 abgestützt. Anschließend wird ein zweiter Aktor 3 betätigt, der auf die Ankerplatte 16 gegen die Kraft der Feder 7 einen Zug ausübt, um die Nadel 15 mit einem Hub 10 zu bewegen, der größer als der Hub 9 des ersten Aktors 1 ist. Nach der Öffnungsbewegung der Nadel 15 wird die Drosseldüse 5 wieder durch die Kraft der Feder 7 verschlossen.

[0020] Der erste Aktor 1 kann zur Erzeugung eines kleinen Hubes 9 beispielsweise als Piezo-Element ausgebildet sein, das z.B. aus einer mit Elektroden bestückter Keramik gebildet ist. Bei Anlegen einer Spannung dehnt sich das Piezo-Element aus, um die Nadel 15 anzuheben. Ein solches Piezo-Element kann meist zwar nur einen relativ kleinen Hub erzeugen, ist aber in der Ansprechzeit relativ schnell.

[0021] Der zweite Aktor 3 kann zur Erzeugung eines größeren Hubes 10 beispielweise durch einen Elektromagneten gebildet sein, der bei einer Bestromung die Ankerplatte 15 gegen die Kraft der Feder 7 anzieht.

[0022] Der erste Aktor 1 und der zweite Aktor 3 können dabei zeitlich nacheinander geschaltet sein, so dass die Einspritzung in eine Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung unterteilt ist, um die Kraftstoffzufuhr zu optimieren und den Schadstoffausstoß zu verringern. Eine geregelte Kraftstoffeinspritzung verringert zudem den Verbrauch, das die Verbrennung optimiert wird.

[0023] Statt der zwei Aktoren 1 und 3 können natürlich noch weitere Aktoren 2 und 4 ergänzt werden, um die Bewegung der Nadel 15 noch feiner steuern zu können.

[0024] In Figur 3 ist der vordere Endabschnitt des Nadel 15 der Drosseldüse 5 dargestellt. Eine Nadelspitze 20 ist kegelförmig um die Achse 8 angeordnet und weist einen Öffnungswinkel α auf. Die Nadelspitze 20 ist in einem Abstand zu der Achse 8 mit einem Knick 21 versehen, von dem sich die Nadel 15 in einem Abschnitt 22 kegelförmig aufweitet, wobei der Öffnungwinkel β kleiner als der Öffnungswinkel α ist.

[0025] An dem Ventilsitz 18 ist ein Kanal 25 vorgesehen, der beabstandet von der Achse 8 in eine sich kegelförmig aufweitende Sitzfläche des Ventilsitzes 18 mündet. Im Bereich des Knickes 21 liegt die Nadelspitze 20 an dem Ventilsitz 18 an. Wie mit den gestrichelten Linien dargestellt ist, kann die Nadelspitze 20 unterschiedlich profiliert werden, um bei einem Abheben von dem Ventilsitz 18 unterschiedlich viel Fluid durchzulassen. Gleichermaßen kann der Ventilsitz 18 ebenfalls profiliert und/oder mit einem gewünschten Öffnungswinkel versehen werden, um die beim Öffnen der Drosseldüse 5 durchströmende Fluidmenge vorzugeben.

[0026] Mit der Erfindung wird somit eine Aktoreinrichtung geschaffen, die sehr flexibel den Einspritzvorgang steuern kann.

Ansprüche

1. Aktoreinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere koaxial angeordnete Aktoren (1, 2, 3, 4) mit unterschiedlichen Reaktionszeiten getrennt für die Erbringung eines Hubes (9, 10) zur Steuerung einer Drosseldüse (5) eingesetzt werden.

2. Aktoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub (9, 10) in Höhe und Zeitdauer auf die Bedürfnisse je der Vor-, Haupt- oder Nacheinspritzung abgestimmt sind und über die Profilierung der koaxial angeordneten Drosseldüse mit Nadel (15) und Ventilsitz (18) jeder Einspritzvorgang weiter für den spezifischen Motor optimiert ist.

3. Aktoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche Reaktionsweise der Aktoren (1, 2, 3, 4) in Zeit und Hub dadurch gegeben ist, dass unterschiedlich reagierende Aktorenelemente eingesetzt werden, wie Elektro-Magnete unterschiedlicher Reaktionszeit, bestrombare Kontraktions- oder Ausdehnungsmaterialien (Piezo) oder dergleichen.

4. Aktoreinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Aktoren (1, 2, 3, 4) bei einer integrierte Drosseldüse (5) vorgesehen sind.

5. Aktoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (1, 2, 3, 4) und die Drosseldüse (5) um eine Achse (8) koaxial angeordnet sind.

6. Aktoreinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Aktor (3, 4) eine Zugbewegung auf eine Ankerplatte (16) ausübt und zumindest ein anderer oder gleicher Aktor (1, 2) eine Stoßbewegung auf die Ankerplatte (16) ausübt.

7. Aktoreinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nadelspitze (20) der Nadel (15) sich kegelförmig aufweitet und in einem Bereich beabstandet von der Nadelspitze (20) sich ein kegelförmig aufweitender Abschnitt (22) mit kleinerem Öffnungswinkel anschließt, so dass ein Knick (21) zwischen der Nadelspitze (20) und dem Abschnitt (22) ausgebildet ist.

8. Aktoreinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (7) vorgesehen ist, mittels der die Nadel (15) der Drosselsdüse (5) in die verschlossene Position vorgespannt ist.

9. Aktoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Aktor (3, 4) innerhalb der Feder (7) angeordnet ist.

10. Aktoreinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, mittels der die Aktoren (1, 2, 3, 4) zeitversetzt ansteuerbar sind.

Zeichnung