DE19947067A1 - Geräuschgedämpfte Aktoreinheit mit einem Aktorelement - Google Patents

Abstract

Eine Aktoreinheit weist ein ein Aktorelement aufnehmendes Gehäuse auf, das wenigstens in einem Teilbereich mit Schwächungen in der Gehäusewandung versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinheit mit einem Aktorele­ ment gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Ak­ toreinheit ist zum Beispiel aus der DE 38 44 134 C2 bekannt.

Zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen werden zu­ nehmend Speichereinspritzsysteme eingesetzt, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken und schnellen Schaltgeschwindig­ keiten gearbeitet wird. Bei diesen Speichereinspritzsystemen wird Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe in einen Hoch­ druckspeicher gefördert, von dem aus der Kraftstoff mit Hilfe von Kraftstoffinjektoren in die Brennkraftmaschine einge­ spritzt wird. Der Kraftstoffinjektor wird dabei von einem elektrisch angesteuerten Aktor betätigt, wobei sich vor allem der Einsatz von piezoelektrischen Aktoren zum Erzielen aus­ reichend kurzer Schaltzeiten als vorteilhaft erwiesen hat.

Bei einem solchen piezoelektrischen Aktor wird in einem aus Quarzkeramik bestehenden Piezoelement durch Anlegen einer Spannung eine Längsdehnung hervorgerufen, die auf ein Servo­ ventil im Kraftstoffinjektor übertragen wird, das dann wie­ derum eine Einspritzdüse im Kraftstoffinjektor öffnet oder schließt.

Die extrem schnell schaltenden piezoelektrischen Aktoren mit Schaltzeiten im Bereich von unter 200 µs geben jedoch ihre hochfrequenten mechanischen Schwingungen an das umgebende Ge­ häuse ab, die sich dann entlang des Injektorgehäuses fort­ pflanzen und in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ein­ geleitet werden. Diese mechanischen Schwingungen auf der Oberfläche des Injektorkörpers und des Zylinderkopfes führen jedoch zu erheblichen Störgeräuschen, die den Fahrkomfort ne­ gativ beeinflussen.

Um die Geräuschemission von elektrisch betätigten Aktoren zu vermindern, werden diese herkömmlicherweise mit zusätzlichen Abdeckhauben versehen. Diese Schallisolierung durch Ummante­ lung ist jedoch aufwendig und teuer, da ein zusätzliches Bau­ teil hergestellt und montiert werden muß, das darüber hinaus einen großen Raumbedarf hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Ak­ toreinheit bereitzustellen, die kostengünstig und platzspa­ rend eine weitgehende Kompensation der Geräuschemission des Aktorelements ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Aktoreinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Aktoreinheit ist ein ein Aktorele­ ment aufnehmendes Aktorgehäuse wenigstens in einem Teilbe­ reich mit einer Schwächung versehen, wodurch sich die Elasti­ zität des Gehäuses erhöht und die auf das Gehäuse vom Akto­ relement übertragenen Schwingungen vermindert werden. Hier­ durch ist es möglich, die Geräuschemission des Aktorgehäuses wesentlich zu reduzieren.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Aktoreinheit;

Fig. 2A und 2B weitere mögliche Ausführungsformen eines Ak­ torgehäuses in einer Aktoreinheit.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Aktoreinheit, die im wesentli­ chen aus einem Piezoelement 1, einem mit dem Piezoelement verbundenen Betätigungsstift 2 und einem das Piezoelement 2 aufnehmenden Gehäuse 3 besteht. Das Piezoelement 1 ist dabei vorzugsweise zylindrisch ausgeformt und kann aus mehreren übereinandergestapelten Einzelelementen aufgebaut sein, die in einer Vorspanneinrichtung verkapselt sind, wobei das Pie­ zoelement 1 mit einer Kraft von vorzugsweise 800 bis 1000 N vorgespannt wird.

Das das Piezoelement 1 aufnehmende Gehäuse 3 ist vorzugsweise ebenfalls zylindrisch ausgebildet und setzt sich aus einer Kopfplatte 31, einer Bodenplatte 32 und einer Hülse 33 zusam­ men. Das Piezoelement 1 ist dabei mit einer Stirnfläche fest mit der Innenfläche der Kopfplatte 31 verbunden, wobei zwei Kontaktstifte 11 des Piezoelements 1 aus zwei Öffnungen 311 in der Kopfplatte 31 hervorstehen. In der Bodenplatte des Ge­ häuses 3 ist eine weitere Öffnung 321 vorgesehen, aus der der am Piezoelement 1 angebrachte Betätigungsstift 2 herausragt, um eine Verbindung mit einer Stelleinrichtung (nicht gezeigt) herzustellen.

Im Piezoelement 1 kann durch Anlegen einer Spannung an die beiden Kontaktstifte 11 eine Längsdehnung erzeugt werden, die über den Betätigungsstift 3 die Stelleinrichtung auslöst, die dann wiederum eine Düsennadel im Kraftstoffinjektor zum Ein­ spritzen von Kraftstoff öffnet und schließt.

Die das Piezoelement 1 vollständig umgebende Hülse 32 des Ge­ häuses 3 weist an ihrer Außenseite in einem Teilbereich eine ringförmig umlaufende Nut 34 auf. Durch diese gezielte Schwä­ chung der Aktorgehäusewandung wird die Elastizität der Aktor­ gehäusewandung erhöht, wodurch erreicht wird, daß die vom Piezoelement 1 auf das Aktorgehäuse 3 übertragenen mechani­ schen Schwingungen wesentlich gedämpft werden. Schallemissi­ onsmessungen haben nämlich gezeigt, daß die im Piezoelement hervorgerufenen Längsdehnungen auf das mit dem Piezoelement verbundene Gehäuse übertragen werden und dieses dann zu me­ chanischen Schwingungen anregt, die sich auf den gesamten Kraftstoffinjektor fortpflanzen und zu erheblichen Störgeräu­ schen führen können. Durch Erhöhen der Elastizität des Aktorgehäuses 3 werden die Frequenzen der mechanischen Schwingun­ gen, die vom Piezoelement 1 auf das Aktorgehäuse 3 übertragen werden, gezielt gedämpft, so daß eine wesentliche Störgeräu­ schminderung der Aktoreinheit erreicht wird.

Fig. 2A und 2B zeigen weitere Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Nuten an der Hülse 33 des Aktorgehäuses 3. Bei der in Fig. 2A gezeigten Ausführungsform sind um den ganzen Umfang der Hülse 33 herum Längsnuten 35 angeordnet, die am unteren Ende von einer umlaufenden Ringnut 36 begrenzt werden. Fig. 2B stellt ein Aktorgehäuse 3 dar, bei der die Hülse 33 mit lauter periodisch beabstandeten Ringnuten 36 umgeben ist. Durch die Form und Anordnung der Nuten ist es möglich, die Dämpfungsfrequenz des Aktorgehäuses 3 auf die von dem Piezo­ element 1 auf das Aktorgehäuse 3 übertragenen Schwingungsfre­ quenzen abzustimmen und diese damit gezielt zu schwächen.

Claims (5)

1. Aktoreinheit mit einem Aktorelement (1) und einem das Ak­ torelement umgebenden Gehäuse (3), wobei ein oberer Endab­ schnitt des Gehäuses form- und/oder kraftschlüssig mit dem Aktorelement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abschnitt (33) des das Aktorelement umgebenden Gehäuses (3) mit Schwächungen (34, 35, 36) in der Gehäusewan­ dung versehen ist.

2. Aktoreinheit gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwächungen als spiralför­ mig umlaufende Nut (34) an der Außenseite des Gehäuses (3) ausgebildet ist.

3. Aktoreinheit gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwächungen als Längsnuten (35) an der Außenseite des Gehäuses (3) ausgebildet sind.

4. Aktoreinheit gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schwächungen als umlaufende Ringnuten (36) ausgebildet sind.

5. Aktoreinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Aktorelement (1) ein Piezoelement ist.