DE102009024596A1

DE102009024596A1 - Einspritzventil mit Übertragungseinheit

Info

Publication number: DE102009024596A1
Application number: DE102009024596A
Authority: DE
Inventors: Sven Jaime Salcedo; Michael Knoller
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2011-04-07
Also published as: EP2440769B1; US9222451B2; WO2010142767A1; US20120160214A1; EP2440769A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, mit einem Aktor (7), mit einer Düsennadel (5), die einem Dichtsitz (10) zugeordnet ist, wobei eine hydraulische Übertragungseinheit (40) vorgesehen ist, die eine Wirkverbindung zwischen dem Aktor (7) und der Düsennadel (5) bewirkt, wobei die Übertragungseinheit (40) zwei bewegliche Kolben (12, 17) aufweist, wobei zwischen den zwei Kolben (12, 17) ein beweglicher Topf (42) angeordnet ist, wobei der bewegliche Topf (42) in einem weiteren feststehenden Topf (14) geführt ist, wobei der erste Kolben (12) durch den Boden (13) des weiteren Topfes (14) mit einem dritten Dichtspalt (49) geführt ist, wobei der zweite Kolben (17) in einem Hülsenabschnitt des Topfes (42) mit einem vierten Dichtspalt (50) geführt ist, wobei zwischen dem weiteren Topf (42) und dem Topf (14) eine erste Kammer (46) ausgebildet ist, wobei zwischen dem Topf (14) und dem zweiten Kolben (17) eine zweite Kammer ausgebildet ist, wobei die zwei Kammern (46, 47) über wenigstens einen Kanal (44, 45) miteinander verbunden sind und wobei ein Kolben (12, 17) mit der Düsennadel (5) und der andere Kolben (12, 17) mit dem Aktor (7) in Wirkverbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil mit einer Übertragungseinheit gemäß Patentanspruch 1.
Im Stand der Technik sind beispielsweise aus WO 2008/003347 A1 , US 6,575,138 B2 und US 6,298,829 Einspritzventile bekannt, bei denen zwischen einem Aktor und der Düsennadel eine hydraulische Übertragungseinheit vorgesehen ist.
In dem bekannten Stand der Technik wird die Auslenkung des Aktors in eine entsprechende Auslenkung der Düsennadel übertragen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Übertragungseinheit für ein Einspritzventil bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Einspritzventil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das beschriebene Einspritzventil weist den Vorteil auf, dass die Übertragungseinheit einen verbesserten Aufbau aufweist.
Dazu weist die Übertragungseinheit zwei bewegliche Kolben auf, wobei zwischen den zwei Kolben ein beweglicher Topf angeordnet ist, wobei der bewegliche Topf in einem weiteren feststehenden Topf geführt ist, wobei der erste Kolben durch einen Boden des weiteren Topfes mit einem ersten Dichtspalt geführt ist, wobei der zweite Kolben in einem Hülsenabschnitt des Topfes mit einem zweiten Dichtspalt geführt ist, wobei zwischen dem weiteren Topf und dem Topf eine erste Kammer ausgebildet ist, wobei zwischen dem Topf und dem zweiten Kolben eine zweite Kammer ausgebildet ist, wobei die zwei Kammern über wenigstens einen Kanal miteinander verbunden sind und wobei ein Kolben mit der Düsennadel und der andere Kolben mit dem Aktor in Wirkverbindung steht. Mit Hilfe dieser Ausführungsform wird eine Übertragungseinheit bereitgestellt, die zuverlässig eine Übertragung der Auslenkung des Aktors auf die Düsennadel ermöglicht.
In einer Ausführungsform ist zwischen der Düsennadel und dem beweglichen Topf ein Federelement eingespannt, das den beweglichen Topf in Richtung auf den ersten Kolben vorspannt. Damit wird eine Vorspannung der Düsennadel in Richtung auf einen Dichtsitz ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform liegt der erste Kolben auf einer Außenseite des Bodens des beweglichen Topfes auf. Damit wird ein Leerhub präzise eingestellt.
In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Kanäle vorgesehen, die die zwei Kammern miteinander verbinden, wobei die zwei Kanäle in dem Boden des beweglichen Topfes eingebracht sind. Durch die Ausbildung von zwei Kanälen ist ein schneller Druckausgleich zwischen den zwei Kammern möglich.
In einer weiteren Ausführungsform begrenzt der zweite Kolben in einer zweiten Stirnfläche die zweite Kammer, wobei der weitere Topf mit einer zweiten Ringfläche, die den ersten Kolben umgibt, die erste Kammer begrenzt. Die zweite Stirnfläche des zweiten Kolbens ist dabei vorzugsweise kleiner ausgebildet als die zweite Ringfläche des weiteren Topfes. Auf diese Weise wird eine Übersetzung der Auslenkung des Aktors in eine größere Auslenkung der Düsennadel ermöglicht. Somit können kleine Auslenkungen, beispielsweise eines piezoelektrischen Aktors, in größere Auslenkungen der Düsennadel umgesetzt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Aufbau eines Einspritzventils;
2 die Übertragungseinheit;
3 einen Düsenkörper mit Düsennadel;
4 eine Düsennadel mit zweitem Topf;
5 eine Düsennadel mit feststehendem Topf; und
6 eine Düsennadel mit Übertragungskolben.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Einspritzventil 1, das ein Gehäuse 2 aufweist, an dessen unteren Ende ein Düsenkörper 3 mit Hilfe einer Spannmutter 4 befestigt ist. Im Düsenkörper 3 ist eine Düsennadel 5 in Längsrichtung beweglich gelagert. Die Düsennadel 5 steht über eine Übertragungseinheit 40 mit einem Aktor 7 in Wirkverbindung. Im unteren Bereich des Düsenkörpers 2 ist zwischen der Düsennadel 5 und dem Düsenkörper 3 ein Kraftstoffraum 8 ausgebildet, der über nicht dargestellte Kanäle mit Kraftstoff, beispielsweise über einen Kraftstoffspeicher und/oder über eine Kraftstoffpumpe versorgt wird. Zwischen dem Kraftstoffraum 8 und Einspritzlöchern 9 ist ein ringförmiger Dichtsitz 10 an der Innenseite des Düsenkörpers 3 ausgebildet. Dem Dichtsitz 10 ist eine ringförmig umlaufende Dichtfläche 11 am unteren Ende der Düsennadel 5 zugeordnet. Abhängig von der Position der Düsennadel, die durch die Betätigung des Aktors 7 eingestellt wird, hebt die Düsennadel 5 vom Dichtsitz 10 ab und gibt eine hydraulische Verbindung zwischen dem Kraftstoffraum 8 und den Einspritzlöchern 9 frei.
Der Aktor 7 kann beispielsweise als piezoelektrischer Aktor oder als magnetischer Aktor ausgebildet sein. Durch eine elektrische Bestromung des Aktors 7 verlängert sich der Aktor 7 und wirkt damit auf die Übertragungseinheit 40 ein. Die Übertragungseinheit 40 ist in der Weise ausgebildet, dass die Auslenkung des Aktors 7 auf die Düsennadel 5 übertragen wird. Vorzugsweise wird die Auslenkung des Aktors 7 in Richtung auf die Düsennadel 5 in eine entgegen gesetzte Bewegung der Düsennadel 5 in Richtung auf den Aktor 7 mit Hilfe der Übertragungseinheit 40 umgesetzt.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Übertragungseinheit 40. In der Übertragungseinheit 40 ragt ein zylinderförmiger erster Kolben 12 durch eine Öffnung 15 eines Bodens 13 eines Topfes 14. Der Topf 14 ist über einen ringscheibenförmig umlaufenden Randbereich 41 fest mit dem Gehäuse 2 verbunden. Im Randbereich 41 sind Bohrungen 6 eingebracht, durch die Kraftstoff von einem oberen Innenraum des Einspritzventils zu einem unteren Innenraum des Einspritzventils fließen kann. In dem Topf 14 ist ein zweiter hülsenförmiger Topf 42 angeordnet, der beweglich in einem hülsenförmigen Abschnitt des Topfes 14 gelagert ist. In den hülsenförmigen Abschnitt des zweiten Topfes 42 ist ein zylinderförmiges Endstück 17 der Düsennadel 5 geführt. Das Endstück 17 stellt einen Kolben dar. Der erste Kolben 12 liegt mit der Stirnfläche 28 auf einer Oberseite eines zweiten Bodens 43 des zweiten Topfes 42 an. Im zweiten Boden 43 sind zwei Kanäle 44, 45 eingebracht. Zwischen dem ersten und dem zweiten Topf 14, 42 und dem ersten Kolben 12 ist eine erste Kammer 46 ausgebildet. Zwischen dem zweiten Topf 42 und dem Endstück 17 ist eine zweite Kammer 47 ausgebildet.
Der erste Topf 14 begrenzt mit einer zweiten Ringfläche 52, die auf einer Innenseite des Bodens 13 ausgebildet ist, die erste Kammer 46. Das Endstück 17 begrenzt mit einer zweiten Stirnfläche 53 die zweite Kammer 47. Vorzugsweise ist die zweite Stirnfläche 53 kleiner als die zweite Ringfläche 52. Insbesondere ist die zweite Stirnfläche 53 halb so groß, wie die zweite Ringfläche. Das Flächenverhältnis zwischen der zweiten Stirnfläche 53 und der zweiten Ringfläche legt eine Übersetzung zwischen der Auslenkung des Aktors und der Auslenkung der Düsennadel fest. Zwischen dem zweiten Topf 42 und der Düsennadel 5 ist ein drittes Federelement 48 gespannt. Der erste und der zweite Kanal 44, 45 verbinden die erste und die zweite Kammer 46, 47. Der erste Kolben 12 ist über einen dritten Dichtspalt 49 im Boden 13 dichtend geführt.
Der zweite Topf 42 ist über einen vierten Dichtspalt 50 in einem hülsenförmigen Abschnitt des feststehenden Topfes 14 dichtend geführt. Das Endstück 17 ist über einen fünften Dichtspalt 51 in dem hülsenförmigen Abschnitt des zweiten Topfes 42 dichtend geführt. Der dritte, vierte und fünfte Dichtspalt 49, 50, 51 können vorzugsweise eine Breite von 2 bis 20 μm, insbesondere im Bereich von 8 μm, aufweisen. Der dritte, vierte und fünfte Dichtspalt 49, 50, 51 sind in der Weise bemessen, dass die erste und zweite Kammer, die mit Kraftstoff gefüllt sind, gegenüber dem Innenraum des Einspritzventils bei einer kurzzeitigen Druckbeaufschlagung, die bei Einspritzvorgängen auftritt, abgedichtet sind. Der dritte, vierte und fünfte Dichtspalt 49, 50, 51 sorgen dafür, dass die erste und zweite Kammer 46, 47 immer mit Kraftstoff gefüllt ist und sich Druckunterschiede, die über längere Zeiträume, d. h. länger als Einspritzvorgänge vorhanden sind, ausgleichen.
Die Übertragungseinheit 40 funktioniert wie folgt: im nicht angesteuerten Zustand des Aktors 7 sitzt die Düsennadel 5 mit der Dichtfläche 11 auf dem Dichtsitz 10 auf, so dass keine Verbindung zwischen dem Kraftstoffraum 8 und den Einspritzlöchern 9 vorliegt. Somit wird kein Kraftstoff eingespritzt. Dabei liegt der Aktor 7 an dem ersten Kolben 12 an. Der erste Kolben 12 liegt an dem zweiten Boden 43 des zweiten beweglichen Topfes 42 an und drückt somit über das dritte Federelement 48 die Düsennadel 5 in den Dichtsitz. Die erste und die zweite Kammer 46, 47 sind vollständig mit Kraftstoff gefüllt, wobei auch das Gehäuse 2 im Bereich der Übertragungseinheit 40 mit Kraftstoff gefüllt ist.
Wird nun eine Einspritzung durchgeführt, so wird der Aktor 7 bestromt, so dass sich der Aktor nach unten in Richtung auf die Übertragungseinheit 40 bewegt. Dazu ist der Aktor 7 im oberen Bereich gegen das Gehäuse 2 des Einspritzventils abgestützt. Durch die Bewegung des Aktors 7 wird der erste Kolben 12 nach unten geschoben. Der erste Kolben 12 schiebt den zweiten Topf 42 nach unten. Damit wird der Druck in der zweiten Kammer 47 erhöht, so dass Kraftstoff aus der zweiten Kammer 47 über den ersten und den zweiten Kanal 44, 45 in die erste Kammer 46 strömt. Als Folge davon sinkt der Druck in der zweiten Kammer 47, so dass sich die Düsennadel 5 nach oben bewegt und vom Dichtsitz 10 abhebt. Folglich beginnt die Einspritzung.
Soll die Einspritzung beendet werden, so wird der Aktor 7 in der Weise angesteuert, dass er sich verkürzt. Als Folge davon sinkt die Kraft auf den ersten Kolben 12 und damit auch auf den zweiten Topf 42. Folglich sinkt der Druck in der zweiten Kammer 47. Zudem bewirkt das dritte Federelement 48, dass die Düsennadel 5 aus der zweiten Hülse 42 herausgezogen wird. Folglich fließt Kraftstoff von der ersten Kammer in die zweite Kammer zurück und die Düsennadel 5 wird nach unten auf den Dichtsitz gedrückt.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Düsenkörpers 3 mit dem Endstück 17 der Düsennadel 5 und dem dritten Federelement 48, das an einer Abstufung der Düsennadel 5 aufliegt.
4 zeigt einen Querschnitt durch die zweite Hülse 42, die auf das Endstück 17 der Düsennadel aufgeschoben wird. Anschließend wird die Hülse 14 über die zweite Hülse 42 geschoben, wie in 5 dargestellt ist. Dann wird der Kolben 12 durch die Öffnung des Bodens 13 eingeschoben, wie in 6 dargestellt ist. Dann wird der Aktor 7 in dem Gehäuse montiert und die Baueinheit wie in 1 gezeigt über die Spannmutter 4 mit dem Gehäuse 2 verspannt. Der obere und untere Innenraum 18, 19 des Einspritzventils 1 sind mit Kraftstoff gefüllt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/003347 A1 [0002]
US 6575138 B2 [0002]
US 6298829 [0002]

Claims

Einspritzventil (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, mit einem Aktor (7), mit einer Düsennadel (5), die einem Dichtsitz (10) zugeordnet ist, wobei eine Übertragungseinheit (40) vorgesehen ist, die eine Wirkverbindung zwischen dem Aktor (7) und der Düsennadel (5) darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinheit (40) zwei bewegliche Kolben (12, 17) aufweist, wobei zwischen den zwei Kolben (12, 17) ein beweglicher Topf (42) angeordnet ist, wobei der bewegliche Topf (42) in einem hülsenförmigen Abschnitt eines weiteren, feststehenden Topfes (14) geführt ist, wobei der erste Kolben (12) durch eine Öffnung (15) des Bodens (13) des weiteren Topfes (14) mit einem dritten Dichtspalt (49) geführt ist, wobei der zweite Kolben (17) in einen hülsenförmigen Abschnitt des Topfes (42) mit einem vierten Dichtspalt (50) ragt, wobei zwischen dem weiteren Topf (42) und dem Topf (14) eine erste Kammer (46) ausgebildet ist, wobei zwischen dem Topf (14) und dem zweiten Kolben (17) eine zweite Kammer (47) ausgebildet ist, wobei die zwei Kammern (46, 47) über wenigstens einen Kanal (44, 45) miteinander verbunden sind, und wobei ein Kolben (12, 17) mit der Düsennadel (5) und der andere Kolben (12, 17) mit dem Aktor (7) in Wirkverbindung steht.
Einspritzventil nach Anspruch 1, wobei zwischen der Düsennadel (5) und dem beweglichen Topf (42) ein Federelement (48) eingespannt ist, das den beweglichen Topf (42) in Richtung auf den ersten Kolben (12) vorspannt.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste Kolben (12) auf einer Oberseite eines Bodens (43) des beweglichen Topfes (42) aufliegt.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwei Kanäle (44, 45) vorgesehen sind, die die zwei Kammern (46, 47) verbinden, wobei die zwei Kanäle (44, 45) in einen Boden (43) des beweglichen Topfes (42) eingebracht sind.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Kolben (17) mit einer zweiten Stirnfläche (53) die zweite Kammer (47) begrenzt, wobei der weitere Topf (14) mit einer zweiten Ringfläche (52), die den ersten Kolben (12) umgibt, die erste Kammer (46) begrenzt, und wobei die zweite Stirnfläche (53) kleiner ist als die zweite Ringfläche (52).
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der feststehende Topf (14) über einen ringscheibenförmigen Randbereich (41) mit dem Gehäuse (2) verbunden ist, wobei im Randbereich (41) eine Bohrung (6) eingebracht ist, die einen oberen Innenraum des Einspritzventils mit einem unteren Innenraum des Einspritzventils verbindet.