DE10004810A1

DE10004810A1 - Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem

Info

Publication number: DE10004810A1
Application number: DE10004810A
Authority: DE
Inventors: Patrick Mattes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2001-08-16
Also published as: WO2001057393A2; CZ20013554A3; JP2003521636A; WO2001057393A3; US20020153430A1; EP1190173A2; BR0104381A

Abstract

Bei einem hydraulischen Hub-Übersetzungssystem, insbesondere für eine Einspritzdüse eines Kraftstoff-Einspritzsystems, mit einem Grundkörper (10), einem Eingangskolben (24), einem Koppelraum (38), der mit einem Hydraulikfluid gefüllt ist, und einem Ausgangskolben (14), soll zum einen ein zuverlässiges Belüften des Koppelraumes und zum anderen ein verlustfreies Umsetzen einer Bewegung des Eingangskolbens in eine Bewegung des Ausgangskolbens gewährleistet sein. Zu diesem Zweck ist ein Zwischenkolben (20) vorgesehen, der zwischen einer Ruhestellung, in der der Koppelraum durch eine Belüftungsöffnung (40) nach außen geöffnet ist, und einer Arbeitsstellung verschiebbar ist, in der die Belüftungsöffnung und somit der Koppelraum verschlossen sind.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Hub-Übersetzungssystem, insbeson dere für eine Einspritzdüse eines Kraftstoff-Einspritzsystems, mit einem Grund körper, einem Eingangskolben, einem Koppelraum, der mit einem Hydraulikfluid gefüllt ist, und einem Ausgangskolben.

Das Hub-Übersetzungssystem dient dazu, einen kleinen Hub des Eingangs kolbens in einen größeren Hub des Ausgangskolbens zu übersetzen. Die Not wendigkeit einer solchen Übersetzung ergibt sich insbesondere dann, wenn der Eingangskolben von einem Piezo-Aktor betätigt wird. Ein Piezo-Aktor erzeugt, wenn an ihm eine Steuerspannung angelegt wird, nur einen sehr kleinen Hub in der Größenordnung von etwa 1,2 Promille seiner Gesamtlänge. Wenn dieser kleine Hub dazu verwendet werden soll, beispielsweise das Öffnen und Schließen einer Düsennadel eines Kraftstoff-Einspritzventils zu steuern, wird der Hub des Eingangskolbens in einen größeren Hub des Ausgangskolbens übersetzt. Durch die Wahl des Verhältnisses des Querschnitts des Ausgangskolbens zum Querschnitt des Eingangskolbens kann dabei der Übersetzungsfaktor geeignet eingestellt werden.

Zusätzlich zu der Übersetzungsfunktion hat das hydraulische Hub-Über setzungssystem die Funktion eines Längenausgleichs. Die im Piezo-Aktor ver wendeten einzelnen Piezo-Elemente weisen nämlich eine vergleichsweise große Längenänderung bei einer Temperaturänderung auf. Damit diese Längenänderung nicht zu einer Änderung der Schaltcharakteristik des Ein spritzventils führt, muß eine Kompensation der Längenänderung möglich sein. Bei den bisher bekannten hydraulischen Hub-Übersetzungssystemen wurde zur Kompensation der Längenänderung des Piezo-Aktors ein vergleichsweise großes Führungsspiel um den Eingangskolben und/oder den Ausgangskolben herum verwendet. Der auf diese Weise gebildete Ringspalt dient sowohl zur Befüllung des zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangskolben vorhandenen Koppelraumes als auch zur Abdichtung. Das Führungsspiel muß dabei so abgestimmt werden, daß zum einen eine vergleichsweise langsame Volumenverschiebung aus dem Koppelraum heraus oder in diesen hinein möglich ist, während zum anderen bei einer schnelleren Volumenverschiebung ein ausreichender Strömungswiderstand entgegenwirkt. Die langsame Volumenverschiebung ist erforderlich, um den Koppelraum mit dem Hydraulikfluid zu befüllen. Auch muß bei einer Längenänderung des Piezo- Aktors und der sich daraus ergebenden Verschiebung des Eingangskolbens das im Koppelraum vorhandene Hydraulikfluid in der Lage sein, aus dem Koppelraum zu entweichen oder in diesen nachzuströmen. Der hohe Strömungswiderstand, der bei einer schnellen Druckbeaufschlagung des Koppelraums wirken soll, ist erforderlich, um bei einer Betätigung des Eingangskolbens durch den Piezo-Aktor die gewünschte Verstellung des Ausgangskolbens zu erzielen. Anders ausgedrückt sollte das von den beiden Kolben und dem Koppelraum gebildete hydraulische System bei einer schnellen Betätigung des Eingangskolbens keinerlei Strömungsverluste durch das Führungsspiel hindurch aufweisen. Es ist in der Praxis aber mit einem sehr hohen Aufwand verbunden, das Führungsspiel so einzustellen, daß der Koppelraum in der gewünschten Weise arbeitet. Insbesondere für den Fall, daß sich Luft im Koppelraum befindet, kann eine sichere Funktion nicht gewährleistet werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein hydraulisches Hub-Übersetzungs system der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß mit hoher Funktionssicherheit sowohl ein Befüllen des Koppelraumes im Ruhe zustand des hydraulischen Hub-Übersetzungssystems als auch ein verlustfreies Umsetzen einer Bewegung des Eingangskolbens in eine Bewegung des Ausgangskolbens bei einer Aktivierung des Hub- Übersetzungssystems möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Ein hydraulisches Hub-Übersetzungssystem mit den Merkmalen des Patent anspruchs 1 weist zwei verschiedene Zustände auf, die jeweils einer anderen Funktion dienen. In einem ersten Zustand, in welchem sich der Zwischenkolben in der Ruhestellung befindet, kann der Koppelraum durch die dann vorhandene Belüftungsöffnung gut befüllt werden. Auch ist dann eine gute Entlüftung des Koppelraums möglich, so daß sich eine hohe Steifigkeit des Systems ergibt. Die zuverlässige Belüftung gewährleistet auch, daß der Eingangskolben jederzeit am Piezo-Aktor anliegt, da starke Unterdrücke im Koppelraum verhindert sind. Auch ist der Ausgleich von Längenänderung bei Temperatureinflüssen gut möglich, da die erforderliche Volumenverschiebung durch die Belüftungsöffnung hindurch problemlos erfolgen kann. In einem zweiten Zustand, in welchem sich der Zwischenkolben in der Arbeitsstellung befindet, ist die Belüftungsöffnung geschlossen, so daß der Koppelraum keine Leckage beim Übersetzen der Bewegung des Eingangskolbens in eine Bewegung des Ausgangskolbens aufweist. Insgesamt ergibt sich eine verbesserte Leistung des Hub-Übersetzungssystems, da nicht mehr durch die geeignete Bemessung der verschiedenen Bauteile ein Kompromiß zwischen den beiden sich widersprechenden Funktionen des Belüftens des Koppelraums und des fluiddichten Abschließens des Koppelraumes angestrebt werden muß.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü chen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, die in der beigefügten einzigen Zeichnung dargestellt ist. In dieser ist in einem Querschnitt ein erfindungsgemäßes hydraulisches Hub-Übersetzungssystem gezeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das erfindungsgemäße hydraulische Hub-Übersetzungssystem weist einen Grundkörper 10 auf, der mit einer Führung 12 für einen Ausgangskolben 14 versehen ist. Der Ausgangskolben 14 ist mit dem Grundkörper 10 durch eine Gummiringfeder 16 verbunden.

Der Grundkörper 10 weist eine Aufnahme 18 auf, in der ein Zwischenkolben 20 angeordnet ist. Der Zwischenkolben 20 ist mit einer Führung 22 versehen, in der ein Eingangskolben 24 verschiebbar gelagert ist.

Der Spalt zwischen der Führung 22 im Zwischenkolben 20 und dem Eingangs kolben 24 sowie zwischen der Führung 12 im Grundkörper 10 und dem Aus gangskolben 14 beträgt jeweils in der Größenordnung von 2 Mikrometern.

Der Zwischenkolben 20 ist mit einem ringförmigen Bund 26 versehen, in dessen Innenraum eine Gummiringfeder 28 angeordnet ist. Mit ihrem radial innenliegenden Rand greift die Gummiringfeder 28 am Eingangskolben 24 an.

Zwischen dem Grundkörper 10 und dem Zwischenkolben 20 ist eine dritte Gummiringfeder 30 angeordnet, die mit ihrem radial innenliegenden Rand am Bund 26 des Zwischenkolbens 20 und mit ihrem radial außenliegenden Rand im Inneren der Aufnahme 18 anliegt. Die Steifigkeit der Gummiringfeder 28 ist dabei größer als die Steifigkeit der Gummiringfeder 30.

Der Zwischenkolben 20 ist auf seiner dem Ausgangskolben 14 zugewandten Seite mit einer kegelstumpfförmigen Dichtfläche 32 versehen, die konzentrisch zur Längsachse des Eingangskolbens 24 ist. Der Dichtfläche 32 ist ein Dichtsitz 34 zugeordnet, der als umlaufende Kante an einem zylindrischen Vorsprung 36 des Grundkörpers 10 gebildet ist. Der bis hier beschriebene Aufbau ist insgesamt rotationssymmetrisch.

Zwischen dem Eingangskolben 24 und dem Ausgangskolben 14 ist innerhalb des Zwischenkolbens 20 ein Koppelraum 38 gebildet, der in der in der Figur gezeigten Ruhestellung des Hub-Übersetzungssystems durch eine Be lüftungsöffnung 40, die als Ringspalt zwischen der Dichtfläche 32 und dem Dichtsitz 34 gebildet ist, mit der Aufnahme 18 im Grundkörper 10 in Verbindung steht. Zu der Aufnahme 18 führt eine Steigbohrung 42, welche die Aufnahme 18 und damit auch den Koppelraum 38 mit einem Hydraulikfluid versorgt. Da in der in der Figur gezeigten Ruhestellung des Systems die Belüftungsöffnung 40 einen vergleichsweise großen Querschnitt hat, ist gewährleistet, daß der Koppelraum 38 immer korrekt mit dem Hydraulikfluid gefüllt ist.

Wenn der Eingangskolben 24 bezüglich der Figur nach unten betätigt wird, wird gleichzeitig der Zwischenkolben 20 mitgenommen, da die Steifigkeit der Gummiringfeder 28, die zwischen dem Eingangskolben 24 und dem Zwischen kolben 20 wirkt, größer ist als die Steifigkeit der Gummiringfeder 30, die zwischen dem Zwischenkolben 20 und dem Grundkörper 10 wirkt. Durch die Verstellung gelangt der Zwischenkolben 20 mit seiner Dichtfläche 32 in Anlage am Dichtsitz 34, so daß der Ringspalt zwischen der Dichtfläche und dem Dichtsitz geschlossen wird und der Koppelraum 38 mit dem darin eingeschlossenen Hydraulikfluid dicht abgeschlossen ist. Wenn nun der Eingangskolben 24 weiter in Richtung zum Ausgangskolben 14 hin verstellt wird, wird dieser Hub mittels des im Koppelraum 38 eingeschlossenen Hydraulikfluids in einen Hub des Ausgangskolbens 14 übersetzt. Da der Eingangskolben 24 einen größeren Querschnitt hat als der Ausgangskolben 14, ergibt sich eine Vergrößerung des Hubes des Ausgangskolbens gegenüber dem Hub des Eingangskolbens.

Wenn der Eingangskolben 24 wieder zurückgezogen wird, öffnet sich wieder der Ringspalt zwischen der Dichtfläche 32 und dem Dichtsitz 34, so daß der Koppelraum 38 wieder durch die Belüftungsöffnung mit Hydraulikfluid befüllt werden kann.

Bezugszeichenliste

10

Grundkörper

12

Führung

14

Ausgangskolben

16

Gummiringfeder Ausgangskolben

18

Aufnahme

20

Zwischenkolben

22

Führung

24

Eingangskolben

26

Bund

28

Gummiringfeder Eingangskolben

30

Gummiringfeder Zwischenkolben

32

Dichtfläche

34

Dichtsitz

36

Vorsprung

38

Koppelraum

40

Belüftungsöffnung

42

Steigbohrung

Claims

1. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem, insbesondere für eine Einspritz düse eines Kraftstoff-Einspritzsystems, mit einem Grundkörper (10), einem Eingangskolben (24), einem Koppelraum (38), der mit einem Hydraulikfluid gefüllt ist, und einem Ausgangskolben (14), dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenkolben (20) vorgesehen ist, der zwischen einer Ruhestellung, in der der Koppelraum durch eine Belüftungsöffnung (40) nach außen geöffnet ist, und einer Arbeitsstellung verschiebbar ist, in der die Belüftungsöffnung und somit der Koppelraum verschlossen sind.

2. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Zwischenkolben (20) mit einer Führung (22) für den Eingangskolben (24) und der Grundkörper (10) mit einer Führung (12) für den Ausgangskolben (14) versehen ist.

3. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen der Führung (22) für den Eingangskolben und dem Eingangskolben (24) ein Spiel in der Größenordnung von 2 Mikro metern vorliegt.

4. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Führung (12) für den Aus gangskolben und dem Ausgangskolben (14) ein Spiel in der Größen ordnung von zwei Mikrometern vorliegt.

5. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkolben (20) mit einer Dichtfläche (32) und der Grundkörper (10) mit einem Dichtsitz (34) für die Dichtfläche versehen ist und daß die Belüftungsöffnung (40) durch einen Ringspalt gebildet ist, der in der Ausgangsstellung des Zwischen kolbens (20) zwischen der Dichtfläche und dem Dichtsitz gebildet ist.

6. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkolben (20) mit dem Eingangskolben (24) durch eine Feder (28) verbunden ist.

7. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkolben (20) mit dem Grundkörper (10) durch eine Feder (30) verbunden ist.

8. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangskolben (14) mit dem Grundkörper (10) durch eine Feder (16) verbunden ist.

9. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (16; 28; 30) durch eine Gummi ringfeder gebildet ist.

10. Hydraulisches Hub-Übersetzungssystem nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Feder (28), die zwischen dem Eingangskolben und dem Zwischenkolben angeordnet ist, größer ist als die Steifigkeit der Feder (30), die zwischen dem Zwischenkolben und dem Grundkörper angeordnet ist.