DE102005003449A1 - Spielausgleichselement mit einer steuerbaren Drosselstelle für einen Kraftstoffinjektor sowie Kraftstoffinjektor mit einem Spielausgleichselement - Google Patents

Spielausgleichselement mit einer steuerbaren Drosselstelle für einen Kraftstoffinjektor sowie Kraftstoffinjektor mit einem Spielausgleichselement Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spielausgleichselement beziehungsweise einen Kraftstoffinjektor (20) mit einer Antriebseinheit, insbesondere mit einer piezoelektrischen Aktoreinheit (11) zur direkten oder indirekten Betätigung einer Düsennadel. Zur Reduzierung des mechanischen Spiels ist an der Aktoreinheit (11) ein Spielausgleichselement (10) angeordnet, mit dem der Arbeitshub der Antriebseinheit (11) spielfrei auf den Nadelhub der Düsennadel übertragbar ist. Erfindungswesentlich ist, dass der Arbeitskolben (1) des Spielausgleichselements (10) in einem Kolbenraum (22) eines Zylinders (2) läuft, der mit einem hydraulischen Fluid (8) gefüllt ist. Das hydraulische Fluid (8) weist elektro- oder magnetorheologische Eigenschaften auf. Dadurch kann mit einer Vorrichtung (7) mittels eines elektrischen oder magnetischen Feldes der Durchfluss des Fluids (8) an einer Drosselstelle (6) gesteuert werden.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Spielausgleichselement mit einem in einem Zylinder angeordneten Arbeitskolben beziehungsweise von einem Kraftstoffinjektor mit einer Antriebseinheit nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche 1 und 8 aus. Es ist schon bekannt, dass bei Kraftstoffinjektoren der neueren Generation oftmals als Antriebseinheit eine piezoelektrische Aktoreinheit verwendet wird, um die in eine Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge mit hohem Druck und sehr genau dosiert zu steuern. Die piezoelektrische Aktoreinheit ist aus mehreren hundert Piezokeramik-Scheiben stapelförmig (Stapelaktor) zusammengesetzt und hat jedoch den prinzipiellen Nachteil, dass seine axiale Prolongation je nach Bauweise lediglich im Bereich von ca 40 bis 80 μm liegt. Mit diesem Aktorhub wird in der Regel ein Servoventil angesteuert, das in dem Kraftstoffinjektor eingebaut ist und das Öffnen oder Schließen von Spritzlöchern steuert, die in der Injektorspitze angeordnet sind. Die Spritzlöcher werden von der Düsennadel geschlossen gehalten, wenn an der Aktoreinheit kein Steuerimpuls anliegt. Um ein sicheres Schließen der Spritzlöcher zu gewährleisten, werden die betroffenen Baugruppen, insbesondere die Aktoreinheit mit einem geringen Montagespiel (Leerhub) in der Größenordnung von einigen μm zu der anzutreibenden Baugruppe, beispielsweise dem Steuerventil einer Servoventileinheit, der Düsennadel oder dergleichen eingebaut. Dabei wird das Montagespiel so gering wie nötig eingestellt, da bei einem zu großen Montagespiel der ohnehin relativ kleine Aktorhub unnötig verringert wird, weil ein Teil des Aktorhubs zur Überbrückung des Montagespiels benötigt wird.
  • Während der gesamten Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors können an den Komponenten, die beim Zusammenbau das Montagespiel ergeben, durch Alterungs-, Verschleiß-, Verformungs-, Setzerscheinungen und Temperatureinflüsse Veränderungen des Montagespiels entstehen.
  • Wird das Montagespiel zu klein gewählt, besteht die Gefahr, dass bei minimalen Veränderungen der Komponenten, der Leerhub Null wird und bei weiteren Veränderungen sogar das Steuerventil oder die Düsennadel aufgedrückt werden kann. Dadurch kann eine unkontrollierte Dauereinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine auftreten, die unter Umständen zu Motorschäden führen kann. Der Leerhub muss also so groß eingestellt werden, dass über die gesamte Laufzeit des Kraftstoffinjektors nicht die oben genannten störenden Einflussfaktoren auftreten oder dadurch Schäden entstehen können.
  • Um den gesamten verfügbaren Aktorhub nutzen zu können, wurde des weiteren vorgeschlagen, zwischen dem Injektorgehäuse und der Aktoreinheit ein Spielausgleichselement einzubauen. Das Spielausgleichselement hat dabei die Aufgabe, den Leerhub auf Null zu reduzieren und bei Veränderungen so auszugleichen, dass die störenden Einflussfaktoren sich nicht auswirken können. Auch dürfen an der Aktoreinheit oder der Servoventileinheit keine Schäden auftreten.
  • Bekannt sind Spielausgleichselemente, die im wesentlichen als offenes System oder geschlossenes System ausgebildet sind. Bei einem offenen System wird der Kraftstoff selbst als hydraulisches Fluid verwendet, während bei einem geschlossenen System in der Regel ein zusätzliches Hydrauliköl, oftmals ein Silikonöl oder ähnliches zum Einsatz kommt.
  • Des Weiteren ist bekannt, dass das Spielausgleichselement über eine Drossel mit einem Ausgleichsraum verbunden ist. Diese Drossel kann als Bohrung, als Spalt oder zum Beispiel als Führungsspalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder ausgeführt sein. Wird die Drossel sehr klein ausgeführt, dann ergibt sich zwar der Vorteil, dass bei kurzzeitiger Krafteinwirkung auf den Kolben der Drosseldurchfluss sehr gering ist und damit das Spielausgleichselement nahezu steif ist. Dadurch kann der Aktorhub weitgehend verlustfrei auf eine Servoventileinheit übertragen werden. Nachteilig ist jedoch, dass auch bei einer kleinen Drossel ein gewisser Volumenaustausch stattfindet, der den Kolben gegen einen Anschlag wandern lässt. Andererseits wird durch eine kleine Drossel verhindert, dass in Ruhephasen das Fluid wieder in ausreichendem Maße zurückfließen kann. Wird dagegen die Drossel so groß ausgebildet, dass auch im worst case Fall der Volumenstrom durch die Drossel ausreichend groß ist, dann ist die Wirkung der Drossel relativ klein, so dass der Kolben in unerwünschter Weise kriechen kann.
  • Aus der DE 19940054 C2 ist ein Dosierventil für ein unter Druck stehendes Fluid bekannt, das als Kraftstoffinjektor verwendbar ist. Es weist ein Injektorgehäuse auf, in dessen oberen Teil ein Spielausgleichselement angeordnet ist. Das Spielausgleichselement weist einen Hydraulikraum auf, der über eine Drosselblende mit einem Ausgleichsraum in Verbindung steht. In dem Ausgleichsraum ist ein nach oben hin verschweißter Metallbalg angeordnet, der nach unten hin mit einer unter Federdruck stehenden Abschlussplatte abgedichtet ist. Das System mit der Hydraulikkammer, der Drosselblende und dem Ausgleichsraum ist nach außen hin abgedichtet und enthält vorzugsweise als Hydraulikfluid ein Silikonöl.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktion eines Spielausgleichselement beziehungsweise eines Kraftstoffinjektors zu verbessern. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 8 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Spielausgleichselement beziehungsweise dem Kraftstoffinjektor mit den kennzeichnenden Merkma len der nebengeordneten Ansprüche 1 und 8 ergibt sich der Vorteil, dass in dem Arbeitsraum des Zylinders des Spielausgleichselementes als hydraulisches Fluid eine Flüssigkeit verwendet wird, deren Stoffparameter von außen steuerbar sind. Dadurch kann der Zufluss oder der Abfluss des Fluids in den Arbeitsraum in vorteilhafter Weise so gesteuert werden, dass eine Bewegung, beispielsweise ein langsames Kriechen des Arbeitskolbens verhindert wird, wenn auf ihn durch die Elongation der Antriebseinheit (Aktorhub) ein hoher Druck ausgeübt wird. Das Spielausgleichselement bildet dadurch ein steifes Widerlager, so dass der Aktorhub ohne Verluste auf den Nadelhub der Düsennadel oder eine andere betroffene Baugruppe, beispielsweise die Servoventileinheit übertragen werden kann. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, dass das Spielausgleichselement auf eine einfache Weise von außen steuerbar ist. Dadurch lässt sich die Funktion des Spielausgleichs vorteilhaft an aktuelle Gegebenheiten automatisch anpassen. Als weiterer Vorteil wird angesehen, dass die Drossel so groß gewählt werden kann, dass immer genügend Fluid fließen kann, ohne dass eine unerwünschte Bewegung des Arbeitskolbens zu befürchten ist. Dadurch ist sichergestellt, dass in Arbeitspausen immer genügend Zeit zur Verfügung steht, um die Kontaktflächen der betroffenen Baugruppen zusammenzubringen und damit den Leerhub wirkungsvoll auf Null zu reduzieren. Dies ist insbesondere bei einer Mehrfacheinspritzung von Vorteil, da hier besonders die Gefahr besteht, dass durch mehrere unmittelbar hintereinander stattfindende Einspritzungen der Kolben des Spielausgleichselementes im Zylinder unerwünscht verschoben wird.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 8 angegebenen Spielausgleichselementes beziehungsweise des Kraftstoffinjektors gegeben. Durch die Verwendung eines geschlossenes Systems kann das Fluid nicht in die Umgebung entweichen. Dadurch genügt es, eine nur geringe Menge des Fluids mit elektro- oder magnetorheologischen Eigenschaften zu verwenden, um den Durchfluss an der Drosselstelle zu steuern. Durch Steuerung der Durchflussmenge des Fluids über die Drosselstelle kann somit sehr einfach die Bewegung des Arbeitskolbens gesteuert werden, ohne dass ein verschleißanfälliges Ventil eingesetzt werden muss.
  • Um einen statischen Spielausgleich zu erreichen, ist vorgesehen, oberhalb des Arbeitskolbens ein elastisches Element, vorzugsweise eine Druckfeder anzuordnen, die den Arbeitskolben gegen ein Stellglied, beispielsweise ein Steuerventil einer Servoventileinheit, eine Düsennadel oder dergleichen drückt.
  • Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn die Druckfeder in einem Ausgleichsraum angeordnet wird und hier auf einen Hilfskolben drückt, der ebenfalls im Ausgleichsraum angeordnet ist. Der Hilfskolben drückt somit das Fluid in den Kolbenraum, so das der Arbeitskolben einen möglichen Leerhub ausgleichen kann. Durch die Anordnung der Druckfeder im Ausgleichsraum kann der Kolbenraum in vorteilhafter Weise kleiner ausgeführt werden, so dass er steifer wird.
  • Vorteilhaft erscheint weiter, die Drosselstelle mit der Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen oder magnetischen Feldes zwischen dem Kolbenraum und dem Ausgleichsraum anzuordnen. Hier kann der Zu- und Abfluss zum Kolbenraum besonders leicht gesteuert werden.
  • Eine alternative und vorteilhafte Lösung wird auch darin gesehen, die Drosselstelle mit der Vorrichtung im Bereich einer Zylinderwand und einer Kolbenwand anzuordnen. In diesem Fall kann auf einen Ausgleichsraum verzichtet werden, da der Raum unterhalb des Arbeitskolbens als Ausgleichsraum genutzt werden kann.
  • Die Steuerung des Durchflusses an der Drosselstelle erfolgt in einfacher Weise derart, dass bei großer Krafteinwirkung auf den Arbeitskolben der Volumenfluss an der Drosselstelle blockiert wird, so dass der Kraftfluss zwischen der Aktoreinheit und der entsprechenden Baugruppe gewährleistet ist. Bei kleiner oder fehlender Krafteinwirkung wird dagegen der Durchfluss an der Drosselstelle geöffnet, damit sich der Kolben gegen sein Widerlager bewegen kann.
  • Bei dem Kraftstoffinjektor wird der Volumenfluss des Fluids in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit vom Einspritzzyklus des Einspritzvorgangs gesteuert. Dadurch können insbesondere bei der Mehrfacheinspritzung mit schnellen aufeinander folgenden Einspritzimpulsen die kurzen Einspritzpausen zur Regeneration genutzt werden, so dass auf Grund der wirkenden Federkraft der obere Teil des Kolbenraumes mit Fluid aufgefüllt werden kann.
  • Als weitere vorteilhafte Lösung wird angesehen, dass beispielsweise bei Verwendung einer Servoventileinheit die Federkraft der Druckfeder im Spielausgleichselement kleiner gewählt wird als die Öffnungskraft, die zum Öffnen des Servoventils der Servoventileinheit erforderlich ist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Servoventil im nicht angesteuerten Zustand sicher geschlossen bleibt und kein Kraftstoff eingespritzt werden kann.
  • Eine besonders einfache Anordnung des Spielausgleichselementes wird darin gesehen, wenn das Spielausgleichselement zwischen der Antriebseinheit und einer Kopfplatte des Injektorgehäuses eingebaut wird.
  • Alternativ kann das Spielausgleichselement auch zwischen der Antriebseinheit und einer Servoventileinheit, einer Düsennadel, einem Zwischenstück oder dergleichen eingebaut werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes,
  • 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor mit einem Spielausgleichselement,
  • 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes,
  • 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes,
  • 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes und
  • 6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor wird ein Spielausgleichselement verwendet, das für das Fluid mit einem geschlossenen System ausgebildet ist. Erfindungswesentlich ist, dass das Fluid in dem Spielausgleichselement eine Flüssigkeit aufweist, deren Stoffparameter von außen veränderbar sind, wobei insbesondere die Zähflüssigkeit oder Viskosität und damit der Volumenfluss der Flüssigkeit bei einem bestimmten Druck mit einem elektrischen oder magnetischen Feld steuerbar ist. Mit einer derartigen rheologischen Flüssigkeit wird der Zufluss und/oder der Abfluss des Fluids in einem Kolbenraum eines Zylinders des Spielausgleichselementes gesteuert.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Spielausgleichselement 10, das zur Reduzierung des Montagespiels (Leerhubs) vorzugsweise in einem Kraftstoffinjek tor eingebaut wird. Das Spielausgleichselement 10 weist einen Zylinder 2 auf, in dem ein Arbeitskolben 1 mit einer Kolbenstange 9 in axialer Richtung beweglich angeordnet ist. Der Arbeitskolben 1 wird in dem Zylinder 2 geführt. Oberhalb des Arbeitskolbens 1 ist in einem oberen Teil des Kolbenraumes 22 ein elastisches Element, vorzugsweise eine Schraubendruckfeder 3 angeordnet, die sich mit ihrem oberen Ende gegen die Decke des Zylinders 2 und mit ihrem unteren Ende gegen den Arbeitskolben 1 abstützt. Dadurch wird der Arbeitskolben 1 nach unten gegen ein Widerlager gedrückt, das einen Anschlag bildet. Als Widerlager kann die Antriebseinheit des Kraftstoffinjektors, insbesondere eine piezoelektrische Aktoreinheit, ein Stellglied, eine Zwischenplatte, ein Steuerventil einer Servoventileinheit oder bei direkter Steuerung der Schaft einer Düsennadel sein, wie später noch näher erläutert wird.
  • Der Arbeitskolben 1 ist mit einer Kolbenstange 9 verbunden, die aus dem Zylinder 2 nach unten herausragt und gegen das Gehäuse des Zylinders 2 seitlich mit einer Dichtung 23 abgedichtet ist, so dass aus dem geschlossenen System kein Fluid austreten kann. Oberhalb des Arbeitskolbens 1 ist im Arbeitsraum 22 des Zylinders 2 ein oberer Teil und unterhalb des Arbeitskolbens 1 ist ein unterer Teil des Kolbenraumes 22 ausgebildet. Die beiden Teile des Kolbenraumes 22 sind durch einen Bypass 5 miteinander hydraulisch verbunden. Der Bypass 5 weist eine Drosselstelle 6 auf. Der Zylinder 2 mit den beiden Raumteilen sowie der Bypass 5 mit der Drosselstelle 6 sind mit einem Fluid 8 gefüllt, das elektro- oder magnetorheologischen Eigenschaften aufweist, so dass der Arbeitskolben 1 von allen Seiten vom hydraulischen Fluid 8 umspült wird. Die Drosselstelle 6 wird durch eine Verengung des Bypasses 5 gebildet, deren Durchflussmenge von außen steuerbar ist. Zu diesem Zweck ist an der Drosselstelle 6 eine Vorrichtung 7 angeordnet, mit der die Durchflussmenge des Fluids 8 von außen steuerbar ist. Bei einem mit einem elektrischen Feld beeinflussbaren Fluid 8 sind an der Drosselstelle 6 zwei ent sprechend ausgebildete Elektroden angeordnet, so dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung der Durchfluss des Fluids 8 gesperrt werden kann. Bei einem magnetorheologischen Fluid 8 ist eine entsprechend ausgebildete Magnetspule angeordnet, die bei Bedarf innerhalb der Drosselstelle 6 ein elektrisches Magnetfeld aufbaut.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise dieses Spielausgleichselementes 10 beschrieben. Das Spielausgleichselement 10 wird im Kraftstoffinjektor beispielsweise zwischen der Bodenplatte einer piezoelektrischen Aktoreinheit und einem Servoventil so angeordnet, dass die Kolbenstange 9 mit ihrer unteren Stirnfläche 21b gegen ein Steuerventil (Servoventil) einer Servoventileinheit aufliegt. Ein Montagespiel ist nicht vorhanden, da die Kolbenstange 9 mit dem voreingestellten Federdruck des elastischen Elementes (Druckfeder) 3 gegen das Servoventil als Widerlager drückt. Die Druckkraft ist jedoch geringer als die Schließkraft des Servoventils der Servoventileinheit, um ein sicheres Schließen der Düsennadel im nicht angesteuerten Zustand zu erreichen. Alternativ kann das Spielausgleichselement 10 auch an einem Zwischenstück, zwischen dem Injektorgehäuse und dem Aktor oder zwischen dem Aktor und einer Düsennadel angeordnet sein und diese direkt betätigen.
  • Das elastische Element 3 bewirkt, dass die beiden Anlageflächen des Spielausgleichselementes 10, d.h. die obere Stirnfläche 21a des Zylinders 2 und die untere Stirnfläche 21b der Kolbenstange 9 spielfrei gegen die Aktoreinheit beziehungsweise das Widerlager (Zwischenstück, Servoventil, Düsennadel oder Injektorgehäuse) anliegen. Wird nun die Aktoreinheit aktiviert, um letztlich eine oder mehrere Düsennadeln zu öffnen oder zu schließen, dann wird die Vorrichtung 7 bestromt beziehungsweise eine Spannung angelegt, um den durch eine mögliche Bewegung des Arbeitskolbens 1 entstehenden Durchfluss des Fluids 8 in dem Bypass 5 zu verhindern. Dadurch wird das Spielausgleichselement 10 hart, so dass die Elongation der Aktoreinheit verlustfrei auf das Widerlager übertragen werden kann.
  • In einer Ruhephase, wenn die Aktoreinheit nicht angesteuert wird, wird die Bestromung der Vorrichtung 7 abgeschaltet, so dass das elastische Element 3 den Arbeitskolben 1 wieder gegen sein Widerlager drücken kann und damit ein mögliches Spiel kompensiert.
  • Verändert sich im Laufe der Betriebszeit aus irgendeinem Grund der mechanische Abstand zwischen der Aktoreinheit und beispielsweise der Servoventileinheit, so bringt die Druckfeder 3 bei Vergrößerung des Abstandes die entsprechenden Berührungsflächen wieder in Kontakt, so dass dadurch das Montagespiel (Leerhub) vollständig kompensiert wird. Bei Verkleinerung des Abstandes drückt dagegen eine Feder des Servoventils den Arbeitskolben 1 – gegen die Federkraft der Druckfeder 3 – in den Kolbenraum 22 hinein, bis das Steuerventil der Servoventileinheit wieder geschlossen ist und damit wieder die definierten Verhältnisse gegeben sind. In diesem Fall wird die Vorrichtung 7 nicht bestromt, um einen Strömungsausgleich des Fluids 8 zu ermöglichen. Der für beide Vorgänge nötige Volumenstrom des Fluids 8 fließt über den Bypass 5 und die dort angeordnete Drosselstelle 6. Der Durchfluss an der Drosselstelle 6 ist hierbei variabel von der Vorrichtung 7 von außen steuerbar und kann komplett gesperrt werden. Dadurch kann durch eine entsprechende Ansteuerung eine Bewegung (Kriechen) des Arbeitskolbens 1 verhindert werden, wenn beispielsweise während des Einspritzvorgangs große Kräfte von der Aktoreinheit auf die Servoventileinheit übertragen werden. In Phasen, in denen keine großen Kräfte übertragen werden, insbesondere in Einspritzpausen, kann durch geeignete Ansteuerung eine Bewegung des Arbeitskolbens 1 ermöglicht werden, um die Selbsteinstellung der Aktor-Ventileinheit zu gewährleisten.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung den oberen Teil eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 20. In diesem Fall wurde ein modifiziertes Spielausgleichselement 10 zwischen einer Kopfplatte 15 eines Injektorgehäuses 17 und einer Aktoreinheit 11 angeordnet, deren Kopfplatte 12 ebenfalls spielfrei gegen die Kolbenstange 9 anliegt. Die Kopfplatte 12 der Aktoreinheit 11 bildet das zweite Widerlager für das Spielausgleichselement 10.
  • Eine Bodenplatte 13 der Aktoreinheit 11 liegt ebenfalls spielfrei an der Stirnfläche einer Düsennadel 14 an. Bei Aktivierung der Aktoreinheit 11 kann somit der Aktorhub vollständig auf die Düsenadel 14 übertragen werden.
  • Bei dem modifizierten Spielausgleichselement 10 gemäß 2 ist der Arbeitskolben 1 in seinem Kolbenraum 2 allseits vom Fluid 8 umströmt. Die Kolbenraum 22 ist über einen Bypass 5 und die Drosselstelle 6 hydraulisch mit einem Ausgleichsraum 18 verbunden. Die durch die Drosselstelle 6 fließende Fluidmenge wird durch die Volumenänderung aufgrund der Bewegung des Arbeitskolbens 1 im Kolbenraum 22 bestimmt. Des weiteren ist an der Drosselstelle 6 eine Vorrichtung 7 zur Erzeugung eines magnetischen oder elektrischen Feldes angeordnet, womit der Volumenaustausch zwischen dem Kolbenraum 22 und dem Ausgleichsraum 18 freigegeben oder unterbunden werden kann. Um das Spiel im Kraftfluss zwischen der Aktoreinheit 11 und der Ventileinheit auf Null einzustellen, ist am Arbeitskolben 1 eine Druckfeder 3 angebracht. Zwischen der Kolbenstange 9 und dem Zylinder 2 befindet sich eine Dichtung 23, um ein Austreten des Fluids 8 in die Umgebung zu unterbinden.
  • Wie zuvor schon erwähnt wurde, ist alternativ vorgesehen, bei der indirekten Ansteuerung die Aktoreinheit 11 mit seiner Bodenplatte 13 gegen ein oder mehrere Steuerventile einer Servoventileinheit, einem Zwischenstück oder dergleichen anzulegen. Die Federkraft der Druckfeder 3 ist immer so klein ein zustellen, das die Spritzlöcher des Kraftstoffinjektors 20 im nicht angesteuerten Zustand sicher geschlossen sind.
  • Ein Kraftstoffzufluss 16 ist als Hochdruckbohrung ausgebildet und stellt die Versorgung der Düsenspitzen mit Kraftstoff, Benzin oder Diesel sicher.
  • 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Spielausgleichselementes 10. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist gemäß 3 die Vorrichtung 7 im Bereich des Arbeitskolbens 1 an der Zylinderwand angeordnet. Zwischen dem Kolben 1 und der Zylinderwand des Kolbenraumes 2 ist für das Fluid 8 ein Bypass mit einer Drosselstelle 6 ausgebildet. An dieser Drosselstelle 6 kann mit Hilfe der Vorrichtung 7 der Volumenaustausch zwischen dem oberen und unteren Teil des Kolbenraumes 2 gesteuert, freigegeben oder gesperrt werden.
  • Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spielausgleichselementes 10 ist zwischen dem Arbeitskolben 1 und dem Kolbenraum 22 eine Dichtung 23 angeordnet, die den Arbeitskolben 1 nach außen hin abdichtet. Im oberen Teil des Kolbenraums 22 ist oberhalb des Arbeitskolbens 1 das Fluid 8 enthalten. Dieser Teil des Kolbenraums 22 ist über die Drosselstelle 6 mit dem Ausgleichsraum 18 verbunden. Zur Steuerung des Volumenstroms ist hier an der Drosselstelle 6 die Vorrichtung 7 angeordnet. Auf den Arbeitskolben 1 wirkt eine Druckfeder 3, um ein Spiel zwischen der Aktoreinheit 11 und der Ventileinheit zu kompensieren.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Erkennbar ist ein Spielausgleichselement 10, wie es im wesentlichen zuvor zu 4 beschrieben wurde. Allerdings ist gemäß 5 in dem Ausgleichsraum 18 ein Hilfskolben 24 angeordnet. Der Hilfskolben 24 ist mit einer Dichtung 23 seitlich abgedichtet, so dass das Fluid 8 sich nur im unteren Teil des Ausgleichgefäßes 18 befindet. Im oberen Teil des Ausgleichge fäßes 18 ist eine Druckfeder 3 angeordnet, die den Hilfskolben 24 nach unten drückt. Die Druckfeder 3 wirkt somit nicht direkt auf den im Kraftfluss liegenden Arbeitskolben 1. An Stelle der Druckfeder 3 kann alternativ auch ein Gasdruck aufgebaut werden. Mit der Vorrichtung 7, die an der Drosselstelle 6 am Übergang zum Kolbenraum 22 angeordnet ist, kann wieder der Zu- und Abfluss in den Kolbenraum 22 gesteuert werden.
  • Bei dem in 6 dargestellten erfindungsgemäßen Spielausgleichselement 10 ist der Arbeitskolben 1 im Kolbenraum 22 vollständig vom Fluid 8 umgeben. Der Kolbenraum 22 ist nach außen hin an der Kolbenstange 9 mit einer Dichtung 23 abgedichtet. Zwischen der Wand des Zylinders 2 und dem Arbeitskolben 1 ist eine Drosselstelle 6 angeordnet, um einen Volumenstrom zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Kolbenraumes 22 zu ermöglichen. Zur Steuerung des Volumenstromes ist an der Drosselstelle 6 wieder die Vorrichtung 7 angebaut.
  • Durch Eindringen des Arbeitskolbens 1 ändert sich das Fluidvolumen in der Kolbenkammer 22. Die notwendige Kraft zur Einstellung des Ventilspiels wird auf Grund der hydrostatischen Elastizität des Fluids 8 und der Kolbenkammer 22 aufgebracht, eine Druckfeder ist nicht unbedingt erforderlich.
  • In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann eine Druckfeder vorgesehen werden, die im oberen Teil der Kolbenkammer 22 angeordnet wird und den Arbeitskolben 1 nach unten drückt.
  • Wie bereits dargelegt wurde, wird das Spielausgleichselement 10 vorzugsweise in einem Kraftstoffinjektor 20 verwendet, der für die Einspritzung von Benzin oder Dieselöl ausgebildet ist. Das Spielausgleichselement kann jedoch auch in einer anderen Vorrichtung verwendet werden, um ein Spiel zu kompensieren und um zwischen zwei beweglichen Teilen eine verlustfreie Kraftübertragung zu ermöglichen.

Claims (12)

  1. Spielausgleichselement für einen Kraftstoffinjektor, mit einem Kolbenraum (22) in einem Zylinder (2), der mit einem Fluid (8) gefüllt ist und in dem ein Arbeitskolben (1) axial beweglich angeordnet ist, wobei der Arbeitskolben (1) mit einer Kolbenstange (9) verbunden ist, die aus dem Zylinder (2) herausragt, mit einem Ausgleichsraum (18), der über eine Drosselstelle (6) mit dem Kolbenraum (22) hydraulisch verbunden ist, und mit einem elastischen Element (3), das auf den Arbeitskolben (1) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Drosselstelle (6) eine Vorrichtung (7) zur Erzeugung eines elektrischen oder magnetischen Feldes angeordnet ist, dass das Fluid (8) elektro- oder magnetorheologische Eigenschaften aufweist und dass die Vorrichtung (7) ausgebildet ist, die Eigenschaften des Fluids (8) und damit den bei einer auftretenden Druckänderung entstehenden Volumenstrom des Fluids (8) durch die Drosselstelle (6) von außen zu beeinflussen.
  2. Spielausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenraum (22), der Ausgleichsraum (18) und die Drosselstelle (6) ein geschlossenes System bilden, das mit dem Fluid (8) gefüllt ist.
  3. Spielausgleichselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element eine Druckfeder (3) aufweist, die in einem oberen Teil des Kolbenraumes (22) oberhalb des Arbeitskolbens (1) angeordnet ist, dass die Druckfeder (3) den Arbeitskolben (1) gegen die Kolbenstange (9) vorspannt und dass unterhalb des Arbeitskolbens (1) ein unterer Teil des Kolbenraumes (22) als Ausgleichsraum ausgebildet ist, durch den die Kolbenstange (9) abdichtend geführt wird.
  4. Spielausgleichselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (3) im Ausgleichsraum (18) angeordnet ist und gegen einen Hilfskolben (24) drückt, der zwischen der Druckfeder (3) und der Drosselstelle (6) angeordnet ist.
  5. Spielausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (6) zwischen dem Kolbenraum (22) und dem Ausgleichsraum (18) angeordnet ist.
  6. Spielausgleichselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (6) zwischen einer Zylinderwand und einer Kolbenwand des Arbeitskolbens (1) angeordnet ist und dass der untere Teil des Kolbenraumes (22) als Ausgleichsraum (22) vorgesehen ist, durch den die Kolbengestange (9) nach außen mittels einer Dichtung (23) abgedichtet geführt ist.
  7. Spielausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (7) ausgebildet ist, bei großer Kraftseinwirkung auf den Arbeitskolben (1) einen Volumenfluss an der Drosselstelle (6) und damit eine Bewegung des Arbeitskolbens (1) weitgehend zu verhindern und/oder bei geringer oder fehlender Krafteinwirkung einen Volumenfluss an der Drosselstelle (6) zu ermöglichen.
  8. Kraftstoffinjektor mit einer Antriebseinheit (11), insbesondere mit einer piezoelektrischen Aktoreinheit zur Betätigung eines Stellgliedes, beispielsweise eines Servoventils oder einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors (20) und mit einem Spielausgleichselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Arbeitshub der Antriebseinheit (11) mittels des Spielausgleichselementes (10) verlustfrei auf das Stellglied übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (7) ausgebil det ist, die elektro- oder magnetorheologischen Eigenschaften des Fluids (8), insbesondere den Volumenfluss des Fluids (8) in Abhängigkeit vom Einspritzzyklus des Einspritzvorgangs zu steuern.
  9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellglied ein Servoventil einer Servoventileinheit vorgesehen ist und dass die Federkraft des elastischen Elementes (3) des Spielausgleichselementes (10) kleiner ist als eine Kraft, mit der das Servoventil in seine Schließposition gedrückt wird.
  10. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (10) zwischen der Antriebseinheit (11) und einer Kopfplatte (15) des Injektorgehäuses (17) angeordnet ist.
  11. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (10) zwischen der Antriebseinheit (11) und einer Servoventileinheit angeordnet ist.
  12. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielausgleichselement (10) zwischen der Antriebseinheit (11) und einer Düsennadel oder einem Zwischenstück angeordnet ist.
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EP2141347A1 (de) * 2008-07-03 2010-01-06 Continental Automotive GmbH Wärmekompensationsanordnung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008059113A1 (en) * 2006-11-15 2008-05-22 Wärtsilä Finland Oy Injection arrangement for a piston engine
US7975673B2 (en) 2006-11-15 2011-07-12 Wärtsilä Finland Oy Injection arrangement for a piston engine
EP2141347A1 (de) * 2008-07-03 2010-01-06 Continental Automotive GmbH Wärmekompensationsanordnung

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