DE102007026891A1

DE102007026891A1 - Steuerventil, insbesondere für einen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007026891A1
Application number: DE200710026891
Authority: DE
Inventors: Patrick Mattes; Kai Sutter; Holger Rapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-12-18
Also published as: EP2003325A1; JP2008303879A

Abstract

Es wird ein Steuerventil zum Steuern von Flüssigkeiten, insbesondere für einen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen, mit einer Aktor-Einheit (25), die mit einem Aktorkopf (26) über ein Kopplermodul (30) mit einem Kopplerkolben (33) auf ein Ventilelement (41) einwirkt, das mit einem Ventilsitz (44) zusammenwirkt. Zwischen Aktorkopf (26) und Kopplerkolben (33) ist eine kardanische Verbindungsstelle (50) ausgebildet. Die kardanische Verbindungsstelle (50) ist zwischen einer aktorseitigen Stirnfläche (55) des Kopplerkolbens (33) und dem Aktorkopf (26) ausgebildet. Dazu ist an der aktorseitigen Stirnfläche (55) eine Vertiefung (51) ausgebildet, in die eine kugelförmige Auflage (56) eines Zwischenstücks (54) aufliegt.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Steuerventil, insbesondere für einen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Steuerventile für Kraftstoffinjektoren, die als Servo-Ventile zum indirekten Ansteuern einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors verwendet werden, sind bekannt, beispielsweise aus DE 103 22 672 A1 . Diese Servo-Ventile umfassen einen Piezo-Aktor, der über ein Kopplermodul auf ein Ventilglied einwirkt, das in Schließstellung einen Fluidstrom von einem Ventilraum zu einem Rücklaufkanal sperrt und durch Öffnen eines Ventilsitzes den Fluidstrom aus einem rückwärtigen Steuerraum der Düsennadel mit dem Rücklaufkanal verbindet. Der zwischen Piezo-Aktor und Ventilglied geschaltete Koppler umfasst einen in einem Kopplergehäuse geführten Kopplerkolben und einen Ventilkolben, zwischen denen sich ein Hydraulikpolster als hydraulischer Koppler befindet. Auf dem Kopplerkolben liegt ein Einstellstück zum Einstellen des Kopplerspalts auf, wobei die Kontaktgeometrie des Einstellstücks zum Kopplerkolben hin im wesentlichen Plan ausgeführt ist. Am Piezo-Aktor ist ein Aktorkopf mit einer kugelförmigen Auflagegeometrie ausgeführt, die in eine bogenförmige, konkave Vertiefung am Einstellstück eintaucht. Da sich das Einstellstück ortsfest zur Ventilplatte ausrichtet, muss sich die radiale Position des Aktorkopfes nach der des Einstellstücks ausrichten können. Aus diesem Grunde ist der Piezo-Aktor im Haltekörper mit einer Kugel-/Kegel-Auflagegeometrie kardanisch gelagert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die kardanische Lagerung der Auflagegeometrie zwischen Aktorkopf und Kopplerkolben mit geringst möglichem Hubverlust auszuführen und dabei keine Querkräfte und keine Drehmomente in den Kolben einzubringen. Die Verbindungsstelle soll die bisherige Funktion ohne Abstriche ausführen und gleichzeitig eine kostengünstigere Konstruktion darstellen.
Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Verbindungsstelle zwischen Aktorkopf und Kopplerkolben wird eine Auflagegeometrie geschaffen, die ein separates Einstellstück erübrigt. Dadurch wird eine kostengünstigere Konstruktion geschaffen. Die Lagerung des Piezo-Aktors im Haltekörper kann dabei gegenüber dem Stand der Technik unverändert bleiben.
Dadurch ist auch denkbar, eine andere Art der Abstützung des Aktormoduls im Haltekörper zu realisieren, da mit der Erfindung sowohl der Ausgleich eines Winkelfehlers als auch eines Koaxialversatzes zwischen Aktormodul und hydraulischen Koppler an der Schnittstelle zwischen Aktormodul und Einstellstück bzw. zwischen Einstellstück und Kopplerkolben erfolgt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
Eine zweckmäßige Ausführung der kardanischen Verbindungsstelle besteht darin, dass an der aktorseitigen Stirnfläche des Kopplerkolbens eine Vertiefung ausgebildet ist, in der eine kugelförmige Auflage eines Zwischenstücks aufliegt. Das Zwischenstück weist gegenüberliegend zur kugelförmige Auflage eine Abflachung auf, mit der das Zwischenstück an einem stempelförmigen Ansatz des Aktorkopfes angesetzt ist. Dadurch kann das Zwischenstück als Einstellstück dienen, wobei über die Größe der Abflachung die Einstellung des Kopplerspaltes des Kopplermoduls bestimmt wird. Zweckmäßig ist ferner, wenn der Aktorkopf und das Zwischenstück einstückig ausgebildet ist.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Ausschnitt eines Kraftstoffinjektors in Schnittdarstellung mit einem Steuerventil.
Ein Kraftstoffinjektor der zum Einbau in eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dient, wird beispielsweise in der im Stand der Technik zitierten DE 103 22 672 A1 beschrieben. Dieser Kraftstoffinjektor weist ein Einspritzventilglied mit einer Düsennadel auf, die einem rückwärtigen Steuerraum ausgesetzt ist, der über das nachfolgend näher beschriebene Steuerventil mit einem Niederdruckrücklaufsystem verbindbar ist, so dass der an einer Druckschulter der Düsennadel wirkende Hochdruck eines Common-Rails die Düsennadel von einem Düsennadelsitz abhebt und dadurch Kraftstoff mit dem im Common-Rail herrschenden Druck eingespritzt wird.
Der in der Figur dargestellte Kraftstoffinjektor weist einen Injektorkörper 10, einen Düsenkörper 11, eine Ventilplatte 12 und eine Drosselplatte 13 auf, die mittels einer Düsenspannmutter 15 hydraulisch dicht verspannt sind. Im Injektorkörper 11 ist ein Aufnahmeraum 16 und eine Hochdruckbohrung 17 ausgebildet. Im Aufnahmeraum 16 ist ein Piezo-Aktor 25 mit einem Aktorfuß 26 und ein Kopplermodul 30 angeordnet.
Im Düsenkörper 11 ist ein Düsennadeldruckraum 18 ausgebildet, in dem eine Düsennadel 19 axial beweglich geführt ist. Die Düsennadel 19 ist am rückwärtigen Ende einem Steuerraum 20 ausgesetzt, der radial von einer Steuerraumhülse 21 umgeben ist, die den Steuerraum 20 vom Düsennadeldruckraum 18 hydraulisch trennt. In den Düsennadeldruckraum 18 führt eine durch die Drosselplatte 15 geführte Hochdruckbohrung 22 und eine durch die Ventilplatte 13 geführte weitere Hochdruckbohrung 23, die mit der Hochdruckbohrung 17 hydraulisch in Verbindung stehen. Über diese hydraulischen Verbindungen gelangt der im Common-Rail gespeicherte Kraftstoff mit dem dort herrschenden Systemdruck in den Düsennadeldruckraum 18, dem die Düsennadel 19 mit einer nicht dargestellten Druckschulter ausgesetzt ist.
Das Kopplermodul 30 umfasst ein Kopplergehäuse 31, eine Federhülse 32, einen Kopplerkolben 33, einen Ventilkolben 34, eine Ventilkolbenfeder 35 und eine Ausgleichsscheibe 36. Das Kopplergehäuse 31 liegt mit einem Bund 37 auf der Ventilplatte 12 auf. Am Bund 37 greift außerdem die Federhülse 32 an, auf der die Ausgleichsscheibe 36 aufliegt. Auf der Ausgleichsscheibe 36 stützt sich der Kopplerkolben 33 mit einem Kopplerkolbenbund 38 ab. Am Kopplerkolbenbund 38 ist eine aktorseitige Stirnfläche 55 ausgebildet. Der Kopplerkolben 33 und der Ventilkolben 34 sind in am Kopplergehäuse 31 ausgebildeten Führungen jeweils geführt. Die in das Kopplergehäuse 31 weisenden Stirnflächen des Kopplerkolbens 31 und des Ventilkolbens 34 sind beabstandet zueinander angeordnet, so dass sich zwischen den Stirnflächen ein Kopplerspalt 39 ausbildet, der über in den Führungen des Kopplerkolbens 31 und des Ventilkolbens 34 vorhandene Leckspalte mit dem hydraulischen Medium gefüllt ist. Dadurch wirkt das Kopplermodul 30 mit dem Kopplerspalt 39 als hydraulischer Koppler zum Ausgleich von Längendehnungen des Piezo-Aktors 25.
In der Ventilplatte 12 ist ein Ventilglied 40 mit einem Ventilelement 41 angeordnet. Das Ventilelement 41 ist in einer Ventilkammer 42 gelagert und wird mittels einer Ventilfeder 43 gegen einen Ventilsitz 44 gehalten. Auf das Ventilelement 41 wirkt ein am Ventilkolben 34 ausgebildeter Ventilstempel 45 ein, mit dem das Ventilelement 41 vom Ventilsitz 44 abgedrückt werden kann. Der Ventilkolben 34 ist mittels der Ventilkolbenfeder 35 in Richtung auf das Ventilelement 41 vorgespannt.
Zwischen Kopplerkolben 33 und Aktorkopf 26 ist eine kardanische Verbindungsstelle 50 ausgebildet. Dazu ist an der aktorseitigen Stirnfläche 55 des Kopplerkolbenbundes 38 eine beispielsweise V-förmige Vertiefung 51 ausgebildet. Der Aktorkopf 26 verjüngt sich trompetenförmig zu einem zylindrischen, stempelförmigen Absatz 53, an dem ein Zwischenstück 54 mit einer kugelförmigen Auflage 56 ausgebildet ist. Das Zwischenstück 54 weist gegenüberliegend zur kugelförmigen Auflage 56 eine Abflachung 57 auf, mit der das Zwischenstück 54 am stempelförmigen Ansatz 53 des Aktorkopfes 26 angesetzt ist. Durch die Größe die Abflachung 57 kann das Zwischenstück 54 als Einstellstück zur Einstellung eines Kopplerspaltes 39 dienen. An der kardanischen Verbindungsstelle 50 liegt somit der Aktor 25 mit der kugelförmigen Auflage 56 des Zwischenstücks 54 in der Vertiefung 51 des Kopplerkolbens 33 auf.
Beim Betätigen des Aktors 25 längt dieser aus. Der dadurch entstehende Druck wird über den Kopplerkolben 33, den Kopplerspalt 39 und den Ventilkolben 34 übertragen, wobei der Ventilkolben 34 mit dem Ventilstempel 45 das Ventilelement 41 vom Ventilsitz 44 wegdrückt. Dadurch wird der Hub des Piezo-Aktors 35 auf das Ventilelement 41 übertragen und es entsteht am Ventilsitz 44 ein entsprechender Ventilsitzspalt, so dass ein geöffneter Zustand des Ventilelements 41 erzeugt wird. In dieser Schaltstellung wird eine zwischen Ventilkammer 42 und Steuerraum 20 vorhandene, nicht dargestellte Ablaufbohrung mit einem ebenfalls nicht gezeigten Ablaufkanal hydraulisch verbunden, wobei der Ablaufkanal in den Aufnahmeraum 16 mündet, der wiederum mit einem Niederdruck/Rücklaufsystem hydraulisch verbunden ist. Dadurch wird der Steuerraum 20 druckentlastet und die in Öffnungsrichtung an der nicht dargestellten Druckschulter der Düsennadel 19 wirkenden Öffnungskräfte übersteigen die im Steuerraum 20 wirkenden Schließkräfte, so dass der Kraftstoff aus dem Düsennadeldruckraum 18 mit Systemdruck des Common-Rails eingespritzt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10322672 A1 [0002, 0010]

Claims

Steuerventil zum Steuern von Flüssigkeit, insbesondere für einen Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine, mit einer Aktor-Einheit (25), die über ein Kopplermodul (30) auf ein Ventilelement (41) wirkt, das mit einem Ventilsitz (44) zusammenwirkt und in Schließstellung einen Fluidstroms von einem Ventilraum (42) zu einem Rücklaufkanal sperrt, wobei das Kopplermodul (30) in einem Kopplergehäuse (31) geführt einen Kopplerkolben (33) und einen Ventilkolben (34) aufweist, wobei die Aktor-Einheit (25) mit einem Aktorkopf (26) auf den Kopplerkolben (33) und der Ventilkolben (34) auf das Ventilelement (41) einwirken, und wobei zwischen Aktorkopf (26) und Kopplerkolben (33) eine kardanische Verbindungsstelle (50) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kardanische Verbindungsstelle (50) zwischen einer aktorseitigen Stirnfläche (55) des Kopplerkolbens (33) und dem Aktorkopf (26) ausgebildet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der aktorseitigen Stirnfläche (55) eine Vertiefung (51) ausgebildet ist, in die eine kugelförmige Auflage (56) eines Zwischenstücks (54) aufliegt.
Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenstück (54) gegenüberliegend zur kugelförmigen Auflage (56) eine Abflachung (57) aufweist, mit der das Zwischenstück (54) an einem stempelförmigen Ansatz (53) des Aktorkopfes (26) angesetzt ist.
Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (54) und der stempelförmige Ansatz (53) des Aktorkopfes (26) einstückig ausgeführt sind.
Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (54) als Einstellstück dient und dass die Größe der Abflachung (57) zur Einstellung eines Kopplerspaltes (39) dient.