DE102010039478A1

DE102010039478A1 - Antriebsvorrichtung für ein Einspritzventil und Einspritzventil

Info

Publication number: DE102010039478A1
Application number: DE102010039478A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Kronberger; Hellmut Freudenberg; Jürgen Dick; Wolfgang Wechler
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-02-23
Also published as: EP2606218A1; EP2606218B1; WO2012022752A1; US9447760B2; US20130153678A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (50) für ein Einspritzventil (10), das aufweist einen Aktuator (22), der ausgebildet ist zum Ausüben einer Kraft entlang einer ersten Kraftwirkungsachse (L_1), eine Hebelvorrichtung (26), die mit dem Aktuator (22) mechanisch gekoppelt ist, ein Abtriebselement (32), das mit der Hebelvorrichtung (26) mechanisch gekoppelt ist und das ausgebildet ist zum Aufnehmen einer Kraft von der Hebelvorrichtung (26) entlang einer zweiten Kraftwirkungsachse (L_2), wobei die erste Kraftwirkungsachse (L_1) und die zweite Kraftwirkungsachse (L_2) zueinander versetzt angeordnet sind, und ein zwischen dem Aktuator (22) und der Hebelvorrichtung (26) angeordnetes Übertragungselement (52). Das Übertragungselement (52) ist in einem ersten Kontaktbereich (K_1) mit dem Aktuator (22) und in einem zweiten Kontaktbereich (K_2) mit der Hebelvorrichtung (26) gekoppelt. Der erste Kontaktbereich (K_1) des Übertragungselements (52) ist so angeordnet, dass er von der ersten Kraftwirkungsachse (L_1) durchdrungen wird. Der zweite Kontaktbereich (K_2) des Übertragungselements (52) so angeordnet ist, dass er von der zweiten Kraftwirkungsachse (L_2) durchdrungen wird. Die Erfindung betrifft weiter ein Einspritzventil (10), das eine Antriebsvorrichtung (50) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Einspritzventil, mit einem Aktuator, einer Hebelvorrichtung, einem Abtriebselement und einem Übertragungselement. Ferner betrifft die Erfindung ein Einspritzventil.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Die Bildung von Schadstoffen ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen wird. Für Brennkraftmaschinen mit Diesel betragen die Fluiddrücke über 2000 Bar. Insbesondere werden im Falle von Brennkraftmaschinen hohe Anforderungen an die Präzision des Einspritzventils gestellt.
Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Antriebsvorrichtung für ein Einspritzventil zu schaffen, die dauerhaft zuverlässig arbeitet. Ferner ist die Aufgabe der Erfindung, ein Einspritzventil mit einer Antriebsvorrichtung zu schaffen, das ein zuverlässiges Zumessen von Fluid ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Antriebsvorrichtung für ein Einspritzventil, das aufweist einen Aktuator, eine Hebelvorrichtung, ein Abtriebselement und ein Übertragungselement. Der Aktuator ist ausgebildet zum Ausüben einer Kraft entlang einer ersten Kraftwirkungsachse. Die Hebelvorrichtung ist mit dem Aktuator mechanisch gekoppelt. Das Abtriebselement ist mit der Hebelvorrichtung mechanisch gekoppelt und ausgebildet zum Aufnehmen einer Kraft von der Hebelvorrichtung entlang einer zweiten Kraftwirkungsachse. Die zweite Kraftwirkungsachse ist versetzt zu der ersten Kraftwirkungsachse angeordnet. Das Übertragungselement ist zwischen dem Aktuator und der Hebelvorrichtung angeordnet. Das Übertragungselement ist in einem ersten Kontaktbereich mit dem Aktuator und in einem zweiten Kontaktbereich mit der Hebelvorrichtung gekoppelt. Der erste Kontaktbereich des Übertragungselements ist so angeordnet, dass er von der ersten Kraftwirkungsachse durchdrungen wird. Der zweite Kontaktbereich des Übertragungselements ist so angeordnet, dass er von der zweiten Kraftwirkungsachse durchdrungen wird.
Der Vorteil einer solchen Antriebsvorrichtung ist, dass eine Kraftführung zwischen der ersten Kraftwirkungsachse und der zweiten Kraftwirkungsachse gezielt eingestellt werden kann, auch wenn die zweite Kraftwirkungsachse versetzt zu der ersten Kraftwirkungsachse angeordnet ist. Damit können sowohl eine günstige Krafteinleitung auf den Aktuator als auch auf die Hebelvorrichtung erreicht werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine derartige Antriebsvorrichtung nahezu reibungsfrei und verschleißfrei ist. Die Eigenschaften der Antriebsvorrichtung können so nahezu dauerhaft unverändert sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist das Übertragungselement in dem ersten Kontaktbereich und/oder in dem zweiten Kontaktbereich konvex gekrümmt ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der erste Kontaktbereich beziehungsweise der zweite Kontaktbereich sehr klein ausgebildet sein kann. Die Reibung und der Verschleiß an der Antriebsvorrichtung können sehr klein sein, da die konvex gekrümmten Flächen des Übertragungselements ein wälzendes Abrollen ermöglichen. Ferner können Winkelabweichungen der Kraftwirkungsachsen ausgeglichen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist das Übertragungselement in dem ersten Kontaktbereich und/oder in dem zweiten Kontaktbereich im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Kontaktbereiche sehr klein sein können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist das Übertragungselement in dem ersten Kontaktbereich und/oder in dem zweiten Kontaktbereich im Wesentlichen halbkugelförmig mit einem Radius deutlich kleiner als ein halber Abstand zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Kontaktbereiche sehr klein sein können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist das Übertragungselement in dem ersten Kontaktbereich und/oder in dem zweiten Kontaktbereich im Wesentlichen als Kugelkalotte ausgebildet. Die Kugelkalotte hat einen Radius, der größer ist als der halbe Abstand zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich. Dies hat den Vorteil, dass hohe Kontaktkräfte dauerfest übertragen werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist das Übertragungselement stiftförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das Übertragungselement eine geringe Masse haben kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil, das eine Antriebsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Einspritzventils,
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung des Einspritzventils,
3 eine Detailansicht der Antriebsvorrichtung gemäß 2,
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung, und
5 eine Detailansicht der Antriebsvorrichtung gemäß 4.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Einspritzventil 10. Das Einspritzventil 10 weist einen Injektorkörper 14 auf. Der Injektorkörper 14 ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet und weist eine erste Ausnehmung 16 auf. Die erste Ausnehmung 16 ist mit einem nicht dargestellten Hochdruckkreis des Fluids koppelbar. Sie ist in einem eingebauten Zustand des Einspritzventils 10 mit dem Hochdruckkreis gekoppelt.
Der Injektorkörper 14 hat eine zweite Ausnehmung 20, in der ein Aktuator 22 angeordnet ist. Der Aktuator 22 ist als Hubaktuator ausgebildet und ist vorzugsweise ein Piezoaktuator, der einen Stapel piezoelektrischer Elemente umfasst. Der Piezoaktuator ändert seine axiale Ausdehnung abhängig von einem angelegten Spannungssignal. Der Aktuator 22 kann jedoch auch als ein anderer dem Fachmann für diesen Zweck als geeignet bekannter Stellantrieb ausgebildet sein, insbesondere als Solenoid.
Der Aktuator 22 hat einen Kolben 24. Der Aktuator 22 wirkt über den Kolben 24 auf eine Hebelvorrichtung 26 ein. Die Hebelvorrichtung 26 umfasst einen glockenförmigen Körper 28 und Hebelelemente 30. Der glockenförmige Körper 28 und die Hebelelemente 30 sind in der ersten Ausnehmung 16 angeordnet. Der glockenförmige Körper 28 ist mit den Hebelelementen 30 gekoppelt. In der ersten Ausnehmung 16 ist weiter ein Abtriebselement 32 angeordnet. Das Abtriebselement 32 ist vorzugsweise als Düsennadel ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen ist das Abtriebselement 32 als separates Bauelement ausgebildet, das mit der Düsennadel gekoppelt ist. Das als Düsennadel ausgebildete Abtriebselement 32 weist einen Düsennadelkopf 34 auf. Die Hebelelemente 30 wirken mit dem Düsennadelkopf 34 zur axialen Bewegung des Abtriebselements 32 zusammen.
Eine Düsenfeder 36 ist zwischen einem Auflager 42 des Injektorkörpers 14 und einem Absatz 44 des Abtriebselements 32 angeordnet. Das als Düsennadel ausgebildete Abtriebselement 32 ist mittels der Düsenfeder 36 so vorgespannt, dass es in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens eine in dem Injektorkörper 14 angeordnete Einspritzöffnung 40 verhindert, wenn keine weiteren Kräfte auf das Abtriebselement 32 einwirken. Bei Betätigung des Aktuators 22 wird das als Düsennadel ausgebildete Abtriebselement 32 von seiner Schließposition in eine Offenposition bewegt, in der es den Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 40 freigibt.
Die 2 bis 5 zeigen eine Antriebsvorrichtung 50 des Einspritzventils 10 im Detail. Die Antriebsvorrichtung 50 weist den Aktuator 22, den glockenförmigen Körper 28, die Hebelelemente 30, das Abtriebselement 32 und ein Übertragungselement 52 auf. Das Übertragungselement 52 ist zwischen dem Aktuator 22 und der Hebelvorrichtung 26 angeordnet. Damit ist der glockenförmige Körper 28 über das Übertragungselement 52 mit dem Aktuator 22 gekoppelt. Das Übertragungselement 52 ist in der hier gezeigten Ausführungsform stiftförmig ausgebildet, so dass es eine geringe Masse haben kann. Das Übertragungselement 52 kann in weiteren Ausführungsformen auch andere geeignete Formen aufweisen.
Der Aktuator 22 kann entlang einer ersten Kraftwirkungsachse L_1 eine Kraft ausüben. Die Hebelvorrichtung 26 mit dem glockenförmigen Körper 28 und den Hebelelementen 30 kann entlang einer zweiten Kraftwirkungsachse L_2 eine Kraft auf das Abtriebselement 32 ausüben. Die zweite Kraftwirkungsachse L_2 ist versetzt zu der ersten Kraftwirkungsachse L_1 angeordnet.
Das Übertragungselement 52 ist in einem ersten Kontaktbereich K_1, der von der ersten Kraftwirkungsachse L_1 geschnitten wird, mit dem Aktuator 22 gekoppelt. Das Übertragungselement 52 ist weiter in einem zweiten Kontaktbereich K_2, der von der zweiten Kraftwirkungsachse L_2 geschnitten wird, mit der Hebelvorrichtung 26, insbesondere dem glockenförmigen Körper 28 gekoppelt. Da die zweite Kraftwirkungsachse L_2 versetzt zu der ersten Kraftwirkungsachse L_1 angeordnet ist, ist das Übertragungselement 52 gegenüber den Kraftwirkungsachsen L_1, L_2 geneigt angeordnet.
Die von dem Aktuator 22 entlang der ersten Kraftwirkungsachse L_1 ausgeübte Kraft kann über den ersten Kontaktbereich K_1 und den zweiten Kontaktbereich K_2 auf den glockenförmigen Körper 28 der Hebelvorrichtung 26 geleitet werden. Wie in den 3 und 5 zu sehen ist, wird die Kraft von dem Aktuator 22 unter einem ersten Winkel PHI_1 gegenüber der Kraftwirkungsachse L_1 des Aktuators 22 auf den glockenförmigen Körper 28 der Hebelvorrichtung 26 geleitet. Von dem glockenförmigen Körper 28 kann die Kraft dann weiter entlang der zweiten Kraftwirkungsachse L_2 zu dem Abtriebselement 32 geleitet werden.
Die 2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 50, bei dem das Übertragungselement 52 in dem ersten Kontaktbereich K_1 und in dem zweiten Kontaktbereich K_2 im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Radius, der deutlich kleiner als der halbe Abstand zwischen dem ersten Kontaktbereich K_1 und dem zweiten Kontaktbereich K_2 ist. Damit ergibt sich für die Neigung des Übertragungselements 52 gegenüber der ersten Kraftwirkungsachse L_1 ein zweiter Winkel PHI_2, der größer ist als der erste Winkel PHI_1 (3).
In einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 50 entsprechend den 4 und 5 ist das Übertragungselement 52 in dem ersten Kontaktbereich K_1 und in dem zweiten Kontaktbereich K_2 kugelkalottenförmig ausgebildet. Die Kugelkalotte hat einen Radius R, der in der hier gezeigten Ausführungsform größer ist als der halbe Abstand zwischen dem ersten Kontaktbereich K_1 und dem zweiten Kontaktbereich K_2. Das Übertragungselement 52 ist unter dem zweiten Winkel PHI_2 gegenüber der ersten Kraftwirkungsachse L_1 des Aktuators 22 geneigt. Da der Radius R der Kugelkalotte größer ist als der halbe Abstand zwischen dem ersten Kontaktbereich K_1 und dem zweiten Kontaktbereich K_2, ist das Übertragungselement 52 in dieser Ausführungsform entgegen, der Achse der Kraftübertragung zwischen dem ersten Kontaktbereich K_1 und dem zweiten Kontaktbereich K_2 geneigt. In dieser Ausführungsform kann der Winkel PHI_2 der Neigung des Übertragungselements 52 gegenüber der ersten Kraftwirkungsachse L_1 sehr klein sein. Der Winkel PHI_2 der Neigung des Übertragungselements 52 gegenüber der ersten Kraftwirkungsachse L_1 des Aktuators 22 kann umso kleiner werden, je größer der Radius R der Kugelkalotte ist. Je kleiner der zweite Winkel PHI_2 der Neigung des Übertragungselements 52 gegenüber der ersten Kraftwirkungsachse L_1 des Aktuators 22 ist, umso günstiger kann auch die Herstellung der Führungsbohrung des Übertragungselements 52 sein. Je größer der Radius R der Kugelkalotte ist, umso höhere Antriebskräfte können dauerfest übertragen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist insbesondere möglich, die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren, so dass auch derartige Anordnungen von der Erfindung umfasst sind.

Claims

Antriebsvorrichtung (50) für ein Einspritzventil (10), das aufweist – einen Aktuator (22), der ausgebildet ist zum Ausüben einer Kraft entlang einer ersten Kraftwirkungsachse (L_1), – eine Hebelvorrichtung (26), die mit dem Aktuator (22) mechanisch gekoppelt ist, – ein Abtriebselement (32), das mit der Hebelvorrichtung (26) mechanisch gekoppelt ist und das ausgebildet ist zum Aufnehmen einer Kraft von der Hebelvorrichtung (26) entlang einer zweiten Kraftwirkungsachse (L_2), wobei die zweite Kraftwirkungsachse (L_2) versetzt zu der ersten Kraftwirkungsachse (L_1) angeordnet ist, und – ein zwischen dem Aktuator (22) und der Hebelvorrichtung (26) angeordnetes Übertragungselement (52), das in einem ersten Kontaktbereich (K_1) mit dem Aktuator (22) und in einem zweiten Kontaktbereich (K_2) mit der Hebelvorrichtung (26) gekoppelt ist, wobei – der erste Kontaktbereich (K_1) des Übertragungselements (52) so angeordnet ist, dass er von der ersten Kraftwirkungsachse (L_1) durchdrungen wird, und – der zweite Kontaktbereich (K_2) des Übertragungselements (52) so angeordnet ist, dass er von der zweiten Kraftwirkungsachse (L_2) durchdrungen wird.
Antriebsvorrichtung (50) nach Anspruch 1, wobei das Übertragungselement (52) in dem ersten Kontaktbereich (K_1) und/oder in dem zweiten Kontaktbereich (K_2) konvex gekrümmt ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Übertragungselement (52) in dem ersten Kontaktbereich (K_1) und/oder in dem zweiten Kontaktbereich (K_2) im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (50) nach Anspruch 3, wobei das Übertragungselement (52) in dem ersten Kontaktbereich (K_1) und/oder in dem zweiten Kontaktbereich (K_2) im Wesentlichen halbkugelförmig mit einem Radius deutlich kleiner als ein halber Abstand zwischen dem ersten Kontaktbereich (K_1) und dem zweiten Kontaktbereich (K_2) ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Übertragungselement (52) in dem ersten Kontaktbereich (K_1) und/oder in dem zweiten Kontaktbereich (K_2) im wesentlichen als Kugelkalotte ausgebildet ist, und die Kugelkalotte einen Radius (R) hat, der größer ist als der halbe Abstand zwischen dem ersten Kontaktbereich (K_1) und dem zweiten Kontaktbereich (K_2).
Antriebsvorrichtung (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Übertragungselement (52) stiftförmig ausgebildet ist.
Einspritzventil (10), das eine Antriebsvorrichtung (50) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.