DE102015226326A1 - Hydraulic coupler and fuel injection valve with such - Google Patents
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Abstract
Hydraulische Kopplereinrichtung zur Übertragung einer Bewegung eines elektrischen Aktors (14) auf ein bewegliches Bauteil mit einem Kolben (32), der an einer Führungsfläche (39; 39‘) mit einem Führungsabschnitt (132) geführt ist. Zwischen der Führungsfläche (39; 39‘) und dem Kolben (32) verbleibt ein Drosselspalt (54), wobei der Drosselspalt (54) in einen mit Fluid befüllbaren Arbeitsraum (37) mündet, der durch eine Stirnseite des Kolbens (47) begrenzt wird. An dem Führungsabschnitt (132) des Kolbens (32) und/oder an der Führungsfläche (39; 39‘) ist eine Nut (52; 152) ausgebildet ist, die in den Arbeitsraum (37) mündet. Die hydraulische Kopplereinrichtung kann in einem Kraftstoffeinspritzventil (1) verwendet werden, um die Bewegung eines elektrischen Aktors (14) auf ein Steuerventilelement (27) zu übertragen.Hydraulic coupler device for transmitting a movement of an electric actuator (14) to a movable component with a piston (32) guided on a guide surface (39; 39 ') with a guide section (132). A throttle gap (54) remains between the guide surface (39; 39 ') and the piston (32), the throttle gap (54) opening into a fluid-fillable working chamber (37) delimited by an end face of the piston (47) , On the guide portion (132) of the piston (32) and / or on the guide surface (39; 39 '), a groove (52; 152) is formed, which opens into the working space (37). The hydraulic coupler may be used in a fuel injector (1) to transmit the movement of an electrical actuator (14) to a control valve member (27).
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kopplereinrichtung, wie sie zur Übertragung einer Bewegung eines elektrischen Aktors auf ein bewegliches Bauteil Verwendung findet, und einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Kopplereinrichtung.The invention relates to a hydraulic coupler device, such as is used for transmitting a movement of an electrical actuator to a movable component, and a fuel injector with such a coupler.
Stand der TechnikState of the art
Aus der Stand der Technik sind verschiedene Kopplereinrichtungen bekannt, die dazu dienen, die Bewegung eines elektrischen Aktors, beispielsweise eines Piezoaktors oder eines magnetischen Stellers, auf ein anderes bewegliches Bauteil zu übertragen. Die Kopplereinrichtung dient dabei einerseits einer möglichen Weg- oder Kraftverstärkung und andererseits dazu, Toleranzen zwischen dem Aktor und dem zu bewegenden Bauteil auszugleichen. Als Element einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist ein solcher Koppler beispielsweise aus der
Für eine einwandfreie Funktion ist es unerlässlich, dass der hydraulische Arbeitsraum stets mit einem flüssigen Fluid gefüllt ist. Gasförmige Fluide sind in aller Regel nicht geeignet, da sie zu kompressibel sind, während weitgehend inkompressible Flüssigkeiten die Längsbewegung des Primärkolbens auf den Sekundärkolben in der Regel problemlos übertragen können. Es muss also in jedem Fall verhindert werden, dass der hydraulische Arbeitsraum leerläuft oder nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, was bei dem bekannten hydraulischen Koppler durch Leckagespalte erreicht wird. Diese Leckagespalte sind beispielsweise zwischen einer umgebenden Hülse und dem Primärkolben ausgebildet und so bemessen, dass der hydraulische Arbeitsraum dann, wenn hydraulische Koppler nicht betrieben wird, durch Zu- oder Abfluss von Kraftstoff durch diese Drosselspalte mit Kraftstoff gefüllt oder entleert werden kann und so immer gerade mit Kraftstoff bzw. einem flüssigen Arbeitsmedium gefüllt ist. For a perfect function, it is essential that the hydraulic working space is always filled with a liquid fluid. Gaseous fluids are generally not suitable because they are too compressible, while largely incompressible fluids can easily transfer the longitudinal movement of the primary piston to the secondary piston in the rule. It must therefore be prevented in any case that the hydraulic working space idles or is only partially filled with liquid, which is achieved in the known hydraulic coupler by leakage gaps. These leakage gaps are formed, for example, between a surrounding sleeve and the primary piston and dimensioned such that the hydraulic working space can be filled or emptied by fuel through or out of fuel through this throttle gap with fuel when hydraulic coupler is not operated, and thus always straight is filled with fuel or a liquid working medium.
Die Drosselspalte haben die Eigenschaft, dass deren Durchflusswiderstand bei gegebener Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Drosselspaltes mit der dritten Potenz der Höhe des Drosselspaltes skaliert. Der Durchfluss durch den Drosselspalt ist entsprechend empfindlich auf geometrische Schwankungen, also auf Fertigungstoleranzen oder auch auf Änderungen in Folge thermischer Ausdehnung. Darüber hinaus muss der Drosselspalt ganz bestimmte Eigenschaften erfüllen: Einerseits darf er nicht zu groß sein, damit während des Arbeitshubs des hydraulischen Kopplers möglichst kein Kraftstoff aus dem hydraulischen Arbeitsraum verdrängt wird, denn nur so überträgt der hydraulische Koppler die Bewegung des Piezoaktors unmittelbar auf das zu bewegende Bauteil. Andererseits dürfen die Drosselspalte nicht zu klein sein, damit der hydraulische Arbeitsraum während der Betriebspausen des hydraulischen Kopplers schnell und effektiv wieder mit dem flüssigen Fluid befüllt werden muss. Da, wie schon erwähnt, der Durchflusswiderstand durch den Drosselspalt sehr empfindlich auf geometrische Änderungen ist, ist die exakte Fertigung eines solchen hydraulischen Kopplers aufwendig und damit kostenintensiv. The throttle gaps have the property that their flow resistance at a given pressure difference between both sides of the throttle gap scales with the cube of the height of the throttle gap. The flow through the throttle gap is correspondingly sensitive to geometric fluctuations, ie to manufacturing tolerances or to changes due to thermal expansion. In addition, the throttle gap must fulfill certain characteristics: On the one hand, it must not be too large, so that as possible no fuel is displaced from the hydraulic working space during the power stroke of the hydraulic coupler, because only so the hydraulic coupler transfers the movement of the piezoelectric actuator directly to the moving component. On the other hand, the throttle gaps must not be too small, so that the hydraulic working space must be filled quickly and effectively again with the liquid fluid during the operating pauses of the hydraulic coupler. Since, as already mentioned, the flow resistance through the throttle gap is very sensitive to geometric changes, the exact production of such a hydraulic coupler is expensive and therefore costly.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße hydraulische Kopplereinrichtung zur Übertragung einer Bewegung eines elektrischen Aktors auf ein bewegliches Bauteil weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der hydraulische Koppler günstig zu fertigen ist und dabei der Zu- und Abfluss aus dem hydraulischen Arbeitsraum zuverlässig kontrolliert. Dazu weist die hydraulische Kopplereinrichtung einen Kolben auf, der an einer Führungsfläche mit einem Führungsabschnitt geführt ist, so dass zwischen der Führungsfläche und dem Kolben ein Drosselspalt verbleibt. Darüber hinaus ist ein mit einem Fluid befüllbarer Arbeitsraum vorhanden, der durch eine Stirnseite des Kolbens begrenzt wird und in den der Drosselspalt mündet. An dem Führungsabschnitt des Kolbens und/oder an der Führungsfläche ist eine Nut ausgebildet, die in den Arbeitsraum mündet. The hydraulic coupler according to the invention for transmitting a movement of an electrical actuator to a movable component, in contrast, has the advantage that the hydraulic coupler is inexpensive to manufacture and reliably controls the inflow and outflow from the hydraulic working space. For this purpose, the hydraulic coupler on a piston which is guided on a guide surface with a guide portion, so that a throttle gap remains between the guide surface and the piston. In addition, there is a working space that can be filled with a fluid, which is delimited by an end face of the piston and into which the throttle gap opens. At the guide portion of the piston and / or on the guide surface, a groove is formed, which opens into the working space.
Durch die Ausbildung der Nut, die in einfacher Weise hergestellt werden kann, lässt sich so ein bestimmter Zuflussquerschnitt zur Verfügung stellen, dessen Durchflussquerschnitt über die Tiefe und Form der Nut leicht variiert werden kann. Über die Nut lässt sich der hydraulische Arbeitsraum befüllen oder entleeren, wobei dieser Durchflussquerschnitt unabhängig vom Drosselspalt des Kopplers ist. Der Drosselspalt, der zwischen dem Kolben und der Führungsfläche ausgebildet ist, kann entsprechend so eng wie möglich gewählt werden, damit der Zu- bzw. Abfluss von flüssigem Fluid in den hydraulischen Arbeitsraum ausschließlich oder zumindest überwiegend durch die Nut geschieht. Due to the formation of the groove, which can be produced in a simple manner, so a certain inflow cross-section available whose flow cross-section can be easily varied over the depth and shape of the groove. The hydraulic working space can be filled or emptied via the groove, whereby this flow cross section is independent of the throttle gap of the coupler. The throttle gap, which is formed between the piston and the guide surface, can be selected as closely as possible, so that the inflow and outflow of liquid fluid into the hydraulic working space occurs exclusively or at least predominantly through the groove.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung verbindet die Nut den hydraulischen Arbeitsraum mit einem Fluidraum, so dass ein Zu- bzw. Abfluss von flüssigem Fluid aus dem hydraulischen Arbeitsraum ermöglicht wird. Dadurch ist die stetige Befüllung des hydraulischen Arbeitsraums zuverlässig gewährleistet.In a first advantageous embodiment, the groove connects the hydraulic working space with a fluid space, so that an inflow or outflow of liquid fluid from the hydraulic working space is made possible. As a result, the steady filling of the hydraulic working space is reliably guaranteed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der hydraulische Arbeitsraum zusätzlich von der Stirnseite eines weiteren Kolbens begrenzt. Dadurch wird die Bewegung des Kolbens, der das flüssige Fluid im hydraulischen Arbeitsraum komprimiert, zuverlässig auf einen weiteren Kolben übertragen, der wiederum entweder das zu bewegende Bauteil darstellt oder der ein weiteres Bauteil bewegt, welches mit dem weiteren Kolben verbunden ist. In a further advantageous embodiment of the hydraulic working space is additionally limited by the end face of another piston. Thereby, the movement of the piston, which compresses the liquid fluid in the hydraulic working space, reliably transferred to another piston, which in turn either represents the component to be moved or moves another component, which is connected to the other piston.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der weitere Kolben mit einem Führungsabschnitt an einer weiteren Führungsfläche geführt, wobei ein zwischen dem weiteren Kolben und der weiteren Führungsfläche verbleibender Drosselspalt in den Arbeitsraum mündet. Auf diese Weise lässt sich der hydraulische Arbeitsraum zusätzlich über diesen Drosselspalt mit Fluid befüllen. In a further advantageous embodiment, the further piston is guided with a guide section on a further guide surface, wherein a remaining between the other piston and the further guide surface throttle gap opens into the working space. In this way, the hydraulic working space can be additionally filled with fluid via this throttle gap.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist im Führungsabschnitt des weiteren Kolbens oder in der weiteren Führungsfläche zusätzlich oder an Stelle der Nut eine weitere Nut ausgebildet, die in den Arbeitsraum mündet. Dadurch lässt sich der hydraulische Arbeitsraum über eine weitere Nut mit flüssigem Fluid befüllen, so dass der Querschnitt der ersten Nut klein gehalten werden kann. Auch hier trennt in vorteilhafterweise der Führungsabschnitt des weiteren Kolbens den Arbeitsraum von einem Fluidraum, wobei die weitere Nut den Fluidraum und den hydraulischen Arbeitsraum verbindet.In a further advantageous embodiment, a further groove is formed in the guide section of the further piston or in the further guide surface in addition to or instead of the groove, which opens into the working space. As a result, the hydraulic working space can be filled via an additional groove with liquid fluid, so that the cross section of the first groove can be kept small. Here again, advantageously, the guide section of the further piston separates the working space from a fluid space, wherein the further groove connects the fluid space and the hydraulic working space.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Führungsfläche und die weitere Führungsfläche als Bohrungen in derselben Hülse ausgebildet. Die Hülse dient weiterhin der Aufnahme des Kolbens und des weiteren Kolbens, so dass der hydraulische Arbeitsraum durch die Hülse, die Stirnseite des Kolbens und eine weitere Stirnseite des weiteren Kolbens begrenzt wird. Auf diese Weise lässt sich ein kompakter Aufbau des hydraulischen Kopplers erreichen, insbesondere ein geringer Außendurchmesser. In a further advantageous embodiment, the guide surface and the further guide surface are formed as holes in the same sleeve. The sleeve also serves to receive the piston and the other piston, so that the hydraulic working space is limited by the sleeve, the end face of the piston and another end face of the other piston. In this way, a compact design of the hydraulic coupler can be achieved, in particular a small outer diameter.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Nut oder die weitere Nut zumindest abschnittsweise mäaanderförmig ausgebildet, wobei auch beide Nuten diese Form aufweisen können. Über die Länge der Nut lässt sich der Durchflusswiderstand der Nut einstellen, da bei einer direkten Verbindung in Längsrichtung des Kolbens bzw. des weiteren Kolbens der Durchflusswiderstand zu gering sein kann. Um die Länge der Nuten zu erhöhen, können diese auch zumindest abschnittsweise schraubenförmig ausgebildet sein und den Kolben bzw. den weiteren Kolben umgeben. Dabei kann die Nut oder die weitere Nut mittels eines Lasers hergestellt sein, der eine Oberflächenbearbeitung mit der notwendigen Präzision und mit niedrigen Kosten erlaubt. In a further advantageous embodiment, the groove or the further groove is at least partially formed meander-shaped, whereby both grooves may have this shape. Over the length of the groove, the flow resistance of the groove can be adjusted, since in a direct connection in the longitudinal direction of the piston and the other piston, the flow resistance can be too low. To increase the length of the grooves, they can also be at least partially helical and surround the piston or the other piston. In this case, the groove or the further groove can be made by means of a laser, which allows a surface treatment with the necessary precision and at low cost.
Weiterhin ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor zur Kraftstoffhochdruckeinspritzung vorgesehen, der eine Düsennadel zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung aufweist und der einen mit Kraftstoff befüllbaren Steuerraum aufweist, wobei der Druck im Steuerraum zumindest mittelbar eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt. Weiterhin ist ein Steuerventil zur Verbindung des Steuerraums mit einem Fluidraum vorhanden, wobei das Steuerventil ein bewegliches Steuerventilelement umfasst. Und es ist ein elektrischer Aktor vorhanden, der mit einer hydraulischen Kopplereinrichtung gemäß Anspruch 1 so zusammenwirkt, dass die Bewegung des elektrischen Aktors auf das Steuerventilelement zumindest mittelbar übertragen wird. Durch das Vorsehen der hydraulischen Kopplereinheit im Kraftstoffinjektor lässt sich eine zuverlässige Funktion des Steuerventils gewährleisten und damit eine einwandfreie Funktion des Kraftstoffeinspritzventils über die gesamte Lebensdauer.Furthermore, an inventive fuel injector for high-pressure fuel injection is provided which has a nozzle needle for opening and closing at least one injection port and having a fuel-filled control chamber, the pressure in the control chamber at least indirectly exerts a closing force on the nozzle needle. Furthermore, a control valve for connecting the control chamber with a fluid space is provided, wherein the control valve comprises a movable control valve element. And there is an electric actuator which cooperates with a hydraulic coupler according to claim 1 so that the movement of the electric actuator is transmitted to the control valve member at least indirectly. By providing the hydraulic coupler unit in the fuel injector, a reliable function of the control valve can be ensured and thus a perfect function of the fuel injection valve over the entire service life.
Zeichnungdrawing
In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße hydraulische Kopplereinrichtung dargestellt, und ein erfindungsgemäßes Kraftstoffinjektor. Dazu zeigtIn the drawing, a hydraulic coupler according to the invention is shown, and a fuel injector according to the invention. In addition shows
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
In
Zur Steuerung der Längsbewegung der Düsennadel
Zur Bewegung des Steuerventilelements
Durch die Stirnseite
Der hydraulische Arbeitsraum
Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils und der hydraulischen Kopplereinrichtung ist wie folgt: Im Kraftstoffinjektor
Im hydraulischen Koppler, wie in
In
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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