WO2008049726A1

WO2008049726A1 - Fluiddosiervorrichtung

Info

Publication number: WO2008049726A1
Application number: PCT/EP2007/060698
Authority: WO
Inventors: Manuel Hannich; Sven Jaime Salcedo; Martin Neumaier
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2008-05-02
Also published as: DE102006050065A1; DE112007002444A5

Abstract

Eine Fluiddosiervorrichtung hat einen Steuerkolben (37), der mit einem Aktuator (23) gekoppelt ist. Eine Düsennadel (39) ist in ihrer Schließposition kraftschlüssig mit dem Steuerkolben (37) gekoppelt und unterbindet in der Schließposition einen Fluidfluss durch eine Einspritzdüse (41) und gibt außerhalb der Schließposition den Fluidfluss durch die Einspritzdüse frei. Ein Anschlagelement (44) ist mit axialem Spiel bezogen auf die Achse der Düsennadel (39) in einem Gehäuse angeordnet. Eine Düsenfeder (45) stützt sich an einem ersten freien Ende (49) auf einer Abstütztstelle (51) des Anschlagelements (44) ab. Das Anschlagelement (44) stützt sich auf seiner der Abstützstelle (51) abgewandten Seite (53) axial auf einem Absatz (55) der Düsennadel (39) ab. Das Anschlagelement (44) kommt in der Offenposition der Düsennadel (39) an einem gehäuseseitigen Anschlag (57) zur Anlage und beeinflusst so einen Hub der Düsennadel (39).

Description

Beschreibung

Fluiddosiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Fluiddosiervorrichtung, insbesondere zum Zumessen von Kraftstoff in den Brennraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Zum Zumessen von Kraftstoff werden in Brennkraftmaschinen zunehmend Fluiddosiervorrich- tungen eingesetzt, die den Kraftstoff unter einem sehr hohen Druck, im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen beispielsweise bis zu 1800 bar, zumessen. Auf diese Weise kann eine sehr gute Zerstäubung des Kraftstoffs und auch sehr kurze Ansteuerzeiten realisiert werden und so eine hohe Güte des Verbrennungsprozesses gewährleistet werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf ein komfortables Fahrverhalten eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine angeordnet ist, und im Hinblick auf die Vermeidung von Schadstoffemissionen von Vorteil.

Aus der EP 0 690 223 Bl ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt mit einer Düsennadel, die sich zum Öffnen und Schließen einer Düse axial bewegt. Ferner ist eine Steuerstange vorgesehen, die koaxial mit der Nadel angeordnet ist und axial verschiebbar ist, um die Bewegung der Nadel mittels einer zylindrischen Platte zu steuern. Ein Hohlkörper ist vorgesehen, in dem die Steuerstange und die Platte gleiten. Ferner ist eine Steuerkammer ausgebildet, in die die Steuerstange hineinragt. Ein elektromagnetisches Dosierventil ist vorgesehen, mittels dessen gesteuert wird, ob Kraftstoff aus der Steuerkammer abgelassen wird und dadurch ein Öffnen der Düsennadel zum Freigeben des Fluidflusses durch die Düse hervorgerufen wird oder nicht. Die Platte ist in einem Hohlkörper geführt. Ferner ist die Platte so ausgebildet, dass sie jegliche transversalen Komponenten der Kräfte aufnimmt, die zwischen der Steuerstange und der Nadel wirken und die aufgrund einer Fehlausfluchtung der Steuerstange und der Nadel entstehen. Aus der DE 195 47 423 Al ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das ein Ventilglied aufweist, das in einer Bohrung eines Ventilkörpers axial geführt ist und an einem Ende eine konische Ventildichtfläche aufweist, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche angeschlossenen Ende einer Bohrung des Ventilkörpers zusammenwirkt, von der eine Einspritzöffnung ausgeht. An seinem dem Ventilsitz abgewandten Ende ragt das Ventilglied über ein Druckstück in einen Federraum, in den zwei hintereinander angeordnete Ventilfedern eingesetzt sind, die das Ventilglied in Schließrichtung zum Ventilsitz hin beaufschlagen. Die erste Ventilfeder liegt ständig am Ventilglied an. Die zweite Ventilfeder greift erst nach Durchlaufen eines bestimmten Vorhubes an dem Ventilglied an.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fluiddosiervorrichtung zu schaffen, die einfach ist und einen präzisen Betrieb ermöglicht .

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Fluiddosiervorrichtung mit einem Steuerkolben, der mit einem Aktuator gekoppelt ist. Sie umfasst ferner eine Düsennadel, die in ihrer Schließposition kraftschlüssig mit dem Steuerkolben gekoppelt ist und in der Schließposition einen Fluidfluss durch eine Einspritzdüse unterbindet. Außerhalb der Schließposition gibt sie den Fluidfluss durch die Einspritzdüse frei. Ferner ist ein Anschlagelement vorgesehen, das mit axialem Spiel bezogen auf die Achse der Düsennadel in einem Gehäuse angeordnet ist. Eine Düsenfeder stützt sich an einem ersten freien Ende auf einer Abstützstelle des Anschlagelements ab. Das Anschlagelement stützt sich an seiner der Abstützstelle abgewandten Seite axial auf einem Absatz der Düsennadel ab. Das Anschlagelement kommt in der Offenposition der Düsennadel an einem ge- häuseseitigen Anschlag zur Anlage und beeinflusst so einen Hub der Düsennadel. Auf diese Weise kann somit beispielsweise durch geeignetes Paaren von Düsennadeln mit entsprechenden Anschlagelementen ein gewünschter Hub der Düsennadel sehr präzise eingestellt werden. Dies ermöglicht so ein präzises Zumessen von Fluid.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Anschlagelement auf dem Steuerkolben axial geführt. Dies hat den Vorteil, dass das Anschlagelement in Bezug auf das Gehäuse mit ausreichend großen radialem Spiel in einer Ausnehmung des Gehäuses angeordnet sein kann und auf diese Weise kann einfach sichergestellt werden, dass kein Schleifen oder Partikelabrieb stattfindet, der im Extremfall zu einem Verklemmen des Anschlagelements führen könnte.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Absatz der Düsennadel, an sich das Anschlagelement abstützt, deren axiale Endfläche, die der Einspritzdüse abgewandt ist. So ist der Absatz der Düsennadel besonders einfach präzise herstellbar .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Absatz an dem Steuerkolben ausgebildet, der eine Auflagefläche für ein zweites freies Ende der Düsenfeder bildet. Dies hat den Vorteil, dass während des Betriebs der Fluiddosiervor- richtung die Düsenfeder im Wesentlichen nur statisch belastet ist und somit im Wesentlichen keine dynamische Beanspruchung der Düsenfeder auftritt. Dies trägt wesentlich zu einer erhöhten Lebensdauer der Düsenfeder und somit der Fluiddosier- vorrichtung bei.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Steuerkolben über ein Hubeinstellteil mit der Düsennadel gekoppelt. Auf diese Weise kann dann so einfach der Hub des Steuerkolbens geeignet beeinflusst werden, insbesondere durch entsprechendes Paaren der Steuerkolben mit den Hubeinstellteilen. Dies kann dann wiederum im Falle eines Vorhandenseins eines Steuerraums, in den der Steuerkolben ragt, zum Einstellen des Volumens des Steuerraums genutzt werden .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat das Anschlagelement eine axiale Endfläche, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass das Anschlagelement mit der axialen Endfläche an dem gehäuseseitigen Anschlag zur Anlage kommt. Dies ermöglicht eine besonders einfache und präzise Herstellung des Anschlagelements.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die axiale Endfläche des Anschlagelements die Abstütztstelle für das erste axiale Ende der Düsenfeder bildet. So kann die Endfläche des Anschlagelements vorteilhaft eine Doppelfunktion wahrnehmen und zwar zum einen an dem gehäuseseitigen Anschlag zur Anlage gelangen und zum anderen auch das erste axiale Ende der Düsenfeder aufzunehmen. Die Endfläche des Anschlagelements kann so einen Kraftfluss bei druckloser Fluiddosiervor- richtung sicherstellen und so auch sicherstellen, dass die Düsennadel dann in ihrer Schließposition verbleibt und somit insbesondere keine Gase von einem Zylinder der Brennkraftmaschine in die Fluiddosiervorrichtung eintreten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden näher anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen ersten Ausschnitt aus einer Fluiddosiervorrichtung,

Figur 2 einen zweiten Ausschnitt aus einer Fluiddosiervorrichtung,

Figur 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs der Fluiddosiervorrichtung für eine erste Ausführungsform, und Figur 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs der FIu- iddosiervorrichtung für eine zweite Ausführungsform.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Eine Fluiddosiervorrichtung umfasst einen Gehäusekörper 1, einen Steuerventilkörper 3, einen Injektorkörper 5 und einen Düsenkörper 7. Eine Düsenspannmutter 13 ist vorgesehen mittels der ein Zusammenhalt des Düsenkörpers 7, des Injektorkörpers 5, des Steuerventilkörpers 3 und gegebenenfalls des Gehäusekörpers 1 gewährleistet wird. Der Düsenkörper 7 kann beispielsweise auch zweiteilig ausgebildet sein und so beispielsweise ein Düsenkörperteil 9 und einen Nadelführungskörper 11 umfassen. Grundsätzlich bilden der Gehäusekörper 1, der Steuerventilkörper 3, der Injektorkörper 5, der Düsenkörper 7, das Düsenkörperteil 9 und die Düsenspannmutter 13 ein Gehäuse oder auch eine Untermenge dieser das Gehäuse. Das Gehäuse kann auch einstückig oder aus einer beliebig anderen Anzahl an Einzelteilen ausgebildet sein.

Ein Kraftstoffzuführanschluss 17 ist vorgesehen zum Koppeln der Fluiddosiervorrichtung an eine Kraftstoffversorgung, durch die der Fluiddosiervorrichtung bevorzugt Fluid, insbesondere Kraftstoff, unter hohem Druck, wie beispielsweise bis zu 1800 bar oder mehr zugeführt werden kann.

Der Kraftstoffzuführanschluss 17 ist hydraulisch gekoppelt mit einer Zulaufbohrung 19, durch die Fluid unter entsprechend hohem Druck durch das Gehäuse der Fluiddosiervorrichtung geführt ist. Ferner ist in dem Gehäuse eine Ausnehmung 21 zur Aufnahme eines Aktuators 23 vorgesehen. Der Aktuator 23 ist bevorzugt ein Festkörperaktuator und so beispielsweise ein piezoelektrischer Aktuator. Er kann jedoch auch ein anderen für diese Zwecke dem Fachmann als geeigneter Aktuator bekannter Aktuator ausgebildet sein. Ferner ist in dem Steuerventilkörper 3 ein Ventilkolben 25 und ein Ventilpilz 27 angeordnet, deren Stellung durch den Aktuator 23 eingestellt werden kann. Ferner ist eine Ventilfeder 29 vorgesehen, welche den Ventilpilz mit einer Kraft beaufschlagt, durch die er ohne das Einwirken weiterer Kräfte in seine Schließstellung gedrückt wird, in der ein Abfluss von Fluid von einem Steuerraum 33 hin zu einer Ablaufbohrung 35 unterbunden ist. Die Ablaufbohrung 35 ist mit einem Niederdruckkreis hydraulisch gekoppelt und hat somit während des Betriebs der Fluiddosiervorrichtung einen deutlich niedrigeren Fluiddruck als die Zulaufbohrung 19.

Der Steuerraum 33 ist über eine Drossel 31 mit der Zulaufbohrung 19 hydraulisch gekoppelt.

Mittels des Aktuators 23 kann durch entsprechendes Steuern des Ventilpilzes 27 in seine Schließstellung oder eine Offenstellung, in der der Steuerraum 33 mit der Ablaufbohrung 35 kommuniziert, der Druck in dem Steuerraum 33 eingestellt werden .

Ein Steuerkolben 37 ist vorgesehen, der mit einem axialen Endbereich eine Wandung des Steuerraums bildet.

Ferner ist eine Düsennadel 39 vorgesehen, die in einer Schließposition einen Fluidfluss durch eine Einspritzdüse 41 unterbindet und diesen ansonsten freigibt. Die Düsennadel ist bewegbar zwischen der Schließposition und einer Offenposition der axiale Abstand zwischen der Schließposition und der Offenposition bestimmt somit den Hub 58 der Düsennadel 39, wobei dies maßgeblich auf den Endbereich der Düsennadel 39 bezogen ist, der der Einspritzdüse 41 zugewandt ist.

Der Steuerkolben 37 ist zumindest in der Schließposition der Düsennadel 39 kraftschlüssig mit dieser gekoppelt. Bevorzugt ist der Steuerkolben 37 über ein Hubeinstellteil 43 mit der Düsennadel 39 gekoppelt. Mittels des Hubeinstellteils 43 kann so das freie Volumen des Steuerraums 33 geeignet eingestellt werden, wobei dies beispielsweise bezogen auf eine Referenzposition der Düsennadel 39 sein kann, wie beispielsweise der Schließposition der Düsennadel. Auf diese Weise kann das Ansprechverhalten der Fluiddosiervorrichtung auf entsprechende Stellsignale zum Steuern des Aktuators 23 geeignet beein- flusst werden.

Ferner ist eine Düsenfeder 45 vorgesehen über die eine in Richtung der Schließposition der Düsennadel 39 wirkende Kraft auf diese übertragen wird.

Eine Hochdruckkammer 47 ist hydraulisch gekoppelt mit der Zulaufbohrung 19. Die Düsennadel weist im Bereich der Hochdruckkammer 47 einen Hochdruckabsatz auf, über den, hervorgerufen durch den Druck des Fluids eine entgegen der Richtung der Schließposition wirkende Kraft auf die Düsennadel 39 eingekoppelt wird.

Über den Steuerraum 33 wird auf die Düsennadel 39 durch den in dem Steuerraum 33 wirkenden hydraulischen Druck eine dem entgegen wirkende Kraft auf die Düsennadel eingekoppelt. Die Position der Düsennadel ist so gegeben abhängig von der Bilanz, der auf sie einwirkenden Kräfte.

Das Anschlagelement 44 weist eine Abstütztstelle 51 auf, auf der sich ein erstes freies Ende 49 der Düsenfeder 45 abstützt. Bevorzugt weist das Anschlagelement 44 eine axiale Endfläche 67 auf, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass das Anschlagelement 44 mit der axialen Endfläche 67 an einem gehäuseseitigen Anschlag 57 zur Anlage kommt. Grundsätzlich kommt das Anschlagelement 44 in der Offenposition der Düsennadel 39 an dem gehäuseseitigen Anschlag 57 zur Anlage und beeinflusst so den Hub der Düsennadel 39. Insofern ist bevorzugt die axiale Endfläche 67 des Anschlagelements 44 auch die Abstütztstelle 51 des Anschlagelements 44, auf dem sich das erste freie Ende 49 der Düsenfeder 45 abstützt. Dies muss jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein.

Eine Seite 53 des Anschlagelements 44, die der Abstütztstelle 51 abgewandt ist stützt sich axial auf einem Absatz 55 der Düsennadel 39 ab. Durch diese Anordnung wird das Anschlagelement 44 mittels der durch die Düsenfeder 45 eingeleiteten Kraft auf den Absatz 55 der Düsennadel 39 gepresst und auch die Kraft der Düsenfeder 45 auf die Düsennadel 39 übertragen. Bevorzugt ist der Absatz 55 der Düsennadel 39 gebildet durch die axiale Endfläche 59 der Düsennadel 39, die der Einspritzdüse 41 abgewandt ist. Auf diese Weise lässt sich der Absatz 55 der Düsennadel 39 besonders präzise fertigen und zwar auf einfache Art und Weise.

Ferner ist bevorzugt an dem Steuerkolben 37 ein Absatz 61 ausgebildet, der eine Federauflage für ein zweites freies Ende 63 der Düsenfeder 45 bildet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass während des Betriebs der Fluiddosiervorrichtung, das heißt während sie mit Hochdruck beaufschlagten Fluid über die KraftstoffVersorgung versorgt wird, die Düsenfeder 45 im Wesentlichen gleich bleibend auf die gleiche Länge vorgespannt ist und somit lediglich statisch und nicht dynamisch beansprucht ist.

Das Anschlagelement 44 ist in einer Hubkammer 69 des Gehäuses angeordnet und ist in dieser bevorzugt mit ausreichend großem radialen Spiel in Bezug auf die Wandung der Hubkammer 69 angeordnet. Bevorzugt ist das Anschlagelement 4 axial geführt auf dem Steuerkolben 37.

Beim Herstellen der Fluiddosiervorrichtung können das Anschlagelement 44 und die Düsennadel einerseits und das Hubeinstellteil 43 und der Steuerkolben 37 geeignet gepaart werden und so präzise der gewünschte Hub der Düsennadel 39 einerseits und das Steuerraumvolumen des Steuerraums 33 andererseits eingestellt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform (Figur 4) ist das zweite freie Ende 63 der Düsenfeder 45 abgestützt auf eine Anschlagscheibe 71, die sich wiederum auf einem Anschlagscheibenansatz 73 abstützt. Diese Ausführungsform kann besonders dann vorteilhaft einsetzt werden, wenn für die Fluiddosiervorrich- tung ein relativ großzügiger Bauraum in radialer Richtung bezogen auf die Achse der Fluiddosiervorrichtung vorliegt.

Claims

Patentansprüche

1. Fluiddosiervorrichtung mit einem Steuerkolben (37), der mit einem Aktuator (23) gekoppelt ist, einer Düsennadel (39) , die in ihrer Schließposition kraftschlüssig mit dem Steuerkolben (37) gekoppelt ist und in der Schließposition einen Fluidfluss durch einen Einspritzdüse (41) unterbindet und die außerhalb der Schließposition den Fluidfluss durch die Einspritzdüse (41) frei gibt, und mit einem Anschlagelement (44), das mit axialem Spiel bezogen auf die Achse der Düsennadel (39) in einem Gehäuse angeordnet ist, einer Düsenfeder

(45), die sich an einem ersten freien Ende (49) auf einer Abstütztstelle (51) des Anschlagelements (44) abstützt, wobei sich das Anschlagelement (4) an seiner der Abstütztstelle

(51) abgewandten Seite (53) axial auf einem Absatz (55) der Düsennadel (39) abstützt und das Anschlagelement (44) in der Offenposition der Düsennadel (39) an einem gehäuseseitigen Anschlag (57) zur Anlage kommt und so einen Hub der Düsennadel (39) beeinflusst.

2. Fluiddosiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Anschlagelement (44) auf dem Steuerkolben (37) axial geführt ist.

3. Fluiddosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Absatz (55) der Düsennadel (39) , an dem sich das Anschlagelement (44) abstützt, deren axiale Endfläche (59) ist, die der Einspritzdüse (41) abgewandt ist.

4. Fluiddosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der ein Absatz (61) an dem Steuerkolben (37) ausgebildet ist, der eine Auflagefläche für ein zweites freies Ende (63) der Düsenfeder (45) bildet.

5. Fluiddosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Steuerkolben (37) über ein Hubeinstellteil (65) mit der Düsennadel (39) gekoppelt ist.

6. Fluiddosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Anschlagelement (44) eine axiale Endfläche (67) hat, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass das Anschlagelement (44) mit der axialen Endfläche (67) an dem ge- häuseseitigen Anschlag (57) zur Anlage kommt.

7. Fluiddosiervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die axiale Endfläche (67) des Anschlagelements (44) die Abstütztstelle (51) für das erste freie Ende (49) der Düsenfeder (45) bildet.