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Die
Erfindung betrifft eine Hubvorrichtung, die einen Körper, ein
Schaltventil und einen Steuerkolben umfasst. Ferner betrifft die
Erfindung ein Einspritzventil mit einer solchen Hubvorrichtung.
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An
Brennkraftmaschinen, insbesondere für einen Einsatz in Kraftfahrzeugen,
werden hohe Anforderungen bezüglich
des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen gestellt.
Einspritzventile, die Kraftstoff in die Verbrennungsräume der
Brennkraftmaschine einspritzen, müssen deshalb mit hoher Präzision hergestellt
werden, um diese Anforderungen erfüllen zu können. Die Schaltzeiten der
Einspritzventile und die eingespritzten Kraftstoffmengen müssen dazu
präzise
abgestimmt sein. Insbesondere in Einspritzventilen zur Dieseleinspritzung,
die bei einem Kraftstoffdruck von mehr als 1500 bar betrieben werden,
können
die Schaltzeiten und die eingespritzten Kraftstoffmengen abhängig sein
von der Präzision
von Drosseln, die in einem hydraulischen Kreis in dem Einspritzventil
angeordnet sind.
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In
der
DE 101 90 272
B4 ist ein Injektor mit einer Steuerkammer mit einer schwimmenden
Buchse offenbart, der einen Injektorkörper mit einem Injektorhohlraum
und einer Injektoröffnung
aufweist. Ein Düsenventilelement
ist in einem Ende des Injektorhohlraums angeordnet und kann zwischen
einer offenen Stellung, in der Kraftstoff durch die Injektoröffnung in
den Verbrennungsraum fließen
kann, und einer geschlossenen Stellung, in der der Kraftstofffluss durch
die Injektoröffnung
blockiert ist, bewegt werden. An dem Düsenventilelement ist ein Steuerkolben
angeordnet. Ferner weist der Injektor eine schwimmende Buchse auf,
die an oder auf dem Steuerkolben angeordnet ist und die eine äußere Oberfläche aufweist,
die mit einem radialen Zwischenraum zu dem Injektorkörper angeordnet
ist, um eine seitliche Bewegung der schwimmenden Buchse relativ
zu dem Injektorkörper
zu ermöglichen.
Die schwimmende Buchse begrenzt oder definiert zumindest teilweise
eine Steuerkammer. Die schwimmende Buchse weist eine Bohrung zur
Aufnahme des Steuerkolbens und ein offenes entferntes Ende und eine
das offene entfernte Ende abdichtende Oberfläche auf, die in ständiger abdichtender
Anlage an dem Injektorkörper angeordnet
ist, um einen Kraftstofffluss aus der Steuerkammer zu verhindern.
Ferner weist der Injektor einen Ableitungskreis auf, um Kraftstoff
aus der Steuerkammer zu einer Niederdruckableitung abzuleiten und
ein Einspritzsteuerventil, das entlang des Ableitungskreises angeordnet
ist, um den Kraftstofffluss von der Steuerkammer zu steuern. Der
Injektor umfasst ferner einen Zufuhrkreis, um die Steuerkammer mit
unter Druck stehendem Kraftstoff zu versorgen. Der Zufuhrkreis weist
einen Zufuhrdurchlass auf, der in der schwimmenden Buchse, insbesondere
in einem Buchsensitzbereich, ausgebildet ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, eine Hubvorrichtung zu schaffen, die
einfach und preisgünstig herstellbar
ist. Ferner ist die Aufgabe der Erfindung, ein Einspritzventil zu
schaffen, das einfach, preisgünstig
und zuverlässig
ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Hubvorrichtung,
die einen Körper
mit einer Ausnehmung, einem Fluidzulauf und einem Fluidablauf, ein
Schaltventil und einen Steuerkolben umfasst. Das Schaltventil entkoppelt
in einer Schließstellung
einen Steuerraum, der in der Ausnehmung des Körpers ausgebildet ist, hydraulisch
von dem Fluidablauf und koppelt diesen andernfalls hydraulisch.
Der Steuerkolben ist in der Ausnehmung des Körpers axial bewegbar angeordnet
und hat an einem ersten axialen Ende eine Endfläche, die eine Wandung des Steuerraums
bildet. In dem Steuerkolben ist eine Zulaufdrossel ausgebildet,
die den Steuerraum mit dem Fluidzulauf hydraulisch koppelt.
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Die
Zulaufdrossel in dem Steuerkolben auszubilden hat den Vorteil, dass
der Steuerkolben einfacher und preisgünstiger bearbeitbar ist als
beispielsweise der Körper.
In dem Steuerkolben ist der Bereich, in dem die Zulaufdrossel ausgebildet
werden soll, einfacher zugänglich
und die Zulaufdrossel kann deshalb einfacher und präziser hergestellt
werden. Ferner ist der Steuerkolben preisgünstiger als beispielsweise
der Körper,
so dass Ausschuss, der durch eine Fehljustierung der Zulaufdrossel
entsteht, preisgünstiger
ist. Der Steuerkolben und der Körper sind
vorzugsweise so ausgebildet, dass entlang des Steuerkolbens nahezu
kein Kraftstoff fließen
kann. Der Steuerkolben und der Körper
sind deshalb vorzugsweise speziell aufeinander abgestimmt, so dass eine
Passung sehr präzise
ist. Weitergehende Maßnahmen
zur Abdichtung des Steuerraums gegenüber dem Fluidzulauf und gegenüber dem
Fluidablauf sind dann nicht erforderlich. Dadurch können Bauelemente
eingespart werden und die Hubvorrichtung kann preisgünstiger
hergestellt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Hubvorrichtung ist in dem
Steuerkolben eine erste Ausnehmung ausgebildet, die in den Steuerraum
mündet,
und ist in der Mantelfläche
des Steuerkolbens eine zweite Ausnehmung ausgebildet, die in die
erste Ausnehmung mündet
und in der die Zulaufdrossel ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil,
dass eine solche Zulaufdrossel sehr einfach, präzise und preisgünstig herstellbar
ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Hubvorrichtung ist
in dem Steuerkolben eine erste Ausnehmung ausgebildet und in der
Mantelfläche des
Steuerkolbens eine zweite Ausnehmung ausgebildet. Die erste Ausnehmung
mündet
in den Steuerraum und in die zweite Ausnehmung und die Zulaufdrossel
ist in der ersten Ausnehmung ausgebildet. Dies hat den Vorteil,
dass eine solche Zulaufdrossel sehr einfach, präzise und preisgünstig herstellbar
ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Hubvorrichtung umfasst
die zweite Ausnehmung eine Nut, die in einem Bereich der Mantelfläche des Steuerkolbens
ausgebildet ist. Der Vorteil ist, dass das Fluid in die zweite Ausnehmung
gelangen kann, unabhängig
von deren rotatorischer Position in Bezug auf den Fluidzulauf. Auch
bei einem Verdrehen des Steuerkolbens kann so sichergestellt werden, dass
das Fluid von dem Fluidzulauf durch die Zulaufdrossel in die Steuerkammer
fließen
kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Hubvorrichtung ist
in dem Körper
eine Ablaufdrossel ausgebildet, die hydraulisch zwischen dem Steuerraum
und dem Fluidablauf angeordnet ist. In diesem Fall sind keine zusätzlichen
Bauelemente erforderlich, um die Ablaufdrossel in der Hubvorrichtung
anordnen zu können.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Hubvorrichtung ist
in einer Buchse eine Ablaufdrossel ausgebildet, die hydraulisch
zwischen dem Steuerraum und dem Fluidablauf angeordnet ist. Dies
hat den Vorteil, dass die Buchse und die Ablaufdrossel in der Buchse
sehr einfach, preisgünstig
und präzise
herstellbar sind. Die Buchse kann sehr einfach aufgebaut sein und
erfordert nur einen geringen Aufwand zum Abdichten des Steuerraums
gegenüber
dem Fluidablauf.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil,
das die Hubvorrichtung und eine Düsennadel umfasst. Die Düsennadel
ist durch den Steuerkolben gebildet oder ist mit dem Steuerkolben
gekoppelt. In einer Schließposition
unterbindet die Düsennadel
einen Fluidfluss durch ein Einspritzloch und gibt diesen ansonsten frei.
Ein solches Einspritzventil hat den Vorteil, dass es einfach und
preisgünstig
hergestellt werden kann und dass der Fluidfluss durch das Einspritzloch
präzise
und zuverlässig
erfolgen kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Einspritzventil,
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2 ein
weiteres Einspritzventil,
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3 eine
Hubvorrichtung,
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4 eine
weitere Hubvorrichtung.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
ein Einspritzventil mit einer Hubvorrichtung, die einen Körper in
Form eines Injektorkörpers 1 aufweist.
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Das
Einspritzventil umfasst ferner eine Anschlagscheibe 2 und
einen Düsenkörper 3.
Der Injektorkörper 1 kann
auch die Anschlagscheibe 2 und/oder den Düsenkörper 3 umfassen.
Ebenso kann der Injektorkörper 1 weitere
Körper
oder Bauelemente umfassen. In dem Düsenkörper 3 ist eine Düsennadel 4 axial
bewegbar angeordnet. In dem Düsenkörper 3 sind
ferner Einspritzlöcher 5 ausgebildet.
Der Injektorkörper 1 umfasst
einen Fluidzulauf 6, über
den dem Einspritzventil unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt werden
kann, und einen Fluidablauf 7, über den Kraftstoff aus dem
Einspritzventil in einen nicht dargestellten Niederdruckkreis abgeführt werden
kann. Die Düsennadel 4 verschließt in einer
Schließposition
die Einspritzlöcher 5 und
lässt ansonsten
einen Kraftstofffluss durch die Einspritzlöcher 5 zu.
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Die
Hubvorrichtung umfasst ferner einen Steuerkolben 8, der
axial bewegbar in dem Injektorkörper 1 angeordnet
ist und der mit der Düsennadel 4 gekoppelt
ist. In dem Injektorkörper 1 ist
ein Steuerraum 9 ausgebildet. Der Steuerkolben 8 hat
an einem axialen Ende eine Endfläche,
die eine Wandung des Steuerraums 9 bildet. In dem Steuerkolben 8 ist eine
Zulaufdrossel 10 so ausgebildet, dass Kraftstoff von dem
Fluidzulauf 6 in den Steuerraum 9 fließen kann.
Eine Passung zwischen dem Steuerkolben 8 und dem Injektorkörper 1 ist
vorzugsweise sehr präzise
ausgebildet, so dass eine Leckage durch einen Spalt zwischen dem
Steuerkolben 8 und dem Injektorkörper 1 klein ist gegenüber dem
Kraftstofffluss durch die Zulaufdrossel 10.
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In
dem Injektorkörper 1 ist
eine Ablaufdrossel 11 so ausgebildet, dass Kraftstoff aus
dem Steuerraum 9 zu dem Fluidablauf 7 fließen kann.
Die Hubvorrichtung weist ein Schaltventil 12 auf, das hydraulisch
zwischen der Ablaufdrossel 11 und dem Fluidablauf 7 angeordnet
ist. Das Schaltventil 12 um fasst einen Ventilkolben 13,
der in einer Schließstellung den
Kraftstofffluss aus dem Steuerraum 9 zu dem Fluidablauf 7 unterbindet
und diesen andernfalls freigibt. Mit dem Ventilkolben 13 ist
ein Piezoaktor 14 gekoppelt. Die axiale Ausdehnung des
Piezoaktors 14 ist abhängig
von einem Stellsignal veränderbar
und der Ventilkolben 13 kann entsprechend in axialer Richtung
in die Schließstellung
oder in eine Offenstellung bewegt werden. Alternativ zu dem Piezoaktor 14 kann
auch beispielsweise ein elektromagnetischer Aktor vorgesehen sein.
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2 zeigt
ein weiteres Einspritzventil, das sich von dem in 1 dargestellten
Einspritzventil dadurch unterscheidet, dass eine Buchse 15 vorgesehen
ist, in der die Ablaufdrossel 11 ausgebildet ist. Die Buchse 15 ist
einfach und preisgünstig
herstellbar und die Ablaufdrossel 11 ist einfach zugänglich und
kann deshalb sehr präzise
hergestellt werden.
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3 zeigt
einen Ausschnitt aus 2 in vergrößerter Darstellung. In dem
Steuerkolben 8 ist eine erste Ausnehmung 16 und
eine zweite Ausnehmung 17 ausgebildet. Die zweite Ausnehmung 17 umfasst
eine Nut 18, die in einem Bereich der Mantelfläche des
Steuerkolbens 8 ausgebildet ist. Die erste Ausnehmung 16 mündet in
den Steuerraum 9. In der zweiten Ausnehmung 17 ist
die Zulaufdrossel 10 ausgebildet und die zweite Ausnehmung 17 mündet in
die erste Ausnehmung 16.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform,
bei der die Zulaufdrossel 10 in der ersten Ausnehmung 16 ausgebildet
ist. Die erste Ausnehmung 16 mündet in die zweite Ausnehmung 17.
Die zweite Ausnehmung 17 ist als eine durchgehende Bohrung durch
den Steuerkolben 8 ausgebildet. Die zweite Ausnehmung 17 kann
beispielsweise ebenso auch als eine blinde Bohrung ausgeführt sein,
die den Steuerkolben 8 nicht vollständig durchdringt.
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Die
Nut 18 ermöglicht
den Kraftstofffluss von dem Fluidzulauf 6 durch die zweite
Ausnehmung 17, die Zulaufdrossel 10 und die erste
Ausnehmung 16 in den Steuerraum 9 unabhängig von
einer rotatorischen Position des Steuerkolbens 8 in dem
Injektorkörper 1.
Die zweite Ausnehmung 17 ist vorzugsweise so angeordnet
und ausgebildet, dass der Kraftstofffluss von dem Fluidzulauf 6 durch
die Zulaufdrossel 10 in den Steuerraum 9 unabhängig von
einer axialen Hubposition des Steuerkolbens 8 in dem Injektorkörper 1 möglich ist.
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Auf
die Nut 18 kann verzichtet werden, wenn sichergestellt
ist, dass der Steuerkolben 8 und der Injektorkörper 1 so
zueinander angeordnet sind, dass der Fluidzulauf 6 und
die zweite Ausnehmung 17 hydraulisch miteinander gekoppelt
sind. Ebenso kann beispielsweise eine Nut in dem Injektorkörper 1 ausgebildet
sein, um diese Kopplung sicherzustellen.
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Die
Wandung des Steuerraums 9 kann, wie beispielsweise in 1 dargestellt
ist, aus dem Injektorkörper 1 und
der Endfläche
des axialen Endes des Steuerkolbens 8 gebildet sein. Ebenso
kann die Buchse 15 eine Wandung des Steuerraums 9 bilden, wie
beispielsweise in den 2 bis 4 dargestellt ist.
Ferner kann die Wandung des Steuerraums 9 durch andere
Bauelemente gebildet sein, wie beispielsweise eine Hülse, die
in den Injektorkörper 1 eingebracht
ist. Der Steuerkolben 8 kann beispielsweise auch in einer
Führungshülse geführt sein,
die z.B. zwischen dem Injektorkörper 1 und
dem Steuerkolben 8 angeordnet ist. Gegebenenfalls ist die
Führungshülse entsprechend
der Passung zwischen dem Steuerkolben 8 und dem Injektorkörper 1 und bezüglich einer
gegenseitigen Abdichtung der Druckräume, die den Fluidzulauf 6,
den Fluidablauf 7 und den Steuerraum umfassen, geeignet
auszubilden.
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Die
in den Ausführungsbeispielen
dargestellten Merkmale, insbesondere bezüglich der Anordnung der Zulaufdrossel 10 entweder
in der ersten oder in der zweiten Ausnehmung 16, 17,
der Nut 18 und der Anordnung der Ablaufdrossel 11 entweder
in dem Injektorkörper 1 oder
in der Buchse 15 oder in einem anderen geeigneten Bauelement,
können
den jeweiligen Anforderungen entsprechend kombiniert werden.
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Die
Hubvorrichtung kann nicht nur in Einspritzventilen für Brennkraftmaschinen
eingesetzt werden, sondern beispielsweise auch in anderen hydraulischen
Ventilen oder in anderen Vorrichtungen, in denen ein Hub zuverlässig übertragen
werden soll.