DE19757659C1

DE19757659C1 - Einspritzventil mit einer Ausgleichsfläche

Info

Publication number: DE19757659C1
Application number: DE19757659A
Authority: DE
Inventors: Johannes Fitzner; Juergen Rink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: US6186474B1; EP0966603B1; DE59810163D1; WO1999034113A1; EP0966603A1

Description

Die Erfindung betrifft Einspritzventil mit einem Aktor und einem Stellglied gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Einspritzventile mit piezoelektrischen Aktoren werden bei spielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt. Der Aktor liegt dabei direkt an einem Stellglied an. Dadurch wird je doch ein Verkanten des Aktors direkt auf das Übertragungsele ment übertragen. Zudem führt eine Unebenheit der ebenen Flä chen des Stellgliedes und des Aktors, die aneinander liegen, zu einer einseitigen Belastung des Aktors und des Stellglie des, wodurch die Übertragung der Auslenkung beeinträchtigt ist und die unebene Stelle im erhöhtem Maße abgenutzt wird.

Aus Martin Rumphorst "Ein neues elektronisches Hochdruck- Einspritzsystem für Dieselmotoren", MTZ Motortechnische Zeit schrift 56 (1993)3, Seiten 142 bis 148 ist ein Einspritzven til bekannt, bei dem der Aktor und das Stellglied über eine gekrümmte Ausgleichsfläche in Wirkverbindung miteinander ste hen, die eine Dejustierung des Aktors oder des Stellgliedes ausgleicht. Da jedoch dieses Einspritzventil eine direkte Kraftübertragung zwischen Aktor und Stellglied aufweist, ist eine Vergrößerung der Auslenkung der Düsennadel gegenüber der geringen Auslenkung des piezoelektrischen Aktors nicht mög lich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine größere Auslenkung am Stellglied und eine verbesserte Kraftübertragung zwischen Ak tor und Stellglied zu erreichen, wobei auch Dejustierungen, Toleranzen oder Unebenheiten bei Aktor und Stellglied ausge glichen werden sollen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patent anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, daß zwischen dem Aktor und dem Stellglied ein Ausgleichselement vorgesehen ist, das in dem Bereich, in dem der Aktor am Ausgleichsele ment anliegt, eine positive Krümmung aufweist, die zum Aktor hin gekrümmt ist. Durch die positive Krümmung des Ausgleich selementes wird erreicht, daß auch bei einem gegenüber der vorgegebenen Position versetzten und/oder geneigten Aktor der vorgegebene Anlagepunkt beibehalten wird. Damit wird auch bei einem dejustierten Aktor die optimale Übertragungsrich tung beibehalten. Ein erhöhter Verschleiß wird zudem vermie den.

Weiterhin ist vorgesehen, daß zwischen dem Ausgleichselement und dem Stellglied ein Übertragungselement angeordnet ist. Durch das Übertragungselement wird die Auslenkung des Aktors vergrößert. Bei der Verwendung mehrerer Übertragungselemente werden unterschiedliche Bauhöhen der Übertragungselemente in vorteilhafter Weise durch das Ausgleichselement ausgeglichen. Damit wird trotz unterschiedlicher Bauhöhe der Übertragungs elemente ein verschleißarmer Betrieb ermöglicht, da beide Übertragungselemente mit gleich großer Kraft belastet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er läutert; Es zeigen

Fig. 1: einen Teil eines Einspritzventiles,

Fig. 2: ein Einspritzventil mit einem Übertragungselement,

Fig. 3: ein Einspritzventil mit unterschiedlich hohen Über tragungselementen,

Fig. 4: eine Führungsscheibe mit Übertragungselementen,

Fig. 5: ein Einspritzventil ohne Übertragungselementen,

Fig. 6: ein Ausgleichselement, dessen Krümmungsfläche dem Stellglied zugeordnet ist,

Fig. 7: ein Ausgleichselement mit zwei Krümmungsflächen,

Fig. 8: ein Ausgleichselement, das als Teilkugel ausgebildet ist, und

Fig. 9: einen Aktor und ein Stellglied mit aneinanderliegen den gekrümmten Flächen.

Die Erfindung ist für alle Vorrichtungen einsetzbar, bei de nen eine Auslenkung oder eine Kraft zwischen einem Aktor und einem Übertragungselement oder einem Stellglied übertragen wird. Im folgenden werden anhand eines Einspritzventils die wesentlichen Merkmale der Erfindung erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines Einspritzventiles mit einem piezoelektrischen Aktor 1, der in einem Führungs ring 9 geführt ist und mit einer Druckplatte 2 fest verbunden ist, die an der Oberseite eines Ausgleichselementes 3 an liegt. Das Ausgleichselement 3 liegt mit seiner Unterseite 20 an zwei Übertragungselementen 4, 24 an. Die Übertragungsele mente 4, 24 weisen im Längsschnitt im wesentlichen eine Drei ecksform auf, die an den Ecken abgerundet ist. Die Dreiecks form wird durch eine umlaufende Seitenfläche begrenzt, die die Breite der Übertragungselemente 4, 24 festlegt. Die umlau fende Seitenfläche ist insbesondere in den Bereichen, in de nen die Seitenfläche am Ausgleichselement 3 oder am Stell glied 5 anliegt, in der Umlaufrichtung abgerundet. Durch die abgerundete Form wird der Reibungswiderstand zwischen dem Übertragungselement 4, 24 und dem Ausgleichselement 3 redu ziert und der Verschleiß beim Bewegen der Übertragungselemen te gering gehalten. Anstelle der zwei Übertragungselemente können auch weniger oder mehr Übertragungselemente angeordnet sein.

Jedes Übertragungselement 4, 24 liegt mit einem ersten Aufla gepunkt P1 auf einer Auflagefläche 21 des Gehäuses 6 auf und mit einem zweiten Auflagepunkt P2 auf einem Stellglied 5 auf, das in einer Bohrung 13 des Gehäuses 6 beweglich geführt ist. Mit einem dritten Auflagepunkt P3 liegt jedes Übertragungse lement 4, 24 an der Unterseite 20 des Ausgleichselementes 3 an. Das Stellglied 5 ist beispielsweise direkt mit einer Ein spritznadel des Einspritzventils oder mit einem Schließglied eines Servoventils verbunden. Zwischen dem ersten und dem zweiten Auflagepunkt P1, P2 weist das Übertragungselement 4, 24 eine gekrümmte Ausnehmung auf, die dafür sorgt, daß beim Be wegen des Übertragungselementes 4, 24 das Übertragungselement 4, 24 nur mit dem ersten Auflagepunkt P1 auf der Auflagefläche 21 aufliegt und die Bewegung des Übertragungselementes 4, 24 nicht behindert wird.

Anstelle der dargestellten Übertragungselemente können auch andere Formen, insbesondere Hebel, verwendet werden, mit de nen die Auslenkung des Aktors in eine größere Auslenkung des Stellgliedes umgesetzt wird.

Der piezoelektrische Aktor 1 steht über Steuerleitungen 14 mit einem Steuergerät 15 in Verbindung und stützt sich mit seiner Abschlußseite gegen eine Endplatte 16 im Führungsring 9 ab. Eine Hohlschraube 8 stellt über den Führungsring 9 ei nen funktionsbedingten Abstand zwischen der Druckplatte 2 und dem Ausgleichselement 3 ein. Zwischen dem Führungsring 9 und der Auflagefläche 21 ist eine Federführungsscheibe 10 vorge sehen, die auf dem Auflagering 11 aufliegt und auf der Höhe des Ausgleichselement 3 angeordnet ist, wobei das Ausgleich selement 3 in der mittigen Ausnehmung der Federführungsschei be 10 angeordnet ist.

Zwischen dem Auflagering 11 und der Druckplatte 2 sind Fede relemente 7 angeordnet, die das Ausgleichselement 3 umgeben und in der Ausnehmung der Federführungsscheibe 10 eingebracht sind. Die Federelemente 7 spannen den piezoelektrischen Aktor 1 gegen die Endplatte 16 vor. Die Federelemente 7 sind als Plattenfedern ausgebildet, die eine mittige Ausnehmung auf weisen, in der das Ausgleichselement 3 angeordnet ist.

Das Ausgleichselement 3 weist die Form eines Zylinders auf der an seiner Oberseite 17 eine konkave Krümmung aufweist, die vorzugsweise als Teilkugelform ausgebildet ist. Für die Funktion der Krümmung ist es ausreichend, wenn mindestens der Bereich der Oberseite 17 eine positive Krümmung zur Druck platte 2 hin aufweist, an dem die Druckplatte 2 am Ausgleich selement 3 anliegt. Der Punkt, an dem die Druckplatte 2 an der Oberseite 17 anliegt, ist als Anlagepunkt A bezeichnet, der in der Mittensymmetrieachse M des Einspritzventiles und mittig im Querschnitt des Ausgleichselementes 3 angeordnet ist. Die Unterseite 20 des Ausgleichselementes 3 stellt eine ebene Fläche dar, an der das erste und das zweite Übertra gungselement 4,24 jeweils an dem dritten Auflagepunkt P3 an liegen. Die seitlichen Abstände D1, D2 zwischen den dritten Auflagepunkten P3 des ersten und des zweiten Übertragungsele mentes 4,24 und der Mittensymmetrieachse M sind gleich groß: D1 = D2.

Das Ausgleichselement 3 wird in der axialen Bewegungsrichtung des Aktors 3 durch den Auflagering 11 und durch eine Füh rungsscheibe 12 geführt, die zwischen dem Auflagering 11 und der Auflagefläche 21 angeordnet ist und das Ausgleichselement 3 mindestens teilweise umfaßt.

Die Funktionsweise des Einspritzventiles der Fig. 1 wird im folgenden beschrieben: Das Steuergerät 15 gibt ein Steuersi gnal an den piezoelektrischen Aktor 1, der sich daraufhin ge gen die Federkraft der Federelemente 7 ausdehnt und dabei das Ausgleichselement 3 gegen die Übertragungselemente 4 drückt. Die Übertragungselemente 4 liegen jeweils mit einem ersten Auflagepunkt P1 auf dem Gehäuse 6 und mit einem zweiten Auf lagepunkt P2 auf dem Stellglied 5 auf. Durch den Druck in Richtung auf das Stellglied 5 wirken das erste und das zweite Übertragungselement 4, 24 als Hebel, die sich auf den ersten Auflagepunkten P1 abstützen und das Stellglied 5 über die zweiten Auflagepunkte P2 nach unten drücken. Dabei öffnet das Stellglied 5 beispielsweise ein Servoventil oder bewegt eine Einspritznadel.

Ist nun der piezoelektrische Aktor 1 und die Druckplatte 2 dejustiert, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, so verschiebt sich wegen der gekrümmten Oberfläche der Oberseite 17 des Ausgleichselementes 3 der Anlagepunkt A nicht, oder bei großer Dejustierung nur geringfügig, aus der vorgegebenen Position, die in der Mittensymmetrieachse M liegt. Dadurch wird auch bei einem geneigten oder verkanteten piezoelektri schen Aktor 1 die Kraft weiterhin in der Mittensyinmetrieachse M übertragen. Somit wird durch das Ausgleichselement 3 eine Dejustierung des Aktors 1 ausgeglichen.

Das erfindungsgemäße Ausgleichselement 3 bietet zudem den Vorteil, daß bei einem ersten und einem zweiten Übertragung selement 4, 24, die eine unterschiedliche Bauhöhe aufweisen, ein verschleißarmer Betrieb möglich ist. Bei unterschiedlich hohen Übertragungselementen 4, 24 kippt das Ausgleichselement 3 aus der waagerechten Position, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Aufgrund der gekrümmten Oberfläche der Oberseite 17 wird auch bei einem gekippten Ausgleichselement 3 der Anlagepunkt A, an dem der piezoelektrische Aktor 1 oder die Druckplatte 2 am Ausgleichselement 3 anliegen, nicht aus der Mittensymme trieachse M verschoben. Dadurch wird die Kraft, die vom pie zoelektrischen Aktor 1 auf das Ausgleichselement 3 übertragen wird, weiterhin gleichmäßig auf das erste und das zweite Übertragungselement 4, 24 übertragen, da das erste und das zweite Übertragungselement 4, 24 den gleichen Abstand (D1 = D2) zur Mittensymmetrieachse M aufweisen.

Das Ausgleichselement 3 ermöglicht somit einen automatischen Abstandsausgleich bei unterschiedlich hohen Übertragungsele menten 4, 24. Damit das gekippte Ausgleichselement 3 nicht seitlich verschoben wird, wird es vom Auflagering 11 und vor zugsweise von der Führungsscheibe 12 in der Bewegungsrichtung des Aktors 1 geführt.

Das erste und das zweite Übertragungselement 4, 24 werden in ihren Positionen durch die Führungsscheibe 12 festgelegt. Die Führungsscheibe 12 weist dazu, wie in Fig. 4 dargestellt ist, eine Führungsausnehmung 18 auf. Die Führungsausnehmung 18 justiert das erste und das zweite Übertragungselement 4, 24 symmetrisch zur Mittensymmetrieachse M und legt das erste und das zweite Übertragungselement 4, 24 in der Ebene der Füh rungsscheibe 12 fest. Die Führungsausnehmung 18 weist im we sentlichen die Form eines Rechteckes auf, das mittig in eine Kreisform übergeht. Durch die Kreisform ist gewährleistet, daß sowohl die Bewegung des Stellgliedes 5, als auch die Be wegung des Ausgleichselementes 3 durch die Führungsscheibe 12 nicht behindert werden. Zudem dient die Kreisform zur Aufnah me des Ausgleichselementes 3, das auch von der Führungsschei be 3 geführt wird.

Die Führungsscheibe 12 weist bei nur einem Übertragungsele ment 4, wie in Fig. 2 dargestellt ist, vorzugsweise nur eine rechteckförmige Ausnehmung auf, in der das Übertragungsele ment 4 geführt ist. Damit jedoch bei dieser Anordnung die Be wegung des Ausgleichselementes 3 oder des Stellgliedes 5 nicht behindert wird, ist die Bauhöhe des Übertragungselemen tes 4 größer als die Bauhöhe der Führungsscheibe 12, so daß das Übertragungselement 4 oberhalb und unterhalb der Füh rungsscheibe 12 so weit übersteht, daß ausreichend Spiel für eine Bewegung des Ausgleichselementes 3 und des Stellgliedes 5 vorhanden ist. Alternativ kann auch in die Führungsscheibe 12 eine mittige Bohrung eingebracht sein, die an den Quer schnitt des Ausgleichselementes 3 angepaßt ist und das Aus gleichselement 3 mindestens teilweise aufnimmt und das Aus gleichselement 3 in der Bewegungsrichtung des Aktars 1 führt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Einspritzven tils, bei dem das Ausgleichselement 3 direkt am Stellglied 5 anliegt und keine Übertragungselemente 4,24 vorgesehen sind.

Fig. 6 zeigt ein Ausgleichselement 3, das eine gekrümmte Un terseite aufweist, die am Stellglied 5 anliegt. Das Stell glied 5 weist eine ebene Endfläche auf, die am Ausgleichsele ment 3 anliegt.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Ausgleichsele mentes 3, das eine gekrümmte Oberseite und eine gekrümmte Un terseite aufweist, wobei die Krümmung der Oberseite dem Aktor 1 und die Krümmung der Unterseite dem Stellglied 5 zugeordnet ist, und der Aktor 1 bzw. das Stellglied 5 an der gekrümmten Oberseite bzw. an der gekrümmten Unterseite anliegt. Die An lagepunkte, an denen der Aktor und das Stellglied am Aus gleichselement 3 anliegen, sind in der Mittensymmetrieachse M angeordnet. Das Ausgleichselement 3 wird in dieser Ausfüh rungsform von einem höheren Auflagering 11 in der Bewegungs richtung des Aktors 3 geführt. Mit diesem zweiseitig gekrümm ten Ausgleichselement 3 werden Dejustierungen des Aktors und des Stellgliedes ausgeglichen. Der Aktor 1 liegt mit einer ebenen Endfläche am Ausgleichselement 3 an.

Fig. 8 zeigt eine weitere besondere Ausführung des Aus gleichselementes 3, das in diesem Beispiel in der Form einer Teilkugel, vorzugsweise in der Form einer Halbkugel ausgebil det ist. Dadurch ist die Herstellung des Ausgleichselementes 3 einfach herstellbar.

Die wesentliche Idee der Erfindung beruht darin, durch die Anordnung wenigstens einer gekrümmten Fläche zwischen dem Ak tor und dem Stellglied ein Dejustierung des Aktors und/oder des Stellgliedes auszugleichen. Selbstverständlich kann die gekrümmte Fläche auch direkt am Ende des Aktors 1, beispiels weise an der Druckplatte 2 oder am Ende des Stellgliedes 5 ausgebildet sein. Eine entsprechende Ausführung ist in Fig. 9 dargestellt.

Die Verwendung eines separaten Ausgleichselementes 3 bietet zudem den Vorteil, daß die gekrümmten Flächen am Ausgleichse lement 3 einfacher als am Aktor 1, der Druckplatte 2 oder am Stellglied 5 hergestellt werden können. Eine weitere Verbes serung des Ausgleichs wird dadurch erreicht, daß in der An ordnung der Fig. 9 zwischen der oder den gekrümmten Flächen des Aktors 1 und/oder des Stellgliedes 5 ein Ausgleichsele ment 3 mit ein oder zwei gekrümmten Flächen entsprechend den Fig. 1, 6, 7 angeordnet wird.

Claims

1. Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine mit einem Ge häuse (6),
in dem ein Aktor (1) vorgesehen ist, der in einer Bewe gungsrichtung geführt ist, und
in dem ein Stellglied (5) vorgesehen ist, das in einer Be wegungsrichtung geführt ist, wobei
ein Ausgleichselement (3) zwischen dem Stellglied (5) und dem Aktor (1) beweglich im Gehäuse (6) angeordnet ist, der Aktor (1) und das Stellglied (5) am Ausgleichselement (3) anliegen,
das Ausgleichselement (3) mindestens in dem Bereich, in dem der Aktor (1) und/oder das Stellglied (5) am Ausgleichsele ment (3) anliegen, eine zum Aktor (1) bzw. zum Stellglied (5) geneigte Krümmung aufweist, so daß der Anlagepunkt des Aktors (1) bzw. des Stellgliedes (5) genau festgelegt ist und bei einem Verkippen des Aktors (1) bzw. des Stellglie des (5) sich kaum verschiebt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Übertragungselement (4, 24) vorgesehen ist, das zwi schen dem Ausgleichselement (3) und dem Stellglied (5) ange ordnet ist,
daß das Übertragungselement (4, 24) an einem ersten Auflage punkt (P1) auf dem Gehäuse (6) des Einspritzventils anliegt,
daß das Übertragungselement (4, 24) an einem zweiten Auflag punkt (P2) am Stellglied (5) anliegt,
daß das Übertragungselement (4, 24) an einem dritten Auflage punkt (P3) am Ausgleichselement (3) anliegt, das in diesem Bereich eine nahezu ebene Fläche aufweist, wobei die gekrümm te Fläche des Ausgleichselementes (3) dem Aktor (1) zugeord net ist.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zweites Übertragungselement (24) zwischen dem Aus gleichselement (3) und dem Stellglied (5) angeordnet ist,
daß das zweite Übertragungselement (24) in der Form im we sentlichen identisch zum ersten Übertragungselement (4) aus gebildet ist und in bezug auf eine Mittensymmetrieachse (M) des Einspritzventils symmetrisch zum ersten Übertragungsele ment (4) angeordnet ist,
wobei vorzugsweise der zweite Auflagepunkt (P2) des zweiten Übertragungselementes (24) den gleichen Abstand zur Mitten symmetrieachse (M) aufweist, wie der zweite Auflagepunkt (P2) des ersten Übertragungselementes (4)

3. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (3) in der Bewegungsrichtung des Aktors (1) vom Gehäuse (6) seitlich geführt ist.

4. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (3) als Teilkugel ausgebildet ist.

5. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Auflagepunkt (P1, P2) auf annä hernd einer Ebene angeordnet sind, und daß der dritte Aufla gepunkt (P3) in der Ebene des ersten und des zweiten Auflage punktes (P1, P2) betrachtet, zwischen dem ersten und dem zwei ten Auflagepunkt (P1, P2) liegt.

6. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (3) im Gehäuse (6) in der Bewe gungsrichtung des Aktors (1) geführt ist, daß das Ausgleich selement (3) zylinderförmig ausgebildet ist, daß die Obersei te (17) des Ausgleichselementes (3) als Teilkugelfläche aus gebildet ist, und daß die Unterseite des Ausgleichselementes im wesentlichen als ebene Fläche ausgebildet ist, und daß der Aktor (1) an der Teilkugelfläche mit einer im wesentlichen ebenen Fläche (2) anliegt, und daß das Stellglied (5) an der ebenen Unterseite des Ausgleichselementes (3) anliegt.

7. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (1) eine zum Stellglied (5) gekrümmte Fläche aufweist, oder daß das Stellglied (5) eine zum Aktor (1) ge krümmte Fläche aufweist.

8. Einspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ausgleichselement (3) vorgesehen ist, das zwischen dem Stellglied (5) und dem Aktor (1) beweglich im Gehäuse (6) angeordnet ist,
daß der Aktor (1) und das Stellglied (5) am Ausgleichselement (3) anliegen,
daß das Ausgleichselement (3) mindestens in dem Bereich, in dem der Aktor (1) oder das Stellglied (5) am Ausgleichsele ment (3) anliegen, eine zum Aktor (1) bzw. zum Stellglied (5) geneigte Krümmung aufweist, so daß der Anlagepunkt des Ak tors (1) bzw. des Stellgliedes (5) genau festgelegt ist und bei einem Verkippen des Aktors (1) bzw. des Stellgliedes (5) sich kaum verschiebt.