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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
Fluiddosiervorrichtungen 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.
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Aus
der
EP 0 690 223 B1 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.
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Aus
der
DE 195 47 423
A1 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.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fluiddosiervorrichtung zu schaffen,
die einfach ist und einen präzisen
Betrieb ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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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 gehäuseseitigen
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.
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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.
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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.
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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 Fluiddosiervorrichtung
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 Fluiddosiervorrichtung bei.
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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.
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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.
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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 Fluiddosiervorrichtung
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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden näher anhand der schematischen
Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
ersten Ausschnitt aus einer Fluiddosiervorrichtung,
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2 einen
zweiten Ausschnitt aus einer Fluiddosiervorrichtung,
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3 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teilbereichs der Fluiddosiervorrichtung für eine erste Ausführungsform,
und
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4 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teilbereichs der Fluiddosiervorrichtung für eine zweite Ausführungsform.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Steuerraum 33 ist über
eine Drossel 31 mit der Zulaufbohrung 19 hydraulisch
gekoppelt.
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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.
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Ein
Steuerkolben 37 ist vorgesehen, der mit einem axialen Endbereich
eine Wandung des Steuerraums bildet.
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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.
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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
beeinflusst werden.
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Ferner
ist eine Düsenfeder 45 vorgesehen über die
eine in Richtung der Schließposition
der Düsennadel 39 wirkende
Kraft auf diese übertragen wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
(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 Fluiddosiervorrichtung
ein relativ großzügiger Bauraum
in radialer Richtung bezogen auf die Achse der Fluiddosiervorrichtung
vorliegt.