DE19742943C1

DE19742943C1 - Vorrichtung in einem Einspritzventil zum Halten einer formschlüssigen Verbindung

Info

Publication number: DE19742943C1
Application number: DE1997142943
Authority: DE
Inventors: Heinz Lixl
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2017-09-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einem Einspritzventil zum Halten einer formschlüssigen Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.

Formschlüssige Verbindungen werden beispielsweise zwischen einem Aktorkolben und einem Stellglied verwendet, um den Ak torkolben zuverlässig mit dem Stellglied formschlüssig zu verbinden, obwohl sich der Abstand zwischen dem Aktorkolben und dem Stellglied verändert. Die Vorrichtung kann beispiels weise bei einem Einspritzventil Anwendung finden.

Aus DE 195 19 191 C2 ist ein Einspritzventil bekannt, das ei nen Aktorkolben (Primärkolben) aufweist, der von einer Tel lerfeder gegen den Aktor gedrückt wird und über eine Spiral feder und einen Sekundärkolben auf einen Stößel drückt. gdrücken. Durch die Federkraft der Tellerfeder und der Spi ralfeder wird eine spielfreie Wirkverbindung zwischen dem Ak tor und dem Stößel erzielt.

Aus EP 0 431 272 A2 ist ein Einspritzventil bekannt, das ein Stellglied zur Ansteuerung einer Düsennadel aufweist, wobei die Düsennadel an einen ringförmig umlaufenden Bund der Dü sennadel von einem Tellefederpaar gegen das Stellglied ge drückt wird, um so das Spiel zwischen Düsennadel und Stell glied zu reduzieren.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, einen automatischen Spielausgleich bereit zu stellen, der einfach und kostengün stig ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patent anspruchs 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin, daß ein Verbindungselement vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von der Winkelstellung einen unterschiedli chen Durchmesser aufweist und zudem Mittel vorgesehen sind, die das Verbindungselement in der Drehrichtung, in der der Durchmesser zunimmt, mit einem Drehmoment beaufschlagen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Er findung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

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

Fig. 1 einen Teil eines Einspritzventils mit einem Verbin dungselement,

Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 im Querschnitt, und

Fig. 3 den Durchmesser des Verbindungselementes in Abhän gigkeit von der Winkelstellung des Verbindungsele mentes.

Fig. 1 zeigt am Beispiel eines Einspritzventils die Vorrich tung zum Halten einer formschlüssigen Verbindung. Von dem Einspritzventil sind nur die Teile dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung von Bedeutung sind. Es ist ein Ak torkolben 1 vorgesehen, der über ein Verbindungselement 2 formschlüssig mit einem Stellglied 3 in Verbindung steht. Der Aktorkolben 1 und das Stellglied 3 sind in einer Bewegungs achse vom Gehäuse 16 des Einspritzventiles geführt. Das Ende des Stellgliedes 3 geht in einen Dorn 17 über, der an einem kugelförmigen Schließglied 4 anliegt. Das Schließglied 4 ist einem Ventilsitz 5 zugeordnet. Das Schließglied 4 schließt eine Druckkammer 6 gegen ein Abfließen von Kraftstoff ab, die im Gehäuse 16 ausgebildet ist. Die Druckkammer 6 wird über einen Zulauf mit Kraftstoff unter einem hohen Druck versorgt und der Kraftstoffdruck beaufschlagt z. B. einen Steuerkolben, der mit einer Ventilnadel verbunden ist, die Einspritzdüsen abhängig vom Druck in der Druckkammer öffnet oder schließt. Das Schließglied 4 und der Ventilsitz 5 stellen ein Servoven til dar, mit dem der Druck in der Druckkammer 6 einstellbar ist. Der Aktorkolben 1 ist mit einem ansteuerbaren piezoelek trischen Aktor 30 verbunden, der mit dem Gehäuse 16 verbunden ist. Bei einer entsprechenden Steuerung des Aktors 30 wird der Aktorkolben 1 nach oben oder nach unten bewegt.

Das Verbindungselement 2 weist im wesentlichen die Form einer Scheibe auf, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aktor kolbens 1 angeordnet ist. Das Verbindungselement weist eine mittige Bohrung 15 auf, durch die eine Lagerachse 14 geführt ist. Die Lagerachse 14 ist mit beiden Enden am Aktorkolben 1 gelagert. Das Verbindungselement 2 ist mindestens teilweise in eine schlitzförmige Ausnehmung 9 des Aktorkolbens 1 einge bracht. Das Verbindungselement 2 weist einen Anschlagbereich 10 auf, der am Außenrand der Scheibenform angeordnet ist. Der Anschlagbereich 10 weist eine Aufnahmebohrung auf, in die ein Federelement 11 eingelegt ist, das zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Anschlagbereich 10 eingespannt ist. Dabei liegt das Federelement 11 an einem Abstützbereich 12 des Aktorkolbens 1 an. Der Schwerpunkt 8 des Verbindungselementes 2 befindet sich außerhalb der Drehachse 7 zwischen der Drehachse 7 und dem Anschlagbereich 10. Dabei weist der Schwerpunkt 8 einen ersten Abstand 13 zur Drehachse 7 auf, wobei der erste Ab stand 13 in senkrechter Richtung zur Drehachse 7 angegeben ist. In einer einfachen Ausführungsform ist der Schwerpunkt 8 in der Drehachse 7 angeordnet.

Fig. 1 zeigt das Verbindungselement 2 in einer Seitenan sicht, das im wesentlichen als Drehscheibe mit spiralförmigen Durchmesser ausgebildet ist. Der zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3 wirkende Durchmesser des Verbindungsele mentes 2 nimmt bei einer Linksdrehung des Verbindungselemen tes 2 ab und bei einer Rechtsdrehung zu. Der effektiv wirksa me Radius r des Verbindungselementes zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3 ist durch folgende Formel festgelegt:

r(ϕ) = ro + (ϕ/2π) . Δr,

wobei mit ϕ der Drehwinkel, mit ro ein Anfangsradius und mit Δr eine Konstante bezeichnet ist.

Fig. 2 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 im Querschnitt A-A. Dabei ist deutlich die Lagerung des Verbindungselementes 2 mit der Lagerachse 14 zu sehen. Das Verbindungselement 2 ist senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aktorkolbens 1 in der Ausnehmung 9 angeordnet. Die Ausnehmung 9 führt in seitlicher Richtung das Verbindungselement 2, so daß das Verbindungsele ment 2 im wesentlichen nur um die Drehachse 7 drehbar ist. Die Bewegung des Stellgliedes 3 in Richtung auf den Aktorkol ben 1 ist durch einen Anschlag 18 begrenzt, der am Gehäuse 16 ausgebildet ist.

Die mittige Bohrung 15 des Verbindungselementes 2 weist einen größeren Durchmesser auf als die zylinderförmige Lagerachse 14. Dadurch wird gewährleistet, daß ausreichend Spiel zur Drehung des Verbindungselementes 2 vorhanden ist, wenn der Aktorkolben 1 nicht in Richtung auf das Stellglied 3 gedrückt ist. Zudem wird dadurch gewährleistet, daß unter Druckbela stung der Aktorkolben 1 mit einer Auflagefläche 19 auf dem Verbindungselement 2 aufliegt und das Verbindungselement auf einer zweiten Auflagefläche 20 des Stellgliedes 3 aufliegt. Auf diese Weise wird eine direkte und formschlüssige Verbin dung zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3 bei ei ner Bewegung in Richtung auf den Ventilsitz 5 erreicht.

Die Funktionsweise der Anordnung nach Fig. 1 und Fig. 2 ist wie folgt: Wird der Aktor 30 bestromt, so dehnt sich der Ak tor 30 aus und der Aktorkolben 1 wird nach unten in Richtung auf das Stellglied 3 gedrückt. Dabei wird eine direkte und formschlüssige Verbindung zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3 über das Verbindungselement 2 hergestellt. Das Stellglied 3 drückt dabei gegen das Schließglied 4, das von dem Kraftstoff in der Druckkammer 6 in Richtung auf das Stellglied 3 mit Druck beaufschlagt ist. Wird nun der Aktor 1 nach unten bewegt, so stößt der Dorn 17 des Stellgliedes 3 das Schließglied 4 vom Ventilsitz 5 ab und die Druckkammer 6 wird mit einem Abflußbereich 21 verbunden, der den Dorn 17 umgibt.

Wird nun anschließend die Bestromung des Aktors 30 abgeschal tet, so zieht sich der Aktor 30 zusammen und der Aktorkolben 1 wird zurück nach oben bewegt. Der in der Druckkammer 6 un ter Druck stehende Kraftstoff drückt das Schließglied 4 in Richtung auf den Ventilsitz 5 und damit das Stellglied 3 nach oben in Richtung auf den Aktorkolben 1, wobei die Bewegung des Stellgliedes 3 durch den Anschlag 18 nach oben begrenzt ist. Bei dieser Entlastungsbewegung wird der Aktorkolben 1 so weit nach oben bewegt, daß die formschlüssige Verbindung zum Stellglied 3 verloren geht und das Verbindungselement 2 nun frei drehbar um die Drehachse 7 ist. In dieser Position er zeugt das Federelement 11 ein erstes Drehmoment D1, das den Anschlagbereich 10 nach unten drückt, so daß das Verbindung selement 2 eine Rechtsdrehung um die Drehachse 7 durchführt. Dabei wird der effektive Durchmesser des Verbindungselementes 2 in der Symmetrieachse 22, die senkrecht und mittig zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3 angeordnet ist, ver größert.

Wird nun der Aktorkolben 1 bei der Bewegung nach oben in der Ausgangsposition abgebremst, dann wirkt bei einem exzentri schen Schwerpunkt 8 eine Trägheitskraft auf den Schwerpunkt 8 des Verbindungselementes 2, die am Schwerpunkt 8 ein zweites Drehmoment D2 erzeugt, das in Richtung auf eine Linksdrehung gerichtet ist. Das Verbindungselement 2 und der Schwerpunkt 8 sind so gewählt, daß das zweite Drehmoment größer als das er ste Drehmoment ist, so daß das Verbindungselement 2 in eine Linksdrehung versetzt wird, so daß der effektive Durchmesser des Verbindungselementes 2 auf der Symmetrieachse 22 zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3 verkleinert wird. Da bei ist das Verbindungselement 2 entlastet und wird um die Drehachse 7 gedreht. Der Aktorkolben 1 und das Stellglied 3 befinden sich jetzt in ihren Ausgangspositionen und sind nicht formschlüssig miteinander verbunden. Nach dem Abklingen des zweiten Drehmoments dreht nun das Federelement 11 das Verbindungselement 2 so lange in einer Rechtsdrehung um die Drehachse 7, bis der Aktorkolben 1 mit dem Stellglied 3 wie der formschlüssig über das Verbindungselement 2 verbunden ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß das Verbindung selement 2 bei jeder Bewegung des Aktorkolbens 1 in die Aus gangsposition auf den aktuellen Abstand zwischen dem Aktor kolben 1 und dem Stellglied 3 automatisch eingestellt wird.

Fig. 3 zeigt über den Drehwinkel ϕ aufgetragen den effekti ven Durchmesser des Verbindungselementes 2, der auf der Sym metrieachse 22 vorliegt. Wird nun der Aktorkolben 1 nach oben bewegt und in der Ausgangsposition abgebremst, so wird auf grund der Trägheitskraft, die am Schwerpunkt 8 angreift, das Verbindungselement 2 in eine Linksdrehung versetzt. Dabei wird der effektive Durchmesser des Verbindungselementes 2, der zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3 wirkt, ver kleinert. Dies entspricht in der Fig. 3 dem Übergang von der Position P1 zur Position P2. Nach dem Abbremsen wirkt die Fe derkraft des Federelementes 11, so daß das Verbindungselement 2 in eine Rechtsdrehung versetzt wird, bis wieder eine form schlüssige Verbindung zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3 durch das Verbindungselement 2 vorliegt. Dies entspricht in der Fig. 3 dem Übergang von der Position P2 in die Position P3. Durch Alterung oder Abnutzung kann sich der Abstand zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3 ver ändern, so daß die Position P1 nicht der Position P3 entspre chen muß. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einen mechanischen und automatischen Spielausgleich zwischen dem Aktorkolben 1 und dem Stellglied 3.

Claims

1. Vorrichtung in einem Einspritzventil zum Halten einer formschlüssigen Verbindung zwischen einem Aktorkolben (1) und einem Stellglied (3), wobei zwischen dem Aktorkolben (1) und dem Stellglied (3) ein Verbindungselement (2) vor gesehen ist, das mindestens in einer Bewegungsrichtung des Aktorkolbens (1) eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Aktorkolben (1) und dem Stellglied (3) hält, dadurch gekennzeichnet,

1. daß das Verbindungselement (2) um eine Drehachse (7) drehbar gelagert ist,
2. daß das Verbindungselement (2) derart geformt ist, daß der Durchmesser des Verbindungselementes (2) bei einer Drehung um die Drehachse (7) in einer Drehrichtung mit zunehmendem Drehwinkel auf der Verbindungsachse (22) zwischen dem Ak torkolben (1) und dem Stellglied (3) zunimmt,
3. daß mechanische Mittel (11) vorgesehen sind, die das Ver bindungselement in der Drehrichtung mit dem zunehmenden Durchmesser mit einem ersten Drehmoment (D1) beaufschlagen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (8) vorgesehen sind, die bei einer Bewegung des Aktor kolbens (1) in eine Ausgangsposition das Verbindungselement (2) in der Drehrichtung mit abnehmenden Durchmesser mit einem zweiten Drehmoment (D2) beaufschlagen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (2) als Drehscheibe ausgebildet ist, daß die Drehscheibe im wesentlichen senkrecht zwischen dem Aktorkolben (1) und dem Stellglied (3) angeordnet ist, daß die Drehscheibe (1) um die Drehachse (7) drehbar am Aktorkol ben gelagert ist, die im wesentlichen senkrecht zur Bewe gungsrichtung des Aktorkolbens (1) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanisches Mittel ein Federelement (11) vorgesehen ist, und daß das Federelement (11) zwischen dem Aktorkolben (1) und dem Verbindungselement (2) eingespannt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt (8) des Verbindungselementes (2) zwischen der Drehachse (7) des Verbindungselementes (2) und dem Angrifs spunkt (10) des ersten Drehmomentes (D1) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Verbindungselementes (2) und der Abstand des Schwerpunktes (8) von der Drehachse (7) derart festgelegt sind, daß das zweite Drehmoment (D2), das auf das Verbindung selement (2) beim Verzögern des Aktorkolbens (1) in der Aus gangsposition einwirkt, größer ist als das erste Drehmoment (D1).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktorkolben (1) in einem Einspritzventil angeordnet ist, und daß der Aktorkolben (1) mit einem steuerbaren piezoelek trischen Aktor (30) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (3) einem Schließglied (4) eines Servoventils zugeordnet ist, das einen Verbindungsquerschnitt zwischen ei ner Druckkammer (6) und einem Abfluß (21) steuert.