(19)
(11)EP 2 798 195 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
11.01.2017  Patentblatt  2017/02

(21)Anmeldenummer: 12813825.2

(22)Anmeldetag:  19.12.2012
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F02M 61/10(2006.01)
F02M 51/06(2006.01)
F02M 63/00(2006.01)
F02M 61/16(2006.01)
(86)Internationale Anmeldenummer:
PCT/EP2012/076183
(87)Internationale Veröffentlichungsnummer:
WO 2013/098161 (04.07.2013 Gazette  2013/27)

(54)

HEBELVORRICHTUNG UND EINSPRITZVENTIL

LEVER DEVICE AND A FUEL INJECTION VALVE

DISPOSITIF DE LEVIER ET SOUPAPE D'INJECTION


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 30.12.2011 DE 102011090196

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
05.11.2014  Patentblatt  2014/45

(73)Patentinhaber: Continental Automotive GmbH
30165 Hannover (DE)

(72)Erfinder:
  • LEHMANN, Stefan
    93138 Lappersdorf (DE)
  • FREUDENBERG, Hellmut
    93080 Pentling / Grossberg (DE)
  • KOHN, Stefan
    92277 Hohenburg (DE)
  • KUCHLER, Robert
    94209 Regen (DE)
  • HANNICH, Manuel
    93055 Regensburg (DE)
  • FEIGL, Roland
    93138 Lappersdorf (DE)
  • WECHLER, Wolfgang
    93049 Regensburg (DE)
  • WICKE, Matthias
    92533 Wernberg-Köblitz (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
WO-A1-02/057622
DE-A1-102006 031 567
DE-A1-102006 017 034
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft eine Hebelvorrichtung für ein Einspritzventil mit einem Gehäuse, mindestens einem Hebelelement, einem Antriebselement und einem Abtriebselement. Die Erfindung betrifft ferner ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, das die Hebelvorrichtung und eine Ventilnadel aufweist, die mit dem Abtriebselement gekoppelt ist oder die das Abtriebselement bildet.

    [0002] Einspritzventile für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs können Aktuatoren aufweisen, die insbesondere als Piezoaktuatoren ausgebildet sind. Derartige Aktuatoren weisen ein piezokeramisches Material auf. Derartige Aktuatoren können ihre Längsausdehnung verändern abhängig von einem elektrischen Feld, das in dem piezokeramischen Material wirkt. Des Weiteren kann eine Hebelvorrichtung vorgesehen sein, die den Hub des Aktuators übersetzt.

    [0003] Piezoelektrische Aktuatoren, die als Stellglieder genutzt werden, insbesondere in Einspritzventilen für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, sind so in einem Gehäuse angeordnet, dass eine Hubbewegung in axialer Richtung ausgeführt werden kann.

    [0004] WO02/057622 A1 offenbart ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, welches einen Aktuator und einen mechanischen Übersetzer zur Übersetzung eines Hubes des Aktuators aufweist. Weiter ist ein Rückstellelement und ein Ventilelement vorgesehen. Dabei ist der Übersetzer als nierenförmiger Kipphebel ausgebildet, welcher punktförmige Lagerstellen aufweist.

    [0005] Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Hebelvorrichtung für ein Einspritzventil zu schaffen, die dauerhaft zuverlässig ist. Die Aufgabe ist ferner, ein Einspritzventil zu schaffen, das eine lange Lebensdauer hat.

    [0006] Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

    [0007] Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Hebelvorrichtung für ein Einspritzventil, mit einem Gehäuse, das eine Gehäuseausnehmung aufweist, mindestens einem Hebelelement, das in der Gehäuseausnehmung angeordnet ist, einem Antriebselement, das in der Gehäuseausnehmung angeordnet ist und mit dem mindestens einen Hebelelement gekoppelt ist zum Einwirken auf das mindestens eine Hebelelement in Richtung einer Kraftwirkungsachse, und einem in der Gehäuseausnehmung angeordneten Abtriebselement. Das Abtriebselement ist derart mit dem mindestens einen Hebelelement gekoppelt, dass das Abtriebselement mittels des mindestens einen Hebelelements in Richtung der Kraftwirkungsachse bewegbar ist. Das mindestens eine Hebelelement weist einen Kopplungsabschnitt auf, der derart ausgebildet oder angeordnet ist, dass das mindestens eine Hebelelement mit dem Abtriebselement drehfest bezüglich der Kraftwirkungsachse gekoppelt ist.

    [0008] Das mindestens eine Hebelelement ist gegenüber dem Abtriebselement rotatorisch fixiert bezüglich der Kraftwirkungsachse.

    [0009] Dies hat den Vorteil, dass das mindestens eine Hebelelement gegenüber dem Abtriebselement an einer Rotationsbewegung gehindert ist, wodurch Veränderungen der Einspritzmengen, die durch eine derartige Rotationsbewegung des mindestens einen Hebelelements entstehen können, vermieden werden können. Das mindestens eine Hebelelement ist so zuverlässig gegenüber dem Abtriebselement positioniert. Dadurch kann ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb der Hebelvorrichtung ermöglicht werden. Der Kopplungsabschnitt des Hebelelements weist einen planen Wandabschnitt auf, und das Abtriebselement weist einen planen Wandabschnitt auf. Der plane Wandabschnitt des Hebelelements wirkt derart mit dem planen Wandabschnitt des Abtriebselements zusammen, dass das mindestens eine Hebelelement mit dem Abtriebselement drehfest bezüglich der Kraftwirkungsachse gekoppelt ist.

    [0010] Der plane Wandabschnitt des Hebelelements und der plane Wandabschnitt des Abtriebselements sind insbesondere plan in einer Ebene, die annähernd planparallel zur Kraftwirkungsachse ist.

    [0011] Dies hat den Vorteil, dass die planen Wandabschnitte des Hebelelements und des Abtriebselements fertigungstechnisch besonders einfach zu realisieren sind. Damit können das Hebelelement und das Abtriebselement in sehr einfacher und zuverlässiger Weise hergestellt werden. Des Weiteren kann eine Rotationsbewegung des Hebelelements gegenüber dem Abtriebselement zuverlässig verhindert werden.

    [0012] Beispielsweise, nicht Teil der Erfindung, weist der Kopplungsabschnitt des Hebelelements einen weiteren planen Wandabschnitt auf, und die Gehäuseausnehmung weist einen planen Wandabschnitt auf. Der plane Wandabschnitt des Hebelelements wirkt derart mit dem planen Wandabschnitt der Gehäuseausnehmung zusammen, dass das mindestens eine Hebelelement mit dem Gehäuse drehfest bezüglich der Kraftwirkungsachse gekoppelt ist.

    [0013] Der plane Wandabschnitt des Hebelelements und der plane Wandabschnitt der Gehäuseausnehmung sind insbesondere plan in einer Ebene, die annähernd planparallel zur Kraftwirkungsachse ist.

    [0014] Dies hat den Vorteil, dass das Hebelelement und das Gehäuse in sehr einfacher Weise gefertigt sein können. Des Weiteren kann eine Rotationsbewegung des Hebelelements gegenüber dem Gehäuse zuverlässig verhindert sein.

    [0015] In einem weiteren Beispiel weist der Kopplungsabschnitt des Hebelelements eine Ausnehmung auf, und das Gehäuse weist einen Stift auf. Der Stift ist derart in der Ausnehmung des Kopplungsabschnitts des Hebelelements angeordnet, dass das mindestens eine Hebelelement mit dem Gehäuse drehfest bezüglich der Kraftwirkungsachse gekoppelt ist. Dies hat den Vorteil, dass so eine Rotationsbewegung des Hebelelements gegenüber dem Gehäuse besonders zuverlässig verhindert werden kann.

    [0016] Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil, das die Hebelvorrichtung und eine Ventilnadel umfasst. Die Ventilnadel ist mit dem Abtriebselement gekoppelt oder bildet das Abtriebselement. Das Antriebselement und die Ventilnadel sind derart über die Hebelvorrichtung miteinander gekoppelt, dass abhängig von einem Stellsignal die Ventilnadel in einer Schließposition einen Fluidfluss durch das Einspritzventil verhindert und diesen ansonsten freigibt. Aufgrund der Kopplung des Hebelelements gegenüber dem Gehäuse beziehungsweise der Ventilnadel kann ein solches Ventil dauerhaft zuverlässig betrieben werden.

    [0017] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

    Figur 1 eine schematische Darstellung eines Einspritzventils,

    Figur 2 einen Querschnitt durch eine Hebelvorrichtung in einer ersten Ausführungsform,

    Figur 3 einen Querschnitt durch eine Hebelvorrichtung, nicht Teil der Erfindung,

    Figur 4 einen Querschnitt durch eine Hebelvorrichtung, nicht Teil der Erfindung, und

    Figur 5 einen weiteren Querschnitt durch die Hebelvorrichtung des Beispiels der Figur 4.



    [0018] Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

    [0019] Figur 1 zeigt ein Ventil, insbesondere ein Einspritzventil 10 für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug.

    [0020] Das Einspritzventil 10 hat ein Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 hat eine Zwischenscheibe 12a, die zwischen zwei rohrförmigen Abschnitten 12b des Gehäuses 12 angeordnet ist. Die Zwischenscheibe 12a und die beiden rohrförmigen Abschnitte 12b sind fest miteinander gekoppelt und bilden zusammen das Gehäuse 12 aus. In dem Gehäuse 12 ist eine Gehäuseausnehmung 14 mit einem Fluideintritt 16 und einem Fluidaustritt 18 ausgebildet. Über einen nicht dargestellten Anschluss, der mit der Gehäuseausnehmung 14 hydraulisch gekoppelt ist, kann dem Einspritzventil 10 im Bereich des Fluideintritts 16 Kraftstoff zugeführt werden.

    [0021] In der Gehäuseausnehmung 14 ist axial bewegbar eine Ventilnadel 20 angeordnet, die in einer Schließposition eine Einspritzdüse 22 verschließt und anderenfalls einen Kraftstofffluss durch die Einspritzdüse 22 ermöglicht.

    [0022] Das Einspritzventil 10 umfasst einen piezoelektrischen Aktuator 24. Anstelle des piezoelektrischen Aktuators 24 kann auch ein anderer Aktuator vorgesehen sein, z.B. ein magnetostriktiver Aktuator oder ein elektromagnetischer Aktuator.

    [0023] Das Einspritzventil 10 umfasst weiter ein mit dem Aktuator 24 gekoppeltes Antriebselement 26. Das Antriebselement 26 weist vorzugsweise einen Stift oder eine Stange auf, der beziehungsweise die den Hub und eine Antriebskraft des Aktuators 24 überträgt. Der Aktuator 24 und das Antriebselement 26 sind in axialer Richtung miteinander gekoppelt. Ein Hub des Antriebselements 26 ist abhängig von einer axialen Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators 24, die abhängig von einem Stellsignal ist, das dem piezoelektrischen Aktuator 24 zugeführt werden kann. Das Antriebselement 26 umfasst ferner ein vorzugsweise glockenförmiges Bauelement 27.

    [0024] In der Gehäuseausnehmung 14 des Einspritzventils 10 ist ferner eine Hebelvorrichtung 28 angeordnet. Die Hebelvorrichtung 28 umfasst das Antriebselement 26 und ein Hebelelement 30 oder mehrere Hebelelemente 30. In den gezeigten Ausführungsformen hat die Hebelvorrichtung 28 zwei Hebelelemente 30. Die Hebelelemente 30 sind mit dem Antriebselement 26 gekoppelt. Ferner sind die Hebelelemente 30 mit einem Abtriebselement 32 gekoppelt. Das Abtriebselement 32 ist in der Gehäuseausnehmung 14 angeordnet. Das Abtriebselement 32 ist vorzugsweise mit der Ventilnadel 20 gekoppelt. Die Ventilnadel 20 kann auch das Abtriebselement 32 bilden. Das Antriebselement 26, das Hebelelement 30 und das Abtriebselement 32 wirken derart zusammen, dass der Hub des Antriebselements 26 auf die Ventilnadel 20 übertragen wird und dass die Ventilnadel 20 damit in ihre Schließposition oder in eine Offenposition bewegt wird.

    [0025] Eine Kraftwirkungsachse A einer Antriebskraft des Antriebselements 26 verläuft durch das Antriebselement 26 und als Kraftwirkungsachse einer Abtriebskraft weiter durch das Abtriebselement 32. In weiteren Ausführungsformen ist die Kraftwirkungsachse durch das Antriebselement 26 versetzt zu der Kraftwirkungsachse durch das Abtriebselement 32.

    [0026] Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Hebelvorrichtung 28 in einem Querschnitt.

    [0027] Die Hebelelemente 30 haben jeweils einen Kopplungsabschnitt 34. In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform hat das Abtriebselement 32 zwei plane Wandabschnitte 36. Die planen Wandabschnitte 36 liegen einander bezüglich der Kraftwirkungsachse A des Abtriebselements 32 gegenüber. Des Weiteren haben die Kopplungsabschnitte 34 der Hebelelemente 30 jeweils einen planen Wandabschnitt 38. Die planen Wandabschnitte 38 der Hebelelemente 30 sind den planen Wandabschnitten 36 des Abtriebselements 32 zugeordnet. Jeweils einer der planen Wandabschnitte 38 des Hebelelements 30 liegt einem planen Wandabschnitt 36 des Abtriebselements 32 gegenüber. Damit wirken die planen Wandabschnitte 36 des Abtriebselements 32 mit den planen Wandabschnitten 38 des Hebelelements 30 zusammen, und ermöglichen somit, dass die Hebelelemente 30 mit dem Abtriebselement 32 drehfest bezüglich der Kraftwirkungsachse A gekoppelt sind. Damit kann erreicht werden, dass sich die Hebelelemente 30 nicht mehr gegenüber der Ventilnadel 20 drehen können. Damit können auch die Verhältnisse bei der Einspritzung des Einspritzventils 10 über viele Einspritzvorgänge konstant gehalten werden.

    [0028] In dem in Figur 3 gezeigten Beispiel der Hebelvorrichtung 28 haben die Kopplungsabschnitte 34 der Hebelelemente 30 plane Wandabschnitte 38. Die Gehäuseausnehmung 14 des Gehäuses 12 hat zwei plane Wandabschnitte 40, die einander bezüglich der Kraftwirkungsachse A gegenüberliegen. Jeweils einer der planen Wandabschnitte 38 eines der Hebelelemente 30 wirkt mit einem der planen Wandabschnitte 40 der Gehäuseausnehmung 14 zusammen. Dadurch kann erreicht werden, dass das Hebelelement 30 mit dem Gehäuse 12 drehfest bezüglich der Kraftwirkungsachse A gekoppelt ist. Durch die drehfeste Kopplung der Hebelelemente 30 mit dem Gehäuse 12 ist es möglich, dass die Kontaktbedingungen zwischen den Hebelelementen 30 und dem Gehäuse 12 über einen langen Zeitraum konstant gehalten werden können. Damit kann auch das Einspritzverhalten des Einspritzventils 10 über einen langen Zeitraum konstant gehalten werden.

    [0029] In dem in den Figuren 4 und 5 gezeigten Bespiel, nicht Teil der Erfindung, sind in der Zwischenscheibe 12a des Gehäuses 12 Bohrungen angeordnet. Die Bohrungen sind insbesondere als Sacklöcher ausgebildet. In den Bohrungen sind Stifte 42 angeordnet.

    [0030] Die Kopplungsabschnitte 34 der Hebelelemente 30 haben jeweils eine Ausnehmung 44. Die Stifte 42 greifen in die Ausnehmungen 44 der Kopplungsabschnitte 34 der Hebelelemente 30 ein. Damit kann erreicht werden, dass die Hebelelemente 30 drehfest mit der Zwischenscheibe 12a des Gehäuses 12 bezüglich der Kraftwirkungsachse A gekoppelt sind.

    [0031] Durch die drehfeste Kopplung zwischen den Hebelelementen 30 und dem Gehäuse 12 kann erreicht werden, dass die Hebelelemente 30 auch über eine Vielzahl von Einspritzvorgängen eine feste Position gegenüber dem Gehäuse 12 einnehmen können. Dadurch können auch über eine Vielzahl von Einspritzvorgängen des Einspritzventils 10 stabile Einspritzverhältnisse des Einspritzventils 10 erreicht werden. Dadurch kann erreicht werden, dass sich Bauteiltoleranzen nur geringfügig auf die Einspritzmengen des Einspritzventils 10 auswirken.


    Ansprüche

    1. Hebelvorrichtung (28) für ein Einspritzventil, mit

    - einem Gehäuse (12), das eine Gehäuseausnehmung (14) aufweist,

    - mindestens einem Hebelelement (30), das in der Gehäuseausnehmung (14) angeordnet ist,

    - einem Antriebselement (26), das in der Gehäuseausnehmung (14) angeordnet ist und mit dem mindestens einen Hebelelement (30) gekoppelt ist zum Einwirken auf das mindestens eine Hebelelement in Richtung einer Kraftwirkungsachse (A), und

    - einem in der Gehäuseausnehmung (14) angeordneten Abtriebselement (32), das derart mit dem mindestens einen Hebelelement (30) gekoppelt ist, dass das Abtriebselement (32) mittels des mindestens einen Hebelelements (30) in Richtung der Kraftwirkungsachse (A) bewegbar ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hebelelement (30) einen Kopplungsabschnitt (34) zum drehfesten Koppeln des Hebelelements (30) mit dem Abtriebselement (32) bezüglich der Kraftwirkungsachse (A) aufweist,
    wobei der Kopplungsabschnitt (34) des Hebelelements (30) einen planen Wandabschnitt (38) aufweist, und das Abtriebselement (32) einen planen Wandabschnitt (36) aufweist, und der plane Wandabschnitt (38) des Hebelelements (30) derart mit dem planen Wandabschnitt (36) des Abtriebselements (32) zusammenwirkt, dass das mindestens eine Hebelelement (30) mit dem Abtriebselement (32) drehfest bezüglich der Kraftwirkungsachse (A) gekoppelt ist.
     
    2. Einspritzventil (10), das aufweist

    - ein Hebelvorrichtung (28) nach einem der vorstehenden Ansprüche,

    - eine Ventilnadel (20), die mit dem Abtriebselement (32) gekoppelt ist oder die das Abtriebselement (32) bildet, bei dem das Antriebselement (26) und die Ventilnadel (20) derart über die Hebelvorrichtung (28) miteinander gekoppelt sind, dass abhängig von einem Stellsignal die Ventilnadel (20) in einer Schließposition einen Fluidfluss durch das Einspritzventil (10) verhindert und ansonsten einen Fluidfluss durch das Einspritzventil (10) freigibt.


     


    Claims

    1. Lever device (28) for an injection valve, having

    - a housing (12) which has a housing recess (14),

    - at least one lever element (30) which is arranged in the housing recess (14),

    - a drive element (26) which is arranged in the housing recess (14) and is coupled to the at least one lever element (30) for acting on the at least one lever element in the direction of a force action axis (A), and

    - an output element (32) which is arranged in the housing recess (14) and is coupled to the at least one lever element (30) in such a way that the output element (32) can be moved in the direction of the force action axis (A) by means of the at least one lever element (30),

    characterized in that the at least one lever element (30) has a coupling section (34) in order to couple the lever element (30) fixedly to the output element (32) so as to rotate with it with regard to the force action axis (A),
    the coupling section (34) of the lever element (30) having a planar wall section (38), and the output element (32) having a planar wall section (36), and the planar wall section (38) of the lever element (30) interacting with the planar wall section (36) of the output element (32) in such a way that the at least one lever element (30) is coupled to the output element (32) fixedly so as to rotate with it with regard to the force action axis (A).
     
    2. Injection valve (10) which has

    - a lever device (28) according to one of the preceding claims,

    - a valve needle (20) which is coupled to the output element (32) or which forms the output element (32),

    in which injection valve (10) the drive element (26) and the valve needle (20) are coupled to one another via the lever device (28) in such a way that, depending on an actuating signal, the valve needle (20) prevents a fluid flow through the injection valve (10) in a closed position and otherwise releases a fluid flow through the injection valve (10).
     


    Revendications

    1. Dispositif de levier (28) pour une soupape d'injection, avec :

    - un carter (12) comportant un évidement de carter (14) ;

    - au moins un élément de levier (30) disposé dans l'évidement de carter (14) ;

    - un élément d'entraînement en entrée (26) disposé dans l'évidement de carter (14) et couplé à l'au moins un élément de levier (30) pour agir sur l'au moins un élément de levier en direction d'un axe d'application de force (A) ; et

    - un élément d'entraînement en sortie (32) disposé dans l'évidement de carter (14) et couplé de telle sorte à l'au moins un élément de levier (30) que l'élément d'entraînement en sortie (32) peut être déplacé en direction de l'axe d'application de force (A) à l'aide de l'au moins un élément de levier (30) ;

    caractérisé en ce que l'au moins un élément de levier (30) comporte une section de couplage (34) pour réaliser un couplage solidaire en rotation de l'élément de levier (30) avec l'élément d'entraînement en sortie (32) par rapport à l'axe d'application de force (A) ;
    la section de couplage (34) de l'élément de levier (30) comportant une section de paroi (38) plane et l'élément d'entraînement en sortie (32) comportant une section de paroi (36) plane et la section de paroi (38) plane de l'élément de levier (30) interagissant de telle sorte avec la section de paroi (36) plane de l'élément d'entraînement en sortie (32) que l'au moins un élément de levier (30) est couplé à l'élément d'entraînement en sortie (32) solidairement en rotation par rapport à l'axe d'application de force (A).
     
    2. Soupape d'injection (10), comportant :

    - un dispositif de levier (28) selon l'une quelconque des revendications précédentes ;

    - un pointeau de soupape (20) couplé à l'élément d'entraînement en sortie (32) ou formant l'élément d'entraînement en sortie (32), dans lequel l'élément d'entraînement en entrée (26) et le pointeau de soupape (20) sont couplés de telle sorte via le dispositif de levier (28) que le pointeau de soupape (20) bloque un flux de fluide traversant la soupape d'injection (10) dans une position de fermeture et libère sinon un flux traversant la soupape d'injection (10), en fonction d'un signal de réglage.


     




    Zeichnung











    Angeführte Verweise

    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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    In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente