[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. Piezoelektrische Aktuatoren, die als Stellglieder genutzt werden, insbesondere
in Einspritzventilen für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, sind so in einem
Gehäuse angeordnet, dass sie eine Hubbewegung in axialer Richtung ausführen können.
Der Aktuator kann insbesondere mit einer Hebelvorrichtung gekoppelt sein, mittels
der der Hub des Aktuators übersetzt werden kann.
[0003] Die internationle Offenlegungsschrift
WO 2007/116007 A1 offenbart ein Einspritzventil mit einem Hebelelement in einer Gehäuseausnehmung des
Einspritzventils, das die Abwärtsbewegung eines Aktors des Einspritzventils in eine
Aufwärtsbewegung einer Düsennadel des Einspritzventil zu wandeln vermag.
[0004] 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.
[0005] Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
[0006] 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 und einen Kopplungsabschnitt
aufweist, der mit einem Abschnitt des Gehäuses gekoppelt 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 derart mit dem mindestens einen Hebelelement gekoppelt ist, dass das Abtriebselement
mittels des mindestens einen Hebelelements in Richtung der Kraftwirkungsachse bewegbar
ist. Der Kopplungsabschnitt des Hebelelements weist mindestens eine Ausnehmung auf,
mittels der mindestens zwei Kontaktflächen des Kopplungsabschnitts ausgebildet sind,
die voneinander beabstandet sind und an dem Abschnitt des Gehäuses anliegen.
[0007] Dies hat den Vorteil, dass das Hebelelement in einem Bereich zwischen den Kontaktflächen
des Kopplungsabschnitts eine geringe Steifigkeit erreichen kann. Damit kann erreicht
werden, dass mechanische Unregelmäßigkeiten an dem mindestens einen Hebelelement und/oder
an dem Abschnitt des Gehäuses die Bewegung des Hebelelements nur gering beeinflussen
und damit Veränderungen der Einspritzmengen gering sein oder vermieden werden können.
Dadurch kann ein langfristig zuverlässiger Betrieb der Hebelvorrichtung und damit
des Einspritzventils ermöglicht werden.
[0008] In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die mindestens zwei Kontaktflächen des
Kopplungsabschnitts als konvex gewölbte Flächen ausgebildet. Dies hat den Vorteil,
dass die Reibung und der Verschleiß des Hebelelements sehr gering sein können. Beispielsweise
kann ein wälzendes Abrollen des Hebelelements gegenüber dem Abschnitt des Gehäuses
die Belastung der Kontaktflächen gering halten. Damit kann durch das mindestens eine
Hebelelement ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb der Hebelvorrichtung ermöglicht werden.
[0009] 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
die Ventilnadel in einer Schließposition einen Fluidfluss durch das Einspritzventil
verhindert und diesen ansonsten freigibt. Aufgrund des Abstands zwischen den mindestens
zwei Kontaktflächen des Kopplungsabschnitts kann ein solches Ventil dauerhaft zuverlässig
betrieben werden.
[0010] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen
erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung eines Einspritzventils,
- Figur 2
- und 2a Querschnitte durch eine Hebelvorrichtung in verschiedenen Ausführungsformen,
- Figur 3
- eine Aufsicht auf ein Hebelelement der Hebelvorrichtung,
- Figur 4
- eine Seitenansicht des Hebelelements,
- Figur 5
- ein Längsschnitt durch das Hebelelement,
- Figur 6
- eine weitere Ansicht des Hebelelements,
- Figur 7
- ein Längsschnitt durch das Hebelelement und einen Abschnitt eines Gehäuses des Einspritzventils,
- Figur 8
- ein Längsschnitt durch das Hebelelement und den Abschnitt des Gehäuses, und
- Figur 9
- eine weitere Aufsicht auf das Hebelelement.
[0011] Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
[0012] Figur 1 zeigt ein Ventil, insbesondere ein Einspritzventil 10 für eine Brennkraftmaschine
in einem Kraftfahrzeug.
[0013] Das Einspritzventil 10 hat ein Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 hat mehrere Abschnitte
12a, 12b. Das Gehäuse 12 hat insbesondere einen scheibenförmigen Abschnitt 12a, der
zwischen zwei rohrförmigen Abschnitten 12b des Gehäuses 12 angeordnet ist. Der scheibenförmige
Abschnitt 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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 (siehe auch Figur 2). 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.
[0018] 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.
[0019] Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Hebelvorrichtung 28 in einem Querschnitt.
[0020] Die Hebelelemente 30 haben jeweils einen Kopplungsbereich 134. In der in Figur 2
gezeigten Ausführungsform hat das Abtriebselement 32 zwei plane Wandabschnitte 136.
Die planen Wandabschnitte 136 liegen einander bezüglich der Kraftwirkungsachse A des
Abtriebselements 32 gegenüber. Des Weiteren haben die Kopplungsbereiche 134 der Hebelelemente
30 jeweils einen planen Wandabschnitt 138. Die planen Wandabschnitte 138 der Hebelelemente
30 sind den planen Wandabschnitten 136 des Abtriebselements 32 zugeordnet. Jeweils
einer der planen Wandabschnitte 138 des Hebelelements 30 liegt einem planen Wandabschnitt
136 des Abtriebselements 32 gegenüber. Damit wirken die planen Wandabschnitte 136
des Abtriebselements 32 mit den planen Wandabschnitten 138 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.
[0021] In der in Figur 2a gezeigten Ausführungsform der Hebelvorrichtung 28 haben die Kopplungsbereiche
134 der Hebelelemente 30 plane Wandabschnitte 138. Die Gehäuseausnehmung 14 des Gehäuses
12 hat zwei plane Wandabschnitte 140, die einander bezüglich der Kraftwirkungsachse
A gegenüberliegen. Jeweils einer der planen Wandabschnitte 138 eines der Hebelelemente
30 wirkt mit einem der planen Wandabschnitte 140 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.
[0022] Die Figuren 3 bis 6 zeigen eine Ausführungsform des Hebelelements 30 in verschiedenen
Ansichten.
[0023] Das Hebelelement 30 hat einen Kopplungsabschnitt 34. Der Kopplungsabschnitt 34 ist
mit dem scheibenförmigen Abschnitt 12a des Gehäuses 12 gekoppelt (siehe auch Figur
1). Der Kopplungsabschnitt 34 hat eine Ausnehmung 36. Die Ausnehmung 36 ist derart
ausgebildet, dass an dem Kopplungsabschnitt 34 zwei Kontaktflächen 38 ausgebildet
sind, die voneinander beabstandet sind. Die zwei Kontaktflächen 38 des Kopplungsabschnitts
34 liegen an einer Kontaktfläche 40 des scheibenförmigen Abschnitts 12a des Gehäuses
12 an. Die Kontaktfläche 40 des scheibenförmigen Abschnitts 12a des Gehäuses 12 hat
eine Flächennormale, die parallel zu der Kraftwirkungsachse A ist.
[0024] In der in den Figuren 3 bis 6 gezeigten Ausführungsform des Hebelelements 30 sind
die zwei Kontaktflächen 38 des Kopplungsabschnitts 34 als konvex gewölbte Flächen
ausgebildet. Damit kann erreicht werden, dass sich das Hebelelement 30 wälzend gegenüber
dem scheibenförmigen Abschnitt 12a des Gehäuses 12 abrollen kann.
[0025] Im Folgenden soll die Funktionsweise des Hebelelements 30 mit der Ausnehmung 36 des
Kopplungsabschnitts 34 anhand der Figuren 7 und 8 erläutert werden:
[0026] In Figur 7 weist der scheibenförmige Abschnitt 12a des Gehäuses 12 eine Erhebung
44 auf, die zwischen den Kontaktflächen 38 des Kopplungsabschnitts 34 im Bereich der
Ausnehmung 36 des Kopplungsabschnitts 34 liegt. Aufgrund der Ausbildung der Ausnehmung
36 des Kopplungsabschnitts 34 kann sich das Hebelelement 30 ohne Beeinflussung durch
die Erhebung 44 gegenüber dem scheibenförmigen Abschnitt 12a des Gehäuses 12 abstützen.
Eine Bewegung des Hebelelements 30 gegenüber dem scheibenförmige Abschnitt 12a des
Gehäuses 12 über die Kontaktflächen 38 des Kopplungsabschnitts 34 und die Kontaktfläche
40 kann so ungestört von der Erhebung 44 erfolgen.
[0027] In Figur 8 hat der scheibenförmige Abschnitt 12a des Gehäuses 12 eine weitere Erhebung
44a, die im Bereich einer der Kontaktflächen 38 des Kopplungsabschnitts 34 liegt.
Aufgrund der Ausbildung der Ausnehmung 36 des Kopplungsabschnitts 34 hat das Hebelelement
30 im Bereich der Ausnehmung 36 eine geringe Steifigkeit. Damit kann erreicht werden,
dass bei einer Bewegung des Hebelelements 30 gegenüber dem scheibenförmige Abschnitt
12a des Gehäuses 12 das Hebelelement 30 im Bereich der Ausnehmung 36 nachgeben kann.
Damit kann erreicht werden, dass die weitere Erhebung 44a nur einen geringen Einfluss
auf die Bewegung des Hebelelements 30 und damit die Bewegung des Abtriebselements
32 hat.
[0028] Das Hebelelement 30 weist weitere Kopplungsabschnitte 42a, 42b auf (Figur 9) . Einer
der weiteren Kopplungsabschnitte 42a ist mit dem Abtriebselement 32 gekoppelt. Ein
anderer der weiteren Kopplungsabschnitte 42b ist mit dem glockenförmigen Bauelement
27 des Antriebselements 26 gekoppelt (siehe Figur 1). In der in Figur 9 gezeigten
Ausführungsform ist der weitere Kopplungsabschnitt 42a, der mit dem Abtriebselement
32 gekoppelt ist, derart gegenüber dem weiteren Kopplungsabschnitt 42b, der mit dem
Antriebselement 26 gekoppelt ist, angeordnet, dass zwischen den weiteren Kopplungsabschnitten
42a, 42b ein möglichst großer Abstand an dem Hebelelement 30 erreicht wird. Durch
die Ausbildung eines möglichst großen Abstands zwischen den weiteren Kopplungsabschnitten
42a, 42b kann das Hebelelement 30 im Bereich zwischen den weiteren Kopplungsabschnitten
42a, 42b eine geringere Steifigkeit haben als im Bereich der weiteren Kopplungsabschnitte
42a, 42b. Damit kann erreicht werden, dass bei einer Bewegung des Hebelelements 30
gegenüber dem Antriebselements 26 beziehungsweise dem Abtriebselement 32 das Hebelelement
30 im Bereich zwischen den weiteren Kopplungsabschnitten 42a, 42b nachgeben kann.
Damit kann erreicht werden, dass mechanische Unregelmäßigkeiten an dem Antriebselement
26 beziehungsweise dem Abtriebselement 32 nur einen geringen Einfluss auf die Bewegung
des Hebelelements 30 und in der Folge auf die Bewegung des Abtriebselements 32 hat.
[0029] Durch die Ausbildung der Hebelelemente 30 mit der Ausnehmung 36 des Kopplungsabschnitts
34 kann erreicht werden, dass die Hebelelemente 30 auch über eine Vielzahl von Einspritzvorgängen
mit dem scheibenförmigen Abschnitt 12a des Gehäuses 12 zusammenwirken können, ohne
dass sich das Übertragungsverhalten zwischen den Hebelelementen 30 und dem scheibenförmigen
Abschnitt 12a des Gehäuses 12 entscheidend verändert. 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
insbesondere des Hebelelements 30 und/oder des scheibenförmigen Abschnitts 12a des
Gehäuses 12, wie beispielsweise durch die Erhebungen 44, 44a nur in geringem Maße
oder gar nicht auf die Einspritzmengen des Einspritzventils 10 auswirken.
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 und einen Kopplungsabschnitt (34) aufweist, der mit einem Abschnitt (12a) des
Gehäuses (12) gekoppelt 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 der Kopplungsabschnitt (34) des Hebelelements (30) mindestens eine Ausnehmung (36)
aufweist, mittels der mindestens zwei Kontaktflächen (38) des Kopplungsabschnitts
(34) ausgebildet sind, die voneinander beabstandet sind und an dem Abschnitt (12a)
des Gehäuses (12) anliegen.
2. Hebelvorrichtung (28) nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Kontaktflächen (38)
des Kopplungsabschnitts (34) als konvex gewölbte Flächen ausgebildet sind.
3. Einspritzventil (10), das aufweist
- eine 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 die Ventilnadel (20) in einer Schließposition
einen Fluidfluss durch das Einspritzventil (10) verhindert und ansonsten einen Fluidfluss
durch das Einspritzventil (10) freigibt.
1. Lever device (28) for a fuel injection valve with
- a housing (12) which has a housing recess (14),
- at least one lever element (30) which is arranged in the housing recess (14) and
has a coupling portion (34) which is coupled to a portion (12a) of the housing (12),
- a drive element (26) which is arranged in the housing recess (14) and is coupled
to the at least one lever element (30) to act on the at least one lever element in
the direction of the force-action axis (A), and
- an output element (32) arranged in the housing recess (14) which is coupled to the
at least one lever element (30) such 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 coupling portion (34) of the lever element (30) has at least one recess (36),
by means of which at least two contact faces (38) of the coupling portion (34) are
formed which are spaced apart from each other and lie on the portion (12a) of the
housing (12).
2. Lever device (28) according to Claim 1, wherein the at least two contact faces (38)
of the coupling portion (34) are formed as convex curved faces.
3. Fuel injection valve (10) which comprises
- a lever device (28) according to either of the preceding claims,
- a valve needle (20) which is coupled to the output
element (32) or which forms the output element (32),
wherein the drive element (26) and the valve needle (20) are coupled together via
the lever device (28) such that the valve needle (20) in a closed position prevents
a fluid flow through the fuel injection valve (10), and otherwise allows a fluid flow
through the fuel injection valve (10).
1. Dispositif à levier (28) pour une soupape d'injection, avec :
- un carter (12), qui présente un évidement de carter (14),
- au moins un élément de levier (30), qui se trouve dans l'évidement de carter (14)
et qui comprend une portion de couplage (34) couplée à une portion (12a) du carter
(12),
- un piston (26), qui se trouve dans l'évidement de carter (14) et qui est couplé
avec l'au moins un élément de levier (30) afin d'agir sur l'au moins un élément de
levier en direction d'un axe d'action (A) et
- un élément entrainé (32) disposé dans l'évidement de carter (14), qui est couplé
avec l'au moins un élément de levier (30) de façon à ce que l'élément entrainé (32)
puisse être déplacé à l'aide de l'au moins un élément de levier (30) en direction
de l'axe d'action (A), caractérisé en ce que la portion de couplage (34) de l'élément de levier (30) présente au moins un évidement
(36) à l'aide duquel au moins deux surfaces de contact (38) de la portion de couplage
(34) sont réalisées, qui sont situées à une certaine distance l'une de l'autre et
s'appuient contre la portion (12a) du carter (12).
2. Dispositif à levier (28) selon la revendication 1, les au moins deux surfaces de contact
(38) de la portion de couplage (34) étant réalisées sous la forme de surfaces incurvées
de manière convexe.
3. Soupape d'injection (10) qui comprend :
- un dispositif à levier (28) selon l'une des revendications précédentes,
- une aiguille de soupape (20) qui est couplée à l'élément entrainé (32) ou qui constitue
l'élément entrainé (32), dans laquelle le piston (26) et l'aiguille de soupape (20)
sont couplés entre eux par l'intermédiaire du dispositif à levier (28) de façon à
ce que l'aiguille de soupape (20) empêche, dans une position de fermeture, un écoulement
de fluide à travers la soupape d'injection (10) et sinon, permet un écoulement de
fluide à travers la soupape d'injection (10).