DE10308915A1 - Fuel injector - Google Patents

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Abstract

The device (1) has a piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive actuator (2) and a valve needle (12) that interacts with the actuator and a spring element (3) and has a valve closure body (13) that interacts with a valve seat surface (14). The actuator is at least partly radially enclosed over at least part of its axial length by at least one spring element whose force action moves the valve needle against the actuator's lift direction.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on one Fuel injection valve according to the type of the main claim.

Aus der EP 0 869 278 A1 ist ein Einspritzventil bekannt, welches über einen piezoelektrischen Aktor und ein erstes Federelement verfügt, welches den Aktor über ein Stellglied bzw. einen Aktorkopf gegen ein Gehäuse vorspannt. Das Stellglied bzw. der Aktorkopf wird in dieser Weise in ständiger Anlage mit dem Aktor gehalten. Eine Ventilnadel, welche abspritzseitig des Stellglieds bzw. des Aktorkopfs über das Stellglied bzw. den Aktorkopf mit dem Aktor in Wirkverbindung steht und an deren abspritzseitigem Ende ein Ventilschließkörper ausgebildet ist, wird durch ein zweites Federelement gegen den Aktorkopf bzw. das Stellglied vorgespannt.From the EP 0 869 278 A1 an injection valve is known which has a piezoelectric actuator and a first spring element which prestresses the actuator against a housing via an actuator or an actuator head. The actuator or the actuator head is kept in constant contact with the actuator in this way. A valve needle, which is operatively connected to the actuator on the spray-side of the actuator or the actuator head via the actuator or the actuator head and a valve-closure member is formed on the spray-side end thereof, is biased against the actuator head or the actuator by a second spring element.

Aus dem Stand der Technik ist ebenso bekannt, das erste Federelement radial um den Aktor anzuordnen, um das Stellglied beziehungsweise den Aktorkopf in ständiger Anlage mit dem Aktor zu halten.It is also from the prior art known to arrange the first spring element radially around the actuator, around the actuator or actuator head in constant contact to keep up with the actuator.

Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß durch das hier notwendige zweite Federelement, dessen Kraftwirkung entgegen der Hubrichtung des Aktors wirkt, der bauliche Aufwand zur Herstellung des Brennstoffeinspritzventils und die Anzahl der dazu benötigten Bauteile erheblich erhöht ist. Außerdem sind die Baulänge des Brennstoffeinspritzventils und die Hubverluste deutlich vergrößert. Insbesondere durch die vergrößerten Hubverluste muß der Aktor deutlich länger ausfallen und/oder ein Koppler, welcher zur Hubübersetzung und/oder zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen von Bauteilen dient, muß eingesetzt werden. Auch dies vergrößert die Baulänge des Brennstoffeinspritzventils nachteilig. Die Zuverlässigkeit ist vermindert. Der Leistungsbedarf des Aktors und damit die abzuführende Verlustwärme ist nachteilig erhöht. Durch die insgesamt erhöhte Baulänge des Brennstoffeinspritzventils und insbesondere des Aktors, wirken sich temperaturbedingte Längenänderungen der verwendeten Materialien verstärkt aus.A disadvantage of this known stand the technology is that through the second spring element necessary here, its force counteracts the stroke direction of the actuator acts, the construction effort for production of the fuel injector and the number of components required for this is significantly increased. Moreover are the overall length of the fuel injector and the stroke losses increased significantly. In particular due to the increased stroke losses, the actuator significantly longer fail and / or a coupler, which is used for stroke translation and / or compensation of temperature-related changes in length of components, must be used become. This also increases the overall length of the fuel injector disadvantageous. The reliability is diminished. The power requirement of the actuator and thus the heat loss to be dissipated is disadvantageously increased. By the overall increased overall length of the fuel injector and in particular the actuator temperature-related changes in length of the used materials reinforced out.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß insbesondere auf das zweite Federelement verzichtet werden kann. Dadurch ist eine weitere Reduzierung der Anzahl der Bauelemente und eine geringere Baulänge des Brennstoffeinspritzventils möglich. Die Zuverlässigkeit des Brennstoffeinspritzventils ist erhöht, Hubverluste werden vermieden und auf einen Koppler kann, insbesondere wegen der verkürzten Länge der Bauelemente, verzichtet werden. Außerdem ist der Leistungsbedarf und die Wärmeabgabe des Aktors vorteilhaft vermindert.The fuel injector according to the invention in contrast, with the characteristic features of the main claim Advantage that in particular the second spring element can be dispensed with. This is a further reduction in the number of components and a shorter overall length of the Fuel injector possible. The reliability of the fuel injector is increased, stroke losses are avoided and on a coupler, especially because of the shortened length of the Components to be dispensed with. In addition, the power requirement and the heat emission of the Actuator advantageously reduced.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of the main claim specified fuel injector possible.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils sind die Kräfte, welche durch den im Inneren des Brennstoffeinspritzventils herrschenden Brennstoffdruck in axialer Richtung auf die Ventilnadel wirken, ausgeglichen. In dieser Weise wirken sich insbesondere schwankende Brennstoffdrücke im Brennstoffeinspritzventil nicht auf die Schließ- bzw. Öffnungskräfte aus.In a preferred embodiment of the are fuel injector according to the invention the forces, which prevail due to the inside of the fuel injector Actuate fuel pressure in the axial direction on the valve needle, balanced. In this way, fluctuating fuel pressures in particular act in the fuel injector not on the closing or opening forces.

Vorteilhafterweise wirkt die Kraft des Federelements sowohl bei geschlossenem als auch bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil entgegen der Hubrichtung des Aktors. Das Federelement kann dadurch vorteilhaft mit einer einstellbaren und dauerhaften Vorspannung montiert werden.The force advantageously works of the spring element both when closed and when open Fuel injection valve against the stroke direction of the actuator. The Spring element can thereby advantageously with an adjustable and permanent preload.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ventilnadel am Aktor mittel- oder unmittelbar relativ zum abspritzseitigen Ende des Aktors fixiert. Die Fixierung kann insbesondere durch Schweißen oder Löten hergestellt werden.In a further preferred embodiment the valve needle on the actuator is directly or indirectly relative to spray-side end of the actuator fixed. The fixation can in particular by welding or soldering getting produced.

Vorteilhafterweise ist abspritzseitig des Aktors ein Aktorkopf angeordnet, wobei dieser vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet ist. Der empfindliche Aktor wird dadurch am abspritzseitigen Ende vor mechanischen Einflüssen geschützt und abgeschlossen.It is advantageous on the spray side the actuator, an actuator head is arranged, which is preferably disc-shaped is. The sensitive actuator is thereby at the end on the spray side from mechanical influences protected and completed.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das Federelement am Aktorkopf angreift. Die Federkräfte können so vorteilhaft auf den Aktorkopf, die Ventilnadel und den Aktor übertragen werden.It is also an advantage if the spring element engages the actuator head. The spring forces can advantageously transferred to the actuator head, the valve needle and the actuator become.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Aktor von einem Aktorgehäuse, einem flexiblen Abschnitt und der Ventilnadel hermetisch dicht eingeschlossen. Die Funktion des Aktors wird dadurch sichergestellt, insbesondere indem der Aktor in dieser Weise vor einem Kontakt mit Brennstoff geschützt ist.In a further preferred embodiment is the actuator of an actuator housing, a flexible section and the valve needle hermetically sealed. This ensures the function of the actuator, in particular by protecting the actuator from contact with fuel in this way.

Vorzugsweise ist der flexible Abschnitt wellbalg- oder wellrohrförmig ausgebildet und/oder besteht zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Eine hohe Lebensdauer bei gleichzeitig guter mechanischer Festigkeit ist dadurch gewährleistet. Außerdem kann der flexible Abschnitt dadurch besonders einfach hergestellt und gefügt werden.Preferably, the flexible section bellows or corrugated tube formed and / or consists at least partially of metal, in particular Steel. A long service life with good mechanical This ensures strength. Moreover the flexible section can thus be produced particularly easily and added become.

Vorteilhafterweise besteht das Ventilgehäuse und/oder das Aktorgehäuse aus einem Material mit geringer bzw. vernachlässigbar geringer Wärmeausdehnung, insbesondere aus Invarstahl.The valve housing and / or advantageously consists the actuator housing made of a material with low or negligible thermal expansion, especially from Invar steel.

Vorteilhaft ist es auch, wenn das Aktorgehäuse radial wenigstens zum Teil von Brennstoff umströmt ist.It is also advantageous if that actuator housing is radially at least partially flowed around by fuel.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:An embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and in the following Description closer explained. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils. 1 is a schematic representation of an embodiment of a fuel injector according to the invention.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

Das dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 ist als Brennstoffeinspritzventil 1 für Brennstoffeinspritzanlagen für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht weiter dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine geeignet.The fuel injector shown 1 is as a fuel injector 1 suitable for fuel injection systems for mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines for the direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, not shown.

In einem rundzylindrischen Ventilgehäuse 18, welches sich am abspritzseitigen Ende konusförmig verjüngt, ist im oberen, zuströmseitigen Teil, quer zu einer Mittelachse 17 des Brennstoffeinspritzventils 1, ein lochscheibenförmiges Zwischenelement 8 angeordnet. Das Zwischenelement 8 ist im Bereich seiner radialen Außenfläche mit der Innenwand des Ventilgehäuses 18 beispielsweise durch eine nicht dargestellte Schweißnaht gefügt und weist einen Brennstoffkanal 11 in Form einer Bohrung auf.In a round cylindrical valve housing 18 , which tapers conically at the spray-side end, is in the upper, inflow-side part, transverse to a central axis 17 of the fuel injector 1 , a perforated disc-shaped intermediate element 8th arranged. The intermediate element 8th is in the area of its radial outer surface with the inner wall of the valve housing 18 for example joined by a weld, not shown, and has a fuel channel 11 in the form of a hole.

Ein hohlzylindrisches Aktorgehäuses 7 greift mit einem zuströmseitig ausgebildeten kolbenförmigen Bolzen 22 koaxial durch das Zwischenelement 8, wobei der Durchmesser des Bolzens 22 kleiner ist als der Durchmesser des übrigen Aktorgehäuses 7. Der Bolzen 22 ist zum übrigen Teil des Aktorgehäuses 7 koaxial angeordnet. Außerdem weist der Bolzen 22 ein Gewinde 10 auf, welches in diesem Ausführungsbeispiel als Außengewinde ausgeführt ist.A hollow cylindrical actuator housing 7 engages with a piston-shaped pin on the inflow side 22 coaxially through the intermediate element 8th , the diameter of the bolt 22 is smaller than the diameter of the rest of the actuator housing 7 , The bolt 22 is part of the actuator housing 7 arranged coaxially. In addition, the bolt has 22 a thread 10 on, which is designed in this embodiment as an external thread.

Zuströmseitig weist das Aktorgehäuse 7 radial neben dem Bolzen 22 eine umlaufende Schulter 23 auf, die unter Zwischenlage eines Zwischenlagekörpers 9' auf dem Zwischenelement 8 in einer im Zwischenelement 8 ausgebildeten Ausnehmung 24 aufliegt. Die Ausnehmung 8 verhindert eine Verschiebung des Aktorgehäuses 7 in radialer Richtung. Das Aktorgehäuse 7 wird durch eine zuströmseitig des Zwischenelements 8 angeordnete Mutter 21, welche ein nicht dargestelltes, in das Außengewinde 10 eingreifendes Innengewinde aufweist, in die Ausnehmung 24 gezogen und dort fixiert. Zuströmseitig wird das Ventilgehäuse 18 von einem Deckel 19, welcher eine Brennstoffzufuhr 20 in Form einer Öffnung aufweist, abgeschlossen.The actuator housing faces on the inflow side 7 radially next to the bolt 22 a circumferential shoulder 23 on, with the interposition of an intermediate body 9 ' on the intermediate element 8th in one in the intermediate element 8th trained recess 24 rests. The recess 8th prevents displacement of the actuator housing 7 in the radial direction. The actuator housing 7 is by an upstream side of the intermediate element 8th ordered mother 21 , which is not shown, in the external thread 10 engaging internal thread in the recess 24 pulled and fixed there. The valve housing is on the inflow side 18 from a lid 19 which is a fuel supply 20 has in the form of an opening, completed.

In dem Aktorgehäuses 7 ist ein Aktor 2, ein rohrförmiges Federelement 3, ein plattenförmiger Aktorfuß 5 und ein plattenförmiger Aktorkopf 4 angeordnet. Der stabförmige Aktor 2 ist zwischen dem zuströmseitig angeordneten Aktorfuß 5 und dem auströmseitig angeordneten Aktorkopf 4 durch das Federelement 3 vorgespannt. Das Federelement 3 umgibt den Aktor 2 radial, ist mit seinem zuströmseitigen Ende im Bereich des Außenumfangs des Aktorfußes 5 gefügt und mit seinem abströmseitigen Ende im Bereich des Außenumfangs des Aktorkopfs 4 beispielsweise stoffschlüssig verbunden. Am abströmseitigen Ende des Aktorgehäuses 7 ist ein in diesem Ausführungsbeispiel aus Stahl bestehender, rohrförmiger und wellbalgförmiger flexibler Abschnitt 6 hermetisch dicht gefügt. Der flexible Abschnitt 6 ist ebenso im Bereich des Außenumfangs der Ventilnadel 12 gefügt.In the actuator housing 7 is an actor 2 , a tubular spring element 3 , a plate-shaped actuator foot 5 and a plate-shaped actuator head 4 arranged. The rod-shaped actuator 2 is between the actuator base arranged on the inflow side 5 and the actuator head arranged on the outlet side 4 through the spring element 3 biased. The spring element 3 surrounds the actuator 2 radial, is with its inflow end in the area of the outer circumference of the actuator foot 5 joined and with its downstream end in the area of the outer circumference of the actuator head 4 for example cohesively connected. At the downstream end of the actuator housing 7 is a tubular and corrugated bellows-shaped flexible section consisting of steel in this embodiment 6 hermetically sealed. The flexible section 6 is also in the area of the outer circumference of the valve needle 12 together.

Eine Ventilnadel 12, welche zuströmseitig mit dem Aktorkopf 4 beispielsweise durch eine nicht dargestellte Schweißung verbunden ist, weist abspritzseitig einen Ventilschließkörper 13 auf, der mit einer an einem Ventilsitzkörper 15 ausgebildeten Ventilsitzfläche 14 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.A valve pin 12 which upstream side with the actuator head 4 connected, for example by a weld, not shown, has a valve closing body on the spray side 13 on that with one on a valve seat body 15 trained valve seat 14 cooperates to form a sealing seat.

Durch die Dicke des Zwischenlagekörpers 9 wird die Kraft bestimmt, mit welcher der Ventilschließkörper 13 gegen den Dichtsitz vorgespannt ist.Due to the thickness of the intermediate body 9 the force with which the valve closing body is determined 13 is biased against the sealing seat.

Der in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von nicht weiter dargestellten Schichten bestehende, im Querschnitt quadratische, piezoelektrische, elektrostriktive oder magnetostriktive Aktor 2 wird über nicht weiter dargestellte elektrische Leitungen kontaktiert. Wird der Aktor 2 angeregt, so dehnt sich der Aktor 2 aus und drückt die Ventilnadel 12 in Abspritzrichtung, entgegen der Federkraft des Federelements 3. Der Ventilschließkörper 13 hebt von der Ventilsitzfläche 14 ab und der über den Brennstoffkanal 11 und die Brennstoffzufuhr 20 zugeführte Brennstoff wird über eine Abspritzöffnung 16 in den nicht dargestellten Brennraum abgespritzt.The actuator in this exemplary embodiment consisting of a plurality of layers, not shown, with a square cross section, piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive actuator 2 is contacted via electrical lines not shown. Becomes the actuator 2 excited, the actuator stretches 2 and pushes the valve needle 12 in the spray direction, against the spring force of the spring element 3 , The valve closing body 13 lifts from the valve seat 14 now and then over the fuel channel 11 and the fuel supply 20 supplied fuel is through a spray orifice 16 hosed into the combustion chamber, not shown.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch für beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1, insbesondere innen öffnende Brennstoffeinspritzventile, geeignet.The invention is not limited to the exemplary embodiments shown and also for any other construction of fuel injection valves 1 , in particular inside fuel injectors, are suitable.

Claims (12)

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2) und einer mit dem Aktor (2) und einem Federelement (3) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (12), die an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (13) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (14) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (2) über wenigstens einen Teil seiner axialen Länge wenigstens teilweise radial von zumindest einem Federelement (3) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwirkung des zumindest einen Federelements (3) die Ventilnadel (12) entgegen der Hubrichtung des Aktors (2) bewegt.Fuel injector ( 1 ), in particular for injecting fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine, using a piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive actuator ( 2 ) and one with the actuator ( 2 ) and a spring element ( 3 ) valve needle in operative connection ( 12 ) that have a valve closing body ( 13 ) with a valve seat surface ( 14 ) cooperates to form a sealing seat, the actuator ( 2 ) over at least part of its axial length at least partially radially from at least one spring element ( 3 ) is surrounded, characterized in that the force of the at least one spring element ( 3 ) the valve needle ( 12 ) against the stroke direction of the actuator ( 2 ) emotional. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwirkung des in Hubrichtung auf die Ventilnadel (12) mittel- oder unmittelbar wirkenden Brennstoffdrucks genauso groß ist wie die Kraftwirkung des Brennstoffdrucks, welcher entgegen der Hubrichtung mittel- oder unmittelbar auf die Ventilnadel (12) wirkt.Fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the force acting on the valve needle (in the lifting direction 12 ) medium or direct acting fuel pressure is just as great as the force effect of the fuel pressure, which acts against the stroke direction directly or indirectly on the valve needle ( 12 ) works. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwirkung des Federelements (3) sowohl bei geschlossenem als auch bei geöffnetem Brennstoffeinspritzventil (1) entgegen der Hubrichtung des Aktors (2) wirkt.Fuel injection valve according to Claim 1 or 2, characterized in that the force effect of the spring element ( 3 ) with both closed and open fuel injector ( 1 ) against the stroke direction of the actuator ( 2 ) works. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (12) am Aktor (2) mittel- oder unmittelbar, positionsfest relativ zum abspritzseiten Ende des Aktors (2), stoff-, form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Löten, gefügt ist.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the valve needle ( 12 ) on the actuator ( 2 ) directly or indirectly, fixed in position relative to the spray-side end of the actuator ( 2 ), material, form and / or force fit, in particular by welding or soldering. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abspritzseitig des Aktors (2) ein Aktorkopf (4) angeordnet ist.Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the spray side of the actuator ( 2 ) an actuator head ( 4 ) is arranged. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktorkopf (4) scheibenförmig ausgebildet ist.Fuel injection valve according to Claim 5, characterized in that the actuator head ( 4 ) is disc-shaped. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (3) am Aktorkopf (4) angreift.Fuel injection valve according to Claim 5 or 6, characterized in that the spring element ( 3 ) on the actuator head ( 4 ) attacks. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (2) von einem Aktorgehäuse (7), einem flexiblen Abschnitt (6) und der Ventilnadel (12) hermetisch dicht eingeschlossen ist.Fuel injection valve according to one of Claims 5 to 7, characterized in that the actuator ( 2 ) from an actuator housing ( 7 ), a flexible section ( 6 ) and the valve needle ( 12 ) is hermetically sealed. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (6) wellbalg- oder wellrohrförmig ausgebildet ist.Fuel injection valve according to Claim 8, characterized in that the flexible section ( 6 ) is bellows or corrugated tube-shaped. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (6) zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, besteht.Fuel injection valve according to Claim 8 or 9, characterized in that the flexible section ( 6 ) consists at least partially of metal, in particular steel. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, das Aktorgehäuse (7) und/oder ein Ventilgehäuse (18) aus einem Material mit geringer oder keiner Wärmeausdehnung, insbesondere aus Invarstahl, bestehen.Fuel injection valve according to one of Claims 8 to 10, characterized in that the actuator housing ( 7 ) and / or a valve housing ( 18 ) consist of a material with little or no thermal expansion, in particular Invar steel. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (7) radial wenigstens zum Teil von Brennstoff umströmt ist.Fuel injection valve according to one of Claims 8 to 11, characterized in that the actuator housing ( 7 ) is at least partially radially surrounded by fuel.
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