DE10137210B4

DE10137210B4 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10137210B4
Application number: DE2001137210
Authority: DE
Inventors: Matthias Boee
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: DE10137210A1; WO2003012283A1

Abstract

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (15), der über einen hydraulischen Koppler (19) einen an einer Ventilnadel (2) ausgeformten nach außen öffnenden Ventilschließkörper (3) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (4) zu einem Ventildichtsitz (5) zusammenwirkt,
wobei eine Aktorkopffeder (22), die sich an einer einstückig mit dem Ventilkörper (7) ausgebildeten Trennscheibe (23) abstützt, mit einer Vorspannkraft auf den Aktor (15) drückt,
wobei der Koppler (19) einen Geberkolben (12) und einen Nehmerkolben (9) aufweist mit einem zwischen dem Geberkolben (12) und dem Nehmerkolben (9) angeordneten Druckraum (14) und einem Kopplerfederelement (17), das eine Vorspannkraft auf den Geberkolben (12) gegen eine Arbeitsrichtung erzeugt,
wobei das Kopplerfederelement (17) an einem aktorseitigen Ende des Geberkolbens (12) angreift, außerhalb des Druckraums (14) angeordnet ist und sich gegen eine gehäusefeste Federanlage (18) eines Ventilkörpers (7) abstützt und
wobei das Kopplerfederelement (17) eine den Geberkolben...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 195 00 706 A1 ist ein hydraulischer Koppler für einen piezoelektrischen Aktor eines Brennstoffeinspritzventils mit einer nach außen öffnenden Ventilnadel bekannt, bei der ein Geberkolben und ein Nehmerkolben in einer gemeinsamen Symmetrieachse angeordnet sind und eine Hydraulikkammer zwischen den beiden Kolben angeordnet ist. In der Hydraulikkammer ist eine Kopplerfeder angeordnet, die den Geberkolben und den Nehmerkolben auseinander drückt, wobei der Geberkolben in Richtung des Aktors und der Nehmerkolben in einer Arbeitsrichtung zu einer Ventilnadel hin vorgespannt werden. Weiterhin ist in der Hydraulikkammer eine Tellerfeder angeordnet, die an den Geberkolben an seinem dem Nehmerkolben zugewandten Ende angreift und sich gegen eine Stufung eines Ventilkörpers abstützt. Wenn der Aktor auf den Geberkolben eine Hubbewegung überträgt, wird diese Hubbewegung durch den Druck eines Hydraulikfluids in der Hydraulikkammer auf den Nehmerkolben übertragen, da das Hydraulikfluid in der Hydraulikkammer sich nicht zusammenpressen läßt und nur ein geringer Anteil des Hydraulikfluids durch Ringspalte zwischen Geberkolben und einer Führungsbohrung und Nehmerkolben und einer Führungsbohrung während des kurzen Zeitraumes eines Hubes entweichen kann.
In der Ruhephase, wenn der Aktor keine Druckkraft auf den Geberzylinder ausübt, werden durch die Feder der Geberkolben und der Nehmerkolben auseinander gedrückt und durch den entstehenden Unterdruck dringt über die Ringspalte das Hydraulikfluid in die Hydraulikkammer ein und füllt diese wieder auf. Dadurch stellt der Wegtransformator sich automatisch auf Längenausdehnungen und druckbedingte Dehnungen eines Brennstoffeinspritzventils ein.
Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß die zwischen Geberkolben und Nehmerkolben angeordnete Kopplerfeder entgegen der Kraft einer Schließfeder der nach außen öffnenden Ventilnadel wirkt und somit die Schließbewegung der Ventilnadel verzögert und die Abdichtwirkung der Ventilnadel in einem Ventilsitz reduziert. Die Federkraft der Kopplerfeder kann daher nur einen Bruchteil der Spannkraft der Schließfeder der Ventilnadel betragen. Durch die in der Hydraulikkammer angeordnete Tellerfeder, die sich gegen den Ventilkörper abstützt, kann keine ausreichend große Vorspannkraft des Geberkolbens gegenüber dem Aktor bewirkt werden, da durch den engen Einbauraum sowie den kurzen wirksamen Weg der Tellerfeder die Anpassungsmöglichkeiten an den benötigten Kraftverlauf beschränkt sind.
Dies führt zu einer relativ langen Wiederbefüllzeit der Hydraulikkammer zwischen den Betätigungszeiten des Aktors, wenn durch die Kraft der Kopplerfeder Geberkolben und Nehmerkolben auseinander gedrückt werden und über die Ringspalte Brennstoff in die Hydraulikkammer nachfließt. Für eine geringe Wiederbefüllzeit ist eine starke Vorspannung durch die Kopplerfeder nötig, die durch den dargelegten Stand der Technik nur schlecht zu verwirklichen ist.
Die DE 198 39 125 C1 beschreibt ein Brennstoffeinspritzventil mit einer hydraulischen Kopplung zwischen einem Nehmerkolben und einem Geberkolben. Dabei wird der Geberkolben von einer primärseitigen Rückstelleinrichtung vom Druckraum weggedrückt. Diese Rückstelleinrichtung sorgt sowohl für eine Vorspannung des Aktors als auch die Rückstellung des Geberkolbens in die Ruhestellung bei Relaxierung des Aktors.
Das Brennstoffeinspritzventil mit hydraulischem Hubtransformator in DE 198 43 535 A1 weist lediglich eine Vorspannfeder zur Vorspannung des Aktors auf. Es ist keine weitere Rückstelleinrichtung vorgesehen, die an den Geberkolben angreift.
Die DE 43 06 072 A1 lehrt ein Einspritzventil mit hydraulischem Hubtransformator zwischen einem Geberkolben und einem Nehmerkolben. Zur Vorspannung und auch zur Rückstellung des Aktors in die Ruhelage, wird eine Feder, hier eine starke Tellerfeder, zwischen Geberkolben und einem Vorsprung der Gehäusewand eingespannt. Eine Feinabstimmung der durch die Tellerfeder erzeugten Zugkraft auf den Geberkoben und damit die Vermeidung entstehender Kavitationsbläschen in der Hydraulikflüssigkeit wird durch eine Druckbeaufschlagung des Hydraulikreservoirs erreicht.
Die DE 196 42 441 A1 beschreibt ein Brennstoffeinspritzventil mit hydraulischer Kopplung mit lediglich einer Rückstelleinrichtung für den Nehmerkolben. Der Geberkolben ist direkt mit dem Piezoaktor verbunden.
In gleicher Weise zeigt das die EP 0 477 400 A1 keine Rückstellungseinrichtung auf, die auf den Geberkolben wirkt. Die beschriebene Rückstellfeder wirkt auf den Nehmerkolben ein und sorgt für den Verschluss des Vertilschließkörpers mit dem Ventilsitz.
Die DE 199 50 760 A1 beschreibt ein Brennstoffeinspritzventil mit einer Schließfeder, die sich sowohl am Geberkolben als auch am Nehmerkolben abstützt. Sie ist jedoch nicht außerhalb des Druckraums angeordnet und stützt sich nicht gegen eine gehäusefeste Federanlage eines Ventilkörpers ab.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Kopplerfeder nicht gegen die Schließkraft einer Schließfeder der Ventilnadel wirkt und somit die Schließdynamik und die abdichtende Wirkung des Dichtsitzes des Ventilkörpers an der Ventilsitzfläche nicht vermindert wird.
Weiterhin vorteilhaft wird die Wiederbefüllzeit der Hydraulikkammer minimiert.
Durch eine entsprechend kräftige Dimensionierung und Auslegung des Aktors kann die Vorspannkraft der Kopplerfeder auf den Aktor ausgeglichen werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhaft ist der Nehmerkolben mit der Ventilnadel kraftschlüssig verbunden.
Dadurch ist keine weitere Feder nötig, die den Nehmerkolben an der Ventilnadel in Anlage hält.
In günstiger Ausführungsform sind Geberkolben und Nehmerkolben in einer gemeinsamen Bohrung geführt.
Dadurch ist die Herstellung wesentlich vereinfacht, da lediglich eine exakt gefertigte Bohrung erforderlich ist.
Das Kopplerfederelement kann eine den Geberkolben umschließende Spiralfeder sein.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 weist eine Ventilnadel 2 mit einem Ventilschließkörper 3 auf. Der Ventilschließkörper 3 wirkt mit einer Ventilsitzfläche 4 zu einem Ventildichtsitz 5 zusammen. Die Ventilsitzfläche 4 ist in einem Ventilsitzabschnitt 6 eines Ventilkörpers 7 ausgeformt, wobei der Ventilsitzabschnitt 6 einem nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandt ist und der Ventilschließkörper 3 durch eine Bewegung in Richtung des Brennraums den Ventildichtsitz 5 öffnet. Es handelt sich um ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit nach außen öffnender Ventilnadel 2.
Mit der Ventilnadel 2 ist über eine Schweißnaht 8 kraftschlüssig ein Nehmerkolben 9 verbunden. An dem Nehmerkolben 9 liegt eine Ventilschließfeder 10 an, die sich gegen eine Federauflage 11 des Ventilsitzabschnitts 6 abstützt.
Der Nehmerkolben 9 ist ebenso wie ein Geberkolben 12 in einer Führungsbohrung 13 geführt. Zwischen Geberkolben 12 und Nehmerkolben 9 wird in der Führungsbohrung 13 ein Druckraum 14 gebildet.
An dem Geberkolben 12 ist an seiner einem Aktor 15 des Brennstoffeinspritzventils 1 zugewandten Seite eine Kolbenfederanlage 16 ausgeformt. Eine Kopplerfeder 17 liegt an der Kolbenfederanlage 16 an und stützt sich über eine Federanlage 18 des Ventilkörpers 7 ab. Durch die Federkraft der Kopplerfeder 17 wird der Geberkolben 12 in Richtung des Aktors 15 vorgespannt. Nehmerkolben 9, Geberkolben 12, Druckraum 14, Führungsbohrung 13 und Kopplerfeder 17 bilden einen hydraulischen Koppler 19. Die Kopplerfeder 17 ist als Spiralfeder ausgebildet.
Der Geberkolben 12 liegt an einem Stößel 20 eines Aktorkopfes 21 an. Über eine Aktorkopffeder 22 wird der Aktorkopf 21 mit einer Vorspannkraft gegen den Aktor 15 gedrückt. Eine Trennscheibe 23 ist einstückig mit dem Ventilkörper 7 ausgebildet und von einer Bohrung 24 durchdrungen, durch die der Stößel 20 hindurchgeführt ist. Über eine Schweißnaht 25 ist mit dem Stößel 20 dichtend ein Wellrohr 26 verbunden, das über eine weitere Schweißnaht 27 dichtend mit der Trennscheibe 23 verbunden ist. Durch Trennscheibe 23 und Wellrohr 26 wird ein Aktorraum 28 von einem oberen Brennstoffraum 29 getrennt und gegenüber diesem abgedichtet. Wenn der Aktor 15 auf den Aktorkopf 21 eine Hubkraft ausübt und über den Stößel 20 eine Hubbewegung an den Geberkolben 12 überträgt, kann das Wellrohr 26 dieser Hubbewegung durch Ausdehnung elastisch folgen und den oberen Brennstoffraum 29 gegenüber dem Aktorraum 28 abdichten.
Über einen Brennstoffzulauf 30 gelangt der Brennstoff in den oberen Brennstoffraum 29 und über eine Brennstoffbohrung 31 in einen unteren Brennstoffraum 32 und zu dem Ventildichtsitz 5.
Wenn der Aktor 15 über den Aktorkopf 21 und den Stößel 20 auf den Geberkolben 12 eine Hubbewegung überträgt, wird auf den Brennstoff in dem Druckraum 14 Druck ausgeübt. Da der Brennstoff als Flüssigkeit nahezu inkompressibel ist, wird die Hubbewegung über den Nehmerkolben 9 auf die Ventilnadel 2 und den Ventilschließkörper 3 übertragen. Der Ventilschließkörper 3 wird aus dem Ventildichtsitz 5 angehoben und das Brennstoffeinspritzventil 1 öffnet.
Wenn der Aktor 15 in seine Ruhelage zurückkehrt und der Aktorkopf 21 durch die Aktorkopffeder 22 ebenfalls in seine Ausgangslage zurückgezogen wird, wird der Geberkolben 12 von der Kopplerfeder 17 aus der Führungsbohrung 13 gezogen. Der Nehmerkolben 9 und die Ventilnadel 2 werden durch den Ventidichtsitz 5 als Anschlag in ihrer Ausgangslage gehalten. Durch die relativ große Federkraft der Kopplerfeder 17 entsteht daher ein Unterdruck in dem Druckraum 14 und Brennstoff fließt über den Ringspalt zwischen der Führungsbohrung 13 und dem Geberkolben 12 aus dem oberen Brennstoffraum 29 einerseits und den Ringspalt zwischen dem Nehmerkolben 9 und dem unteren Brennstoffraum 32 andererseits nach.
Der unvermeidlich auftretende Verlust an Brennstoff im Druckraum 14 während der Hubphase des Aktors 15 wird vorteilhaft rasch ausgeglichen. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Brennstoffeinspritzventils 1 wirkt die Federkraft der Kopplerfeder 17 nicht gegen die Federkraft der Ventilschließfeder 10.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (15), der über einen hydraulischen Koppler (19) einen an einer Ventilnadel (2) ausgeformten nach außen öffnenden Ventilschließkörper (3) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (4) zu einem Ventildichtsitz (5) zusammenwirkt, wobei eine Aktorkopffeder (22), die sich an einer einstückig mit dem Ventilkörper (7) ausgebildeten Trennscheibe (23) abstützt, mit einer Vorspannkraft auf den Aktor (15) drückt, wobei der Koppler (19) einen Geberkolben (12) und einen Nehmerkolben (9) aufweist mit einem zwischen dem Geberkolben (12) und dem Nehmerkolben (9) angeordneten Druckraum (14) und einem Kopplerfederelement (17), das eine Vorspannkraft auf den Geberkolben (12) gegen eine Arbeitsrichtung erzeugt, wobei das Kopplerfederelement (17) an einem aktorseitigen Ende des Geberkolbens (12) angreift, außerhalb des Druckraums (14) angeordnet ist und sich gegen eine gehäusefeste Federanlage (18) eines Ventilkörpers (7) abstützt und wobei das Kopplerfederelement (17) eine den Geberkolben (12) umschließende Spiralfeder ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nehmerkolben (9) mit der Ventilnadel (2) kraftschlüssig verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Geberkolben (12) und Nehmerkolben (9) in einer gemeinsamen Bohrung (13) geführt sind.