DE10149915A1

DE10149915A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10149915A1
Application number: DE10149915A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-04-24
Also published as: US20040061003A1; US7032833B2; WO2003033905A1; EP1436499B1; EP1436499A1; JP2005505719A; JP4191603B2; DE50212877D1

Abstract

Bei einem Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere einem Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, ist ein piezoelektrischer oder magnetostriktiver Anker (2) von einer Kompensationshülse (6) umgeben. Die Kompensationshülse (6) besteht aus einem Werkstoff mit nahezu keiner oder negativer Temperaturdehnung, so daß die Temperaturdehnung der Kompensationshülse (6) sowie eines oberen Ventilkörperabschnitts (3) und/oder unteren Ventilkörperabschnitts (13) der Temperaturdehnung des Aktors (2) und wirkender Übertragungselemente (7, 9) zum Ventildichtsitz im wesentlichen entspricht. Die Kompensationshülse (6) wird radial außen von einer Federhülse (17) umfaßt, die den unteren Ventilkörperabschnitt (13) mit dem oberen Ventilkörperabschnitt (3) verbindet und die Kompensationshülse (6) auf Druck vorspannt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE 195 38 791 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, das eine in einem Ventilkörper geführte piezoelektrische Einrichtung aufweist, deren mit einem nadelähnlichen Ventilschließkörper zusammenwirkender Piezoaktor in einem dem Schließkörper abgewandten Endstück fest eingespannt ist und bei Aktivierung den Ventilschließkörper von einem Ventilsitz abhebt. Das Endstück ist mit dem den Piezoaktor eng umgebenden Ventilkörper fest verbunden. Der Ventilkörper besteht aus einem die temperaturbedingten Längenänderungen des Piezoaktors zumindest annähernd ausgleichenden Werkstoff.

In einer Ausführungsform ist aus der DE 195 38 791 A1 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, dessen Ventilkörper als zweiteilige Hülse ausgebildet ist, die koaxial zueinander liegende Hülsenteile aufweisen. Diese Hülsenteile sind in einer gedachten Längsrichtung des Brennstoffeinspritzventils aufeinander abfolgend angeordnet und bestehen aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten. Diese Werkstoffe sind beispielsweise Stahl und Invar. Die Summe der temperaturbedingten Dehnungen dieser beiden Hülsenteile entspricht der temperaturbedingten Dehnung des Piezoaktors und von Verbindungselementen zu dem Ventilschließkörper.

Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß auch die Hülse, die eine sehr geringe oder keine Temperaturausdehnung aufweist und aus einem teuren Werkstoff besteht, alle Funktionen eines Ventilkörpers erfüllen muß. Die Hülse wird somit nicht nur auf Druck, sondern auch auf Zug belastet und muß dementsprechend gefertigt sein und Befestigungsmittel vorsehen. Dies bedeutet, daß Gewinde oder ähnliches vorzusehen sind und ein erhöhter Materialverbrauch nötig ist, da diese Befestigungsmittel Bauvolumen kosten. Weiterhin ist nachteilig, daß eine Umkonstruktion der Hülse nötig ist, wenn nur geringe Änderungen an der Baulänge oder den Materialeigenschaften des Aktors vorgenommen werden, da allein die wirksame Länge der Hülle das Maß der Temperatur- Gesamtdehnung festlegt.

Aus der EP 0 869 278 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem steuerbaren Aktor bekannt, der in ein Aktorgehäuse eingebracht ist, das fest mit einem Ventilkörper verbunden ist. Der Aktor steht in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel, wobei an der Ventilnadel ein Ventilschließkörper ausgeformt ist, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Ventildichtsitz zusammenwirkt. Das Material des Aktorgehäuses weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der nahezu gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des piezoelektrischen Aktors ist. Das Aktorgehäuse ist in eine Ausnehmung des Ventilkörpers eingesetzt und über einen Flansch, der ungefähr in der Mitte der Längserstreckung des Aktorgehäuses angeordnet ist, mit dem Ventilkörper verschraubt. Die temperaturbedingte Dehnung des Aktors und der Übertragungselemente bis zu dem Ventilschließkörper entspricht der temperaturbedingten Dehnung des Ventilkörpers und des Abschnitts-Aktorgehäuses von dem Flansch bis zu einem Abschlußelement, auf das sich der Aktor abstützt.

Nachteilig an dem dargelegten Stand der Technik ist, daß keine Möglichkeit geboten wird, wie die Ausformung der Befestigung des Aktorgehäuses an dem Ventilkörper in dem Material mit geringer Temperaturdehnung vermieden werden kann. Die Herstellung beispielsweise eines Flansches erfordert bei der Fertigung einen Rohling, der mindestens den Durchmesser des Flansches aufweist und bedingt somit erhebliche Verluste an Material. Dies führt aufgrund des Spezialwerkstoffes zu großen Kosten.

Weiterhin ist nachteilig, daß auch hier keine Möglichkeit vorgesehen ist, eine Feinregulierung vorzunehmen und eine Änderung der Dimensionen oder Eigenschaften des Aktors eine Neukonstruktion und Änderung des Bauteils des Aktorgehäuses erfordert.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Temperaturdehnung durch die Vorspannung der Federhülse genauer eingestellt werden kann. Durch die Vorspannung kann die Temperaturdehnung in geringem Umfang beeinflußt werden und an die Temperaturdehnung des Aktors genauer angepaßt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, daß der Kompensationsabschnitt nicht auf Zug belastet wird und daher einfacher aufgebaut werden kann. Der Materialbedarf an Werkstoffen, die keine oder eine negative Wärmedehnung aufweisen, wird dadurch verringert. Dies spart erhebliche Kosten ein, da diese Werkstoffe sehr teuer sind. Der Kompensationsabschnitt wird allein durch die Einspannung zwischen oberem Ventilkörperabschnitt und unterem Ventilkörperabschnitt gehalten und benötigt kein Bauvolumen und keine Bearbeitung für Verbindungen, wie beispielsweise Gewindebohrungen.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Die Federhülse kann als eine Rohrfeder ausgebildet sein. Vorteilhaft kann so eine Federhülse mit einer Federkonstanten in Richtung der Längsachse der Federhülse bewirkt werden. Die Rohrfeder ist dabei durch in radialen Ebenen angeordnete Schlitze in der Hülse gekennzeichnet, wobei die Stege zwischen den Schlitzen auf einen Schlitz in der nächsten radialen Ebene treffen.

Vorteilhaft ist die Rohrfeder mit dem unteren Ventilkörperabschnitt verschraubt und umgreift den oberen Ventilkörperabschnitt an einem Bund. Durch das Gewinde kann die Vorspannung sehr genau und einfach eingestellt werden, insbesondere, wenn ein Feingewinde verwendet wird.

Die Rohrfeder kann aus Invar besteht. Eine Erniedrigung der Vorspannung bei einer Temperaturerhöhung wird vermieden, wenn die Rohrfeder aus Invar, d. h. einer Nickel/Eisen Legierung, besteht.

In günstiger Ausführung besteht der Kompensationsabschnitt aus Invar. Invar besitzt einen sehr geringen, nahe Null gehenden Temperaturdehnungskoeffizienten. Die Bestimmung der Gesamttemperaturdehnung ist somit einfach, da der Kompensationsabschnitt keine Temperaturdehnung aufweist. Die Bestimmung der Temperaturdehnung erfolgt allein durch die wirksame Baulänge des oberen Ventilkörperabschnitts und des unteren Ventilkörperabschnitts.

Der Kompensationsabschnitt kann die Form eines Zylinders mit plangeschliffenen Abschlußflächen aufweist. Dadurch kann der Kompensationsabschnitt kostengünstig aus einem Halbzeug gefertigt werden. Die Abdichtung kann durch plangeschliffene Flächen erfolgen, die keine weiteren Ausformungen für Dichtungsmittel, wie beispielsweise für einen O-Ring erfordern.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden 1 Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und
Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt durch die Rohrfeder des Brennstoffeinspritzventil in der Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Ein Aktor 2 stützt sich gegen einen oberen Ventilkörperabschnitt 3 ab und wird über eine Anschlußbohrung 4 in dem oberen Ventilkörperabschnitt 3 über hier nicht dargestellte Anschlußleitungen angesteuert. Der Aktor 2 ist in einem Aktorraum 5 angeordnet, der radial nach außen von einer Kompensationshülse 6 begrenzt wird. Der Aktor 2 überträgt eine Hubbewegung über einen Aktorstößel 7 auf eine Ventilnadel 9. An dem Aktorstößel 7 ist über eine Schweißnaht 10 ein Wellrohr 8 befestigt und dichtet den Aktorraum 5 gegenüber einem Brennstoffraum 11 ab. Die Ventilnadel 9 ist mit einem hier nicht dargestellten Ventilschließkörper verbunden, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Ventildichtsitz zusammenwirkt. Eine Führungsbohrung 12 in einem unteren Ventilkörperabschnitt 13 führt die Ventilnadel 9.
Die Ventilnadel 9 weist an ihrem dem Aktorstößel 7 zugewandten Ende einen Bund 14 auf, an dem eine Ventilfeder 15 anliegt und sich gegen den unteren Ventilkörperabschnitt 13 abstützt. Die Ventilfeder 15 drückt die Ventilnadel 9 bei dem hier dargestellten Brennstoffeinspritzventil 1 mit nach außen öffnender Ventilnadel 9 in Richtung des Aktors 2. Über eine Zulaufbohrung 16a im oberen Ventilkörperabschnitt 3, eine Zulaufbohrung 16b in der Kompensationshülse, eine Zulaufbohrung 16c und eine weitere Zulaufbohrung 16d, beide im unteren Ventilkörperabschnitt 13 wird der Brennstoff dem hier nicht dargestellten Ventildichtsitz zugeführt.
Die Kompensationshülse 6 ist radial außen von einer Federhülse 17 umgeben. Die Federhülse 17 ist über ein Gewinde 18 mit dem unteren Ventilkörperabschnitt 13 verbunden. Der obere Ventilkörperabschnitt 3 weist einen Bund 19 auf, um den eine Umbiegung 20 der Federhülse 17 greift. Die Kompensationshülse 6 weist an ihrer Grenzfläche zu dem oberen Ventilkörperabschnitt eine plangeschliffene Fläche 21 auf. Ebenso weist die Kompensationshülse 6 eine weitere plangeschliffene Fläche 22 auf, die über eine radiale Einspannfläche 25 des Wellrohrs 8 an dem unteren Ventilkörperabschnitt 13 anliegt. Die Federhülse 17 ist soweit auf das Gewinde 18 aufgeschraubt, daß sie sich dehnt und eine Vorspannkraft auf die Kompensationshülse 6 ausübt.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch die Federhülse 17 des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Fig. 1. Die Federhülse 17 ist als Rohrfeder 26 ausgebildet, wobei Schlitze 24 in radialen Ebenen angeordnet sind. Verbleibende Materialstege 25 zwischen den Schlitzen 24 treffen in der nächsten radialen Ebene auf einen Schlitz 24. An dem oberen Ende der Rohrfeder 17 befindet sich die Umbiegung 20, die dazu dient, den Bund 19 des oberen Ventilkörperabschnitts zu umgreifen.
Wenn der Aktor 2 durch eine elektrische Spannung angesteuert wird, überträgt er einen Hub auf den Aktorstößel 7, der wiederum die Bewegung auf die Ventilnadel 9 überträgt. Dabei folgt das Wellrohr 8 dieser Hubbewegung elastisch sich verformend und dichtet den Aktorraum 5 ab. Der nicht dargestellte Ventildichtsitz wird geöffnet und Brennstoff wird in einen Brennraum eingespritzt. Nach dem Abfallen der Spannung drückt die Ventilfeder 15 die Ventilnadel 9 in ihre Ausgangslage zurück und drückt zugleich über den Aktorstößel 7 den Aktor 2 auf seine ursprüngliche Länge zusammen.
Bei der mit fortschreitender Betriebsdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgenden Temperaturerhöhung dehnen sich die Ventilnadel 9, der Aktorstößel 7 und der Aktor 2 aus, bzw. verändern ihre Länge. Daraus folgt, daß die für einen Hub der Ventilnadel 9 entscheidende Länge der Bauteile Aktor 2, Aktorstößel 7 und Ventilnadel 9 bis zum Ventildichtsitz sich verändert. Gleichzeitig verändert sich auch die Länge des unteren Ventilkörperabschnitts 13 von dem Ventildichtsitz über die Kompensationshülse 6. Wenn nun die Länge der Kompensationshülse 6 so ausgelegt wird, daß die Temperaturdehnung der beiden beschriebenen Bauteilabfolgen im wesentlichen gleich ist, wird die Temperaturdehnung kompensiert. Dabei kann die Temperaturdehnung der Kompensationshülse 6 zumindest in geringem Maße zusätzlich durch die Vorspannung der Federhülse 17 beeinflußt werden.
Das beschriebene erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 benötigt für die Herstellung der Kompensationshülse 6 nur geringe Mengen an speziellen Werkstoffen, wie z. B. der Legierung Invar, da diese Kompensationshülse 6 nur auf Druck belastet ist und als einfache Zylinderhülse mit zwei planen Flächen ausgeführt wird. Durch die planen Flächen 21, 22 kann in einfacher Art und Weise eine Abdichtung erfolgen. Die Herstellung der Kompensationshülse 6 kann insbesondere aus einem Endloshalbzeug, insbesondere einem geeigneten Rohr erfolgen und es kommt kaum zu Materialverlusten im Rahmen der Fertigung.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2), der eine Ventilnadel (9) und einen mit der Ventilnadel (9) verbundenen Ventilschließkörper betätigt, wobei der Ventilschließkörper mit einer Ventilsitzfläche zu einem Ventildichtsitz zusammenwirkt
und wobei der Aktor (2) von einer Kompensationshülse (6) umgeben ist und die Kompensationshülse (6) aus einem Werkstoff mit nahezu keiner oder negativer Temperaturdehnung besteht, so daß die Temperaturdehnung der Kompensationshülse (6) sowie eines oberen Ventilkörperabschnitts (3) und/oder unteren Ventilkörperabschnitts (13) der Temperaturdehnung des Aktors (2) und wirkender Übertragungselemente (7, 9) zum Ventildichtsitz im wesentlichen entspricht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kompensationshülse (6) radial außen von einer Federhülse (17) umfaßt wird, die den unteren Ventilkörperabschnitt (13) mit dem oberen Ventilkörperabschnitt (3) verbindet und die Kompensationshülse (6) auf Druck vorspannt.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federhülse (17) eine Rohrfeder (26) ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrfeder (26) mit dem unteren Ventilkörperabschnitt (13) über ein Gewinde (18) verbunden ist und den oberen Ventilkörperabschnitt (3) an einem Bund (19) umgreift.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrfeder (26) aus Invar besteht.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationshülse (6) aus Invar besteht.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationshülse (6) die Form eines Zylinders mit plangeschliffenen Abschlußflächen (21, 22) aufweist.