DE10159750A1

DE10159750A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10159750A1
Application number: DE10159750A
Authority: DE
Inventors: Fevzi Yildirim; Guenther Hohl; Michael Huebel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-12
Also published as: EP1454056B1; US20040124274A1; JP2005513336A; KR20040066857A; KR100935810B1; US6892956B2; DE50204560D1; WO2003054382A1; EP1454056A1; JP4335685B2; ATE306614T1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (3), eine durch den Aktor (3) betätigbare Ventilnadel (10), welche mit einem Ventilschließkörper (17) zusammenwirkt, der mit einem Ventilsitzkörper (18) einen Dichtsitz (25) bildet, und eine Rückstellfeder (20) auf, durch welche die Ventilnadel (10) in eine Schließrichtung beaufschlagt ist. Die Ventilnadel (10) ist druckausgeglichen, indem die Kraft, die der Brennstoffdruck in Öffnungsrichtung auf die Ventilnadel (10) ausübt, etwa gleich der Kraft ist, die der Brennstoffdruck in Schließrichtung auf die Ventilnadel (10) ausübt.

Description

Stand der Technik

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

Beispielsweise ist aus der DE 195 34 445 C2 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches eine in einem Düsenkörper axial bewegliche Düsennadel, welche durch ein piezoelektrisches Stellglied betätigbar ist und durch eine Druckfeder in Schließstellung gehalten wird. Die Brennstoffzufuhr erfolgt dabei von einer externen Quelle mit frei einstellbarem Druck. Die Düsennadel weist eine Zentralbohrung auf, wobei das Stellglied die Düsennadel konzentrisch umgibt und mittels Dichtflächen gegen den Brennstoffdruck abgedichtet ist.

Nachteilig an dem aus der DE 195 34 445 C2 bekannten Einspritzventil ist insbesondere, daß der Hub des Aktors durch den Einfluß des Brennstoffdruckes trotz der Dichtflächen so stark variieren kann, daß ein zur Kompensation der thermischen Längenänderungen vorgesehener Luftspalt zwischen dem Aktor und der Ventilnadel so groß wird, daß das Ventil nicht geöffnet werden kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die konstruktive Gestaltung der Ventilnadel eine Entlastung des Aktors durch Druckausgleich der Ventilnadel erlaubt. Die Ventilnadel erfährt im geschlossenen Zustand des Brennstoffeinspritzventils in axialer Richtung keine Druckkraftkomponente. Dadurch wird der Aktor entlastet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Die Kräftefreiheit der Ventilnadel kann dadurch herbeigeführt werden, daß die Ventilnadel mit einer flexiblen Dichtung in Verbindung steht und die Verbindungsstelle mit der flexiblen Dichtung den gleichen radialen Abstand von der Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils aufweist wie der Dichtsitz.

Insbesondere ist von Vorteil, daß zwischen der Ventilnadel und einer Ventilnadelführung ein Drosselspalt ausgebildet ist, welcher den dynamischen Anteil des Druckes abfängt. Dadurch erreichen Druckschwingungen die Wellrohrdichtung nicht mehr.

Vorteilhafterweise sorgt eine zwischen einer ringförmigen Ventilnadelführung und dem Gehäuse des Brennstoffeinspritzventils ausgebildete Drosselstelle dafür, daß Druckschwingungen durch den das Brennstoffeinspritzventil durchströmenden Brennstoff nicht auf die Ventilnadel übertragen werden können. Dadurch ist auch der Aktor frei von mechanischen Druckbelastungen durch den Brennstoff.

Weiterhin ist von Vorteil, daß der Innendurchmesser der Ventilnadelführung dem Innendurchmesser des Dichtsitzes entspricht, so daß die Ventilnadel und der mit ihr in Wirkverbindung stehende Betätigungskörper axial geführt sind und dadurch Versätze der Ventilnadel und des Betätigungskörpers vermieden werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein in Fig. 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist in Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt ein Gehäuse 2, in dem ein Aktor 3 angeordnet ist. Der Aktor 3 besteht dabei beispielsweise aus mehreren Schichten 4, die aus einem piezoelektrisch erregbaren Material bestehen und beispielsweise miteinander verklebt sind. Der Aktor 3 stützt sich zulaufseitig an einem Gehäusebauteil 5 und abströmseitig an einem Aktorkopf 6 ab. Eine Vorspannfeder 7, welche sich einerseits an einer Schulter 8 des Aktorkopfes 6 und andererseits an einem Zwischenbauteil 9 abstützt, bringt den Aktor 3 auf Vorspannung.
Abströmseitig des Aktorkopfes 6 ist eine Ventilnadel 10 angeordnet. Zwischen dem Aktorkopf 6 und der Ventilnadel 10ist dabei ein Luftspalt 11 ausgebildet. Die Ventilnadel 10 durchgreift das Zwischenbauteil 9, wobei die Ventilnadel 10 mit dem Zwischenbauteil 9 über eine flexible Dichtung 12, vorzugsweise eine flexible Wellrohrdichtung 12, gegen den das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff abgedichtet ist. Die Wellrohrdichtung 12 ist mit dem Zwischenbauteil 9 und der Ventilnadel 10 jeweils verschweißt. Das Gehäuse 2 und das Zwischenbauteil 9 sind mittels eines Dichtrings 13 gegeneinander abgedichtet.
Die Ventilnadel 10 durchgreift das beispielsweise mit einem U-förmigen Querschnitt versehene Zwischenbauteil 9 so, daß ein abströmseitiger Schenkel 14 des Zwischenbauteils 9 als Ventilnadelführung dient. Die Ventilnadel 10 kann beispielsweise aus Gründen der besseren Schaltdynamik eine Ausnehmung 15 aufweisen.
Abströmseitig der Ventilnadel 10 ist ein Betätigungskörper 16 angeordnet, der an seinem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 17 aufweist. Der Ventilschließkörper 17 wirkt mit einer Ventilsitzfläche 28 zu einem Dichtsitz 25 zusammen. Die Ventilsitzfläche 28 kann insbesondere an einem ringförmig ausgebildeten Ventilsitzkörper 18 ausgebildet sein, der entweder einstückig mit dem Gehäuse 2 ausgeführt oder in geeigneter Weise mit diesem verbunden ist. Zwischen dem Ventilsitzkörper 18 und einem abströmseitigen Ende 19 der Ventilnadel 10 ist eine Rückstellfeder 20 angeordnet, welche das Brennstoffeinspritzventil 1 im nicht bestromten Zustand des Aktors 3 geschlossen hält.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt weiterhin eine Ventilnadelführung 21, welche beispielsweise ringförmig ausgeführt sein kann und deren radiale Ausdehnung so gewählt ist, daß zwischen der ringförmigen Ventilnadelführung 21 und dem Gehäuse 2 eine Drosselstelle 22 ausgebildet ist.
Der das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmende Brennstoff wird über eine nicht weiter dargestellte Brennstoffzufuhr zugeleitet und über eine Brennstoffleitung 23, welche beispielsweise in dem Gehäuse 2 verläuft, an dem Aktor 3 vorbeigeführt. Abströmseitig des Wellrohrs 12 ist ein Innenraum 24 des Brennstoffeinspritzventils 1 vollständig mit Brennstoff gefüllt. Dieser Brennstoff steht unter Brennstoffdruck, dem sog. Systemdruck. Dadurch, daß der Brennstoff die Drosselstelle 22 nur gedrosselt und damit unter einem erheblich niedrigerem Druck passieren kann, wird erreicht, daß einerseits Druckschwingungen das Wellrohr 12 nicht erreichen können und damit der Aktor 3 von Druckschwingungen unbeeinflußt bleibt, und andererseits, daß die mechanische Belastung der Ventilnadel 10 und des Betätigungskörpers 16 durch den Brennstoffdruck klein bleibt und dadurch keine Resonanzschwingungen durch Druckschwingungen aufgebaut werden können.
Wird dem Aktor 3 über eine nicht weiter dargestellte elektrische Leitung eine elektrische Spannung zugeführt, dehnen sich die piezoelektrischen Schichten 4 aus, so daß sich der Aktorfuß 6 in Richtung auf die Ventilnadel 10 in einer Abströmrichtung des Brennstoffs bewegt. Der Luftspalt 11 zwischen dem Aktorfuß 6 und der Ventilnadel 10 wird dadurch geschlossen. Bei weiterer Ausdehnung der piezoelektrischen Schichten 4 drückt der Aktor 3 die Ventilnadel 10 und damit auch den Betätigungskörper 16 in Abströmrichtung des Brennstoffs, so daß der an dem Betätigungskörper 16 ausgebildete Ventilschließkörper 17 von der Ventilsitzfläche 28, welche an dem Ventilsitzkörper 18 ausgebildet ist, abhebt, das Brennstoffeinspritzventil 1 geöffnet wird und Brennstoff in den nicht weiter dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine abgespritzt wird.
Wird die den Aktor 3 erregende Spannung abgeschaltet, ziehen sich die piezoelektrischen Schichten 4 zusammen. Dadurch hebt der Aktorfuß 6 von der Ventilnadel 10 ab, wodurch die Ventilnadel 10 entlastet wird. Die Rückstellfeder 20 drückt die Ventilnadel 10 entgegen der Abströmrichtung des Brennstoffs in ihre Ausgangslage zurück, wodurch auch der Betätigungskörper 16 und der daran ausgebildete Ventilschließkörper 17 ebenfalls in ihre Ausgangslage zurückkehren. Das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
Hat die Verbindungsstelle 26, an welcher die Ventilnadel 10 mit der vorzugsweise als Wellrohrdichtung 12 ausgeführten flexiblen Dichtung 12 verbunden ist, den gleichen radialen Abstand von der Mittelachse 27 des Brennstoffeinspritzventils 1 wie der Dichtsitz 25, so wird die Ventilnadel 10 im geschlossenen Zustand durch den Brennstoffdruck nicht beaufschlagt und ist druckausgeglichen. Durch die Ventilnadel 10 werden somit auch bei geschlossenem Luftspalt 11 keine Kräfte auf den Aktor 3 übertragen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und zum Beispiel auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile 1 oder magnetostriktive Aktoren 3 anwendbar.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (3), einer durch den Aktor (3) betätigbaren Ventilnadel (10), welche mit einem Ventilschließkörper (17) zusammenwirkt, der mit einem Ventilsitzkörper (18) einen Dichtsitz (25) bildet, und einer Rückstellfeder (20), durch welche die Ventilnadel (10) in einer Schließrichtung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (10) druckausgeglichen ist, indem die Kraft, die der Brennstoffdruck in Öffnungsrichtung auf die Ventilnadel (10) ausübt, etwa gleich der Kraft ist, die der Brennstoffdruck in Schließrichtung auf die Ventilnadel (10) ausübt.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (10) mit einer flexiblen Dichtung (12) in Verbindung steht und die Verbindungsstelle (26) mit der flexiblen Dichtung (12) den gleichen radialen Abstand wie der Dichtsitz (25) von einer Mittelachse (27) des Brennstoffeinspritzventils (1) aufweist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilnadelführung (21) vorgesehen ist, welche mit einem Gehäuse (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) eine Drosselstelle (22) bildet.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innendurchmesser der Ventilnadelführung (21) gleich einem Innendurchmesser des Ventilsitzkörpers (18) ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (10) ein Zwischenbauteil (9) durchgreift, welches in dem Gehäuse (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) angeordnet ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenbauteil (9) durch einen Dichtring (13) gegen das Gehäuse (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) abgedichtet ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (10) und das Zwischenbauteil (9) durch eine Wellrohrdichtung (12) gegen den Brennstoff, welcher das Brennstoffeinspritzventil (1) durchströmt, abgedichtet sind.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellrohrdichtung (12) mit der Ventilnadel (10) und dem Zwischenbauteil (9) verschweißt ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (3) durch eine Vorspannfeder (7) auf Vorspannung gebracht ist.

10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aktorfuß (6) und der Ventilnadel (10) ein Luftspalt (11) ausgebildet ist.