DE102008060518A1

DE102008060518A1 - Einspritzventil

Info

Publication number: DE102008060518A1
Application number: DE200810060518
Authority: DE
Inventors: Claus Anzinger; Dirk Dr. Baranowski; Holger Frenzel; Frank Hacker; Klaus Hengl-Betz; Michael Koch; Gerd Dr. Schmutzler; Willibald Dr. Schürz; Martin Simmet
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-07-15

Abstract

Ein Einspritzventil (2) mit einem Ventilkörper (4) weist eine Ausnehmung (6) auf. Eine Düsennadel (30) ist so ausgebildet und angeordnet, dass sie in einer Schließposition einen Fluidfluss durch zumindest eine Einspritzdüse (32) unterbindet und in einer Offenposition den Fluidfluss durch die zumindest eine Einspritzdüse (32) freigibt. Ein Gehäusekörper (8) ist in der Ausnehmung (6) derart angeordnet, dass ein erstes axiales Ende des Gehäusekörpers (9) der zumindest einen Einspritzdüse (32) zugewandt ist. Der Gehäusekörper (8) weist ferner eine Kavität auf, die zumindest an dem ersten axialen Ende des Gehäusekörpers (9) mündet. In einem Bereich des ersten axialen Endes des Gehäusekörpers (9) ist der Gehäusekörper (8) mechanisch mit dem Ventilkörper (4) gekoppelt. Ein Festkörperaktuator (16) ist ausgebildet zum Einwirken auf die Düsennadel (30). Der Festkörperaktuator (16) ist zumindest teilweise in der Kavität des Gehäusekörpers (8) angeordnet und ist an seinem dem ersten axialen Ende des Gehäusekörpers (9) abgewandten axialen Ende (18) mit dem Gehäusekörper (8) mechanisch gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil. Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken. Die Erzeugung der Schadstoffemissionen ist stark abhängig von der Aufbereitung eines Luft-/Kraftstoffgemisches in einem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Ein sehr präzises Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ermöglicht verschiedene Verbrennungsmodi wie beispielsweise eine Schichtverbrennung und Trägt damit zu geringer Erzeugung von Schadstoffemissionen bei.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil zu schaffen, das einfach herstellbar ist und einfach ein präzises Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Einspritzventil mit einem Ventilkörper, der eine Ausnehmung aufweist. Eine Düsennadel ist so ausgebildet und angeordnet, dass sie in einer Schließposition einen Fluidfluss durch zumindest eine Einspritzdüse unterbindet und in einer Offenposition den Fluidfluss durch die zumindest eine Einspritzdüse freigibt. Ein Gehäusekörper ist in der Ausnehmung derart angeordnet, dass ein erstes axiales Ende des Gehäusekörpers der zumindest einen Einspritzdüse zugewandt ist. Der Gehäusekörper weist eine Kavität auf, die zumindest an dem ersten axialen Ende des Gehäusekörpers mündet. In einem Bereich des ersten axialen Endes des Gehäusekörpers ist der Gehäusekörper mechanisch mit dem Ventilkörper gekoppelt. Ein Festkörperaktuator ist zumindest teilweise in der Kavität des Gehäusekörpers angeordnet und ausgebildet zum Einwirken auf die Düsennadel. Der Festkörperaktuator ist an seinem dem ersten axialen Ende des Gehäusekörpers abgewandten axialen Ende mit dem Gehäusekörper mechanisch gekoppelt.
Dies ermöglicht eine passive Kompensation von Unterschieden eines thermischen Ausdehnungsverhaltens zwischen dem Ventilkörper und dem Festkörperaktuator aufgrund jeweils unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten. Durch die mechanische Kopplung des Gehäusekörpers mit dem Ventilkörper in dem Bereich des ersten axialen Endes des Gehäusekörpers kann der Anteil an dem Ventilkörper, der durch sein thermisches Ausdehnungsverhalten das Einwirken des Festkörperaktuators auf die Düsennadel beeinflusst, verringert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung stimmt ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Gehäusekörpers im Wesentlichen mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Festkörperaktuators überein. Diese so genannte thermokompensierte Ausbildung des Gehäusekörpers ermöglicht eine kostengünstige und präzise Festlegung des Festkörperaktuators in dem Gehäusekörper relativ zu der Einspritzdüse. Infolgedessen können beispielsweise Variationen einer Beabstandung des Festkörperaktuators zu der Düsennadel wirksam verringert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Ausnehmung ein Hubumsetzer angeordnet in einem Bereich zwischen dem Festkörperaktuator und der Düsennadel. Der Hubumsetzer ist derart in der Ausnehmung angeordnet, dass der Festkörperaktuator bei einer Ansteuerung mittels des Hubumsetzers auf die Düsennadel einwirken kann. Die Ausbildung des Hubumsetzers in der Ausnehmung ermöglicht eine vorgegebene Übersetzung zwischen der von dem Festkörperaktuator aufgebrachten Kraft und einer Auslenkung der Düsennadel aus einer Ruheposition.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Hubumsetzer derart ausgebildet, dass das Verhältnis eines Nadelhubs der Düsennadel zu einem Hub des Festkörperaktuators bei der Ansteuerung des Festkörperaktuators größer ist als 1. Diese Kraftübersetzung reduziert die zu einer vorgegebenen Auslenkung der Düsennadel benötigte Auslenkung des Festkörperaktuars. Infolgedessen lässt sich beispielsweise bei einer Konzeption des Einspritzventils die Gesamtlänge des Festkörperaktuators wirksam reduzieren. Daraus folgt eine Reduzierung der für eine Ansteuerung des Festkörperaktuators benötigten Leistung, woraus sich eine Reduzierung von Schaltungsverlusten bei Betrieb des Festkörperaktuators ergeben kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt ein Einspritzventil 2 mit einer Längsachse L, das ausgebildet ist zum Zumessen von Fluid. Das Einspritzventil 2 kann beispielsweise eingesetzt werden als Kraftstoffeinspritzventil in einer Brennkraftmaschine zum Zumessen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Zylinders.
Das Einspritzventil 2 umfasst einen Ventilkörper 4, der eine Ausnehmung 6 aufweist. In dem Ventilkörper 4 ist ein Gehäusekörper 8 angeordnet, der mit dem Ventilkörper 4 in einem Bereich eines axialen Endes des Gehäusekörpers 9 mechanisch gekoppelt ist. Die mechanische Kopplung zwischen dem Gehäusekörper 8 und dem Ventilkörper 4 kann beispielsweise stoffschlüssig ausgebildet sein, beispielsweise mittels einer Schweißnaht 12. Zwischen dem Gehäusekörper 8 und dem Ventilkörper 4 ist ein Fluideinlass 10 angeordnet.
Der Gehäusekörper 8 weist eine Kavität auf, die den Gehäusekörper 8 in Richtung einer Düsenbaugruppe 14 des Einspritzventils 2 an dem ersten axialen Ende des Gehäusekörpers 9 öffnet. In der Kavität ist ein Festkörperaktuator 16 ausgebildet. Der Gehäusekörper 8 kann beispielsweise auch an seinem zweiten axialen Ende eine Öffnung aufweisen, beispielsweise zur Durchleitung elektrischer Anschlüsse für den Festkörperaktuator 16. Dies ist jedoch in 1 nicht dargestellt.
Durch die mechanische Kopplung des Gehäusekörpers 8 mit dem Ventilkörper 4 in dem Bereich des ersten axialen Endes des Gehäusekörpers 9 kann ein durch das thermische Ausdehnungsverhalten bedingter Einfluss des Ventilkörpers 4 auf eine Position des Festkörperaktuators 16 relativ zu der Düsenbaugruppe 14 wirksam verringert werden.
Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusekörpers 8 und des Festkörperaktuators 16 sind durch eine geeignete Vorgabe so gewählt, dass der Gehäusekörper 8 und der Festkörperaktuator 16 bezüglich ihrer relativen Ausdehnung zueinander angepasst sind. Beispielsweise können die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusekörpers 8 und des Festkörperaktuators 16 derart gewählt sein, dass sie, insbesondere im Wesentlichen, gleich sind.
Der Festkörperaktuator 16 in 1 umfasst einen Piezostack, eine Spannfeder 18, eine Kopfplatte 20 und eine Bodenplatte 22. Die Spannfeder 18 ist sowohl mit der Kopfplatte 20 als auch mit der Bodenplatte 22 mechanisch gekoppelt und hält den Piezostack auf diese Weise unter Vorspannung. An dem axialen Ende 24 des Festkörperaktuators 16, welches die Kopfplatte 20 aufweist, ist der Festkörperaktuator 16 mechanisch mit dem Gehäusekörper 8 gekoppelt. Der Festkörperaktuator 16 und der Gehäusekörper 8 können beispielsweise stoffschlüssig miteinander gekoppelt sein, beispielsweise mittels einer Schweißung.
Die Düsenbaugruppe 14 umfasst einen Düsenkörper 26, der eine Düsenausnehmung 28 aufweist. In der Düsenausnehmung 28 ist eine Düsennadel 30 angeordnet. Eine an dem freien axialen Ende der Düsenausnehmung 28 ausgebildete Einspritzdüse 32 wird geöffnet oder geschlossen von der Düsennadel 30.
In einer Kammer 34 der Düsenbaugruppe 14 ist eine Rückstellfeder 36 angeordnet, die mit der Düsennadel 30 mechanisch gekoppelt ist über einen Nadelfederrest 38 und einen Ventilkörperfederrest 40. Die Rückstellfeder 36 hält die Düsennadel 30 unter einer Vorspannung, die dafür sorgt, dass sich die Düsennadel 30 in einer Ruheposition des Einspritzventils 2 in einer Schließposition befindet. In der Kammer 34 ist ferner ein Balg 42 ausgebildet zur hydraulischen Entkopplung der Kammer 34 und der Düsenausnehmung 28 von der Ausnehmung 6. Der Fluideinlass 10 ist hydraulisch mit der Düsenausnehmung 28 und der Kammer 34 gekoppelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einspritzdüse 32 und der Balg 42 in Bezug auf ihre jeweilige hydraulisch wirksame Fläche derart ausgebildet, dass die axial auf die Düsennadel 30 einwirkende Kraft weitestgehend unabhängig ist von dem Druck in der Düsenausnehmung 28. Dies wird auch als druckausgeglichenes Einspritzventil 2 bezeichnet.
In der Ausnehmung 6 ist zwischen dem Festkörperaktuator 16 und der Düsennadel 30 ein Hubumsetzer 44 angeordnet. Mittels des Hubumsetzers 44 kann der Festkörperaktuator 16 bei einer Ansteuerung auf die Düsennadel 30 einwirken. Der Hubumsetzer 44 ermöglicht eine Kraftübersetzung zwischen dem Festkörperaktuator 16 und der Düsennadel 30.
Der Ventilkörper 4 mit dem Hubumsetzer 44 und der Gehäusekörper 8 mit dem Festkörperaktuator können auch als Antriebsbaugruppe 46 bezeichnet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einspritzventil 2 aus der Düsenbaugruppe 14 und der Antriebsbaugruppe 46 modular aufgebaut. Dies ermöglicht beispielsweise einfach die Ausbildung der Antriebsbaugruppe 46 mit einer der jeweiligen Brennkraftmaschine angepassten Düsenbaugruppe 14.

Claims

Einspritzventil (2), mit – einem Ventilkörper (4), der eine Ausnehmung (6) aufweist, – einer Düsennadel (30), die so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie in einer Schließposition einen Fluidfluss durch zumindest eine Einspritzdüse (32) unterbindet und in einer Offenposition den Fluidfluss durch die zumindest eine Einspritzdüse (32) freigibt, – einem Gehäusekörper (8), der – in der Ausnehmung (6) angeordnet ist derart, dass ein erstes axiales Ende des Gehäusekörpers (9) der zumindest einen Einspritzdüse (32) zugewandt ist, – eine Kavität aufweist, die zumindest an dem ersten axialen Ende des Gehäusekörpers (9) mündet, – in einem Bereich des ersten axialen Endes des Gehäusekörpers (9) mechanisch mit dem Ventilkörper (4) gekoppelt ist, – einem Festkörperaktuator (16), der ausgebildet ist zum Einwirken auf die Düsennadel (30), der zumindest teilweise in der Kavität des Gehäusekörpers (8) angeordnet ist und an seinem dem ersten axialen Ende des Gehäusekörpers (9) abgewandten axialen Ende (18) mit dem Gehäusekörper (8) mechanisch gekoppelt ist.
Einspritzventil (2) nach Anspruch 1, bei dem ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Gehäusekörpers (8) im Wesentlichen übereinstimmt mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Festkörperaktuators (16).
Einspritzventil (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Hubumsetzer (44) in der Ausnehmung (6) angeordnet ist in einem Bereich zwischen dem Festkörperaktuator (16) und der Düsennadel (30) derart, dass der Festkörperaktuator (16) bei einer Ansteuerung mittels des Hubumsetzers (44) auf die Düsennadel (30) einwirken kann.
Einspritzventil (2) nach Anspruch 3, bei dem der Hubumsetzer (44) derart ausgebildet ist, dass das Verhältnis eines Nadelhubs der Düsennadel (30) zu einem Hub des Festkörperaktuators (16) bei der Ansteuerung des Festkörperaktuators (16) größer ist als eins.