DE10203659A1

DE10203659A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10203659A1
Application number: DE10203659A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Reiter; Martin Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2003-07-31
Also published as: KR100942670B1; JP4456872B2; JP2005516155A; US20040159722A1; US6932278B2; WO2003064846A1; EP1472451B1; KR20040077904A; EP1472451A1; DE50211993D1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine umfaßt einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2) und eine mit dem Aktor (2) über ein Ausgleichselement (6) in Wirkverbindung stehende Ventilnadel (7), an welcher ein Ventilschließkörper (11) ausgebildet ist, welcher mit einer Ventilsitzfläche (12) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Das Ausgleichselement (6) ist mit einer rheologischen Flüssigkeit (15) gefüllt.

Description

Stand der Technik

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

Aus der EP 0 477 400 A1 ist ein Wegtransformator für einen piezoelektrischen Aktor bekannt, bei der der Aktor eine Hubkraft auf einen Geberzylinder überträgt, der durch einen Zylinderträger abgeschlossen ist. In diesem Geberzylinder wird ein Nehmerkolben geführt, der den Geberzylinder ebenfalls abschließt und hierdurch die Hydraulikkammer bildet. In der Hydraulikkammer ist eine Feder angeordnet, die den Geberzylinder und den Nehmerkolben auseinander drückt. Der Nehmerkolben überträgt eine Hubbewegung mechanisch auf beispielsweise eine Ventilnadel. Wenn der Aktor auf den Geberzylinder einen 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 ganz geringer Anteil des Hydraulikfluids durch den Ringspalt während des kurzen Zeitraumes eines Hubes entweichen kann. In der Ruhephase, wenn der Aktor keine Druckkraft auf den Geberzylinder ausübt, wird durch die Feder der Nehmerkolben aus dem Zylinder herausgedrückt und durch den entstehenden Unterdruck dringt über den Ringspalt das Hydraulikfluid in den Hydraulikraum ein und füllt diesen wieder auf. Dadurch stellt der Wegtransformator sich automatisch auf Längenausdehnungen und druckbedingte Dehnungen eines Brennstoffeinspritzventils ein.

Nachteilig an der aus der EP 0 477 400 A1 bekannten Koppleranordnung ist insbesondere der hohe Kostenaufwand bedingt durch die Forderung nach hoher Fertigungsgenauigkeit der Bauteile. Weiterhin entweicht bei eng aufeinanderfolgenden Öffnungsimpulsen das Kopplermedium aus dem Kopplerspalt und kann bedingt durch die geringe Weite der Leckagespalte nicht schnell genug nachströmen, so daß die Schaltdynamik von Brennstoffeinspritzventilen mit hydraulischen Kopplern begrenzt ist.

Zwar ist aus der DE 197 35 232 A1 die Verwendung von elektrorheologischer Flüssigkeit in einem Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches zur Modellierung des Einspritzverlaufs bzw. der eingespritzten Brennstoffmenge ein mit der Ventilnadel des Brennstoffeinspritzventils verbundenes Dämpfungselement aufweist, welches bei einer Erregung oder Entregung des Elektromagneten eine Strömung von elektrorheologischer Flüssigkeit in einem Dämpfungsraum über ein kapazitives Bauteil bewirkt. Dabei kann mittels eines elektronischen Steuergeräts in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine die Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit mittels des kapazitiven Bauteils derart geändert werden, daß der Bewegungsverlauf des Dämpfungselements derart erfolgt, daß der über die Abspritzöffnung abgespritzte Brennstoff eine gewünschte Strahlform einnimmt bzw. in gewünschter Weise zeitlich abgespritzt wird. Die Verwendung der rheologischen Flüssigkeit für ein Ausgleichselement für piezoelektrische oder magnetostriktive Aktoren ist dort aber nicht beschrieben.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein abgeschlossenes, mit einer rheologischen Flüssigkeit gefülltes Ausgleichselement abströmseitig des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktors angeordnet ist, welches einerseits die langsame thermische Ausdehnung der unterschiedlichen Bauteile eines Brennstoffeinspritzventils ausgleicht und andererseits schnelle Schaltbewegungen des Aktors als Öffnungsimpuls auf die Ventilnadel überträgt.

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

Vorteilhafterweise ist das Ausgleichselement aus einem Topf und einem Deckel ausgebildet, wobei der Topf biegesteif und der Deckel flexibel ist.

Von Vorteil ist außerdem, daß der Deckel mit Sicken versehen ist, welche die elastische Verformbarkeit des Deckels verbessern.

Weiterhin ist von Vorteil, daß der Topf des Ausgleichselements durch Tiefziehen einfach herstellbar ist. Der Deckel kann nach dem Befüllen hermetisch mit dem Topf verbunden werden, so daß das befüllte Ausgleichselement in einfacher Weise als Gesamtbauteil im Brennstoffeinspritzventil montiert werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils, und
Fig. 2 einen schematischen Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich lT in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der 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 einen Aktor 2, welcher beispielsweise aus piezoelektrischen Schichten 3 aufgebaut ist. Der Aktor 2 ist in einem Gehäuse 4 gekapselt, an welchem sich der Aktor 2 stirnseitig abstützt.
Abströmseitig des Aktors 2 ist ein Betätigungselement 5 angeordnet, welches stempelförmig ausgebildet ist und an einem Ausgleichselement 6 anliegt. Eine detaillierte Darstellung des Ausgleichselements 6 und seine Funktionsweise sind der Beschreibung zu Fig. 2 zu entnehmen.
Abströmseitig des Ausgleichselements 6 ist eine Ventilnadel 7 angeordnet, mit welcher eine Stützscheibe 8 kraftschlüssig verbunden ist. Zwischen der Stützscheibe 8 und einer Gehäuseschulter 9 ist eine Rückstellfeder 10 angeordnet, welche die Ventilnadel 7 so beaufschlagt, daß ein mit der Ventilnadel 7 verbundener Ventilschließkörper 11 in dichtender Anlage an einer Ventilsitzfläche 12 gehalten wird, welche an einem im Ausführungsbeispiel mit dem Gehäuse 4 des Brennstoffeinspritzventils 1 integrierten Ventilsitzkörper 17 ausgebildet ist.
Wird das Brennstoffeinspritzventil 1 über eine nicht weiter dargestellte elektrische Leitung bestromt, dehnen sich die piezoelektrischen Schichten 3 des Aktors 2 aus, wodurch der Betätigungskörper 5, das Ausgleichselement 6 und die Ventilnadel 7 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 10 in Abströmrichtung bewegt werden. Der mit der Ventilnadel 7 in Wirkverbindung stehende Ventilschließkörper 11 hebt von der Ventilsitzfläche 12 ab, wodurch Brennstoff in den nicht näher dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Wird die Bestromung des Aktors 2 eingestellt, ziehen sich die piezoelektrischen Schichten 3 zusammen, wodurch die Rückstellfeder 10 die Ventilnadel 7 durch Druck auf die Stützscheibe 8 entgegen der Abströmrichtung bewegt. Der Ventilschließkörper 11 setzt auf der Ventilsitzfläche 12 auf, wodurch das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten, schematischen Ansicht den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt im Bereich des Ausgleichselements 6.
Das Ausgleichselement 6 hat die Aufgabe, langsame Längenänderungen durch thermische Einflüsse insbesondere des Aktors 2 auszugleichen, damit der Ventilschließkörper 11 nicht bedingt durch die langsame thermische Ausdehnung des Aktors 2 von der Ventilsitzfläche 12 abhebt. Schnelle Längenänderungen des Aktors 2 durch Bestromen zum Schalten des Brennstoffeinspritzventils 1 sollen dagegen auf die Ventilnadel 7 übertragen werden.
Erfindungsgemäß ist daher das Ausgleichselement 6 aus einem schalenförmigen Topf 13, welcher beispielsweise durch Tiefziehen herstellbar ist, und einem Deckel 14, welcher den Topf 13 abschließt und durch eine umlaufende Schweißnaht mit diesem verbunden sein kann, aufgebaut. An dem Topf 13 stützt sich zulaufseitig das stempelförmige Betätigungselement 5 ab, während an dem Deckel 14 die Ventilnadel 7 anliegt. Der Topf 13 wird vor dem Verschließen mit einer rheologischen Flüssigkeit 15 gefüllt, bevor der Deckel 14 aufgesetzt und der Topf 13 hermetisch abgeschlossen wird.
Die Dicke des Materials des Topfes 13 ist dabei vorzugsweise so gewählt, daß der Topf 13 biegesteif ist, während das Material des Deckels 14 dünner und damit biegsamer gewählt ist. Zusätzlich können zur weiteren Erhöhung der Flexibilität des Deckels 14 Sicken 16 vorgesehen sein, welche beispielsweise ringförmig auf dem Deckel 14 angebracht sind. Durch die Flexibilität des Deckels 14 ist es möglich, daß dieser reversibel elastisch verformt wird, wenn sich verschiedene Bauteile des Brennstoffeinspritzventils 1 durch die thermische Belastung beim Betrieb der Brennkraftmaschine erwärmen und dadurch eine Längenänderung erfahren.
Die eingeschlossene rheologische Flüssigkeit 15 verhält sich bei langsamer Beanspruchungsgeschwindigkeit wie eine Flüssigkeit, d. h. der Deckel 14 wird durch die einander entgegenwirkenden Kräfte des sich ausdehnenden Aktors 2 und der Rückstellfeder 10 in den Topf 13 hineingedrückt, so daß das Brennstoffeinspritzventil 1 trotz der thermischen Längenänderung geschlossen bleibt. Dagegen verhält sich die rheologische Flüssigkeit 15 bei hoher Betätigungsgeschwindigkeit, also bei der Bestromung des Aktors 2 zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1, wie ein Festkörper, so daß das Ausgleichselement 6 steif re agiert und den Hub des Aktors 2 auf die Ventilnadel 7 überträgt.
Eine derartige Anordnung hat vor allem den Vorteil, daß das Ausgleichselement 6 einfach und kostengünstig herstellbar ist. Das Ausgleichselement 6 hat zudem den Vorteil gegenüber einem hydraulischen Koppler, daß der Funktionsumfang des piezoelektrischen Aktors 2 nicht eingeschränkt ist. Während bei einem hydraulischen Koppler das Kopplermedium zwischen den Kolben bei zwei schnell aufeinanderfolgenden Impulsen entweicht und die Zeit zum Rückströmen zu kurz ist, kann das Ausgleichselement 6 mit der rheologischen Flüssigkeit 15 auf beliebig schnell aufeinanderfolgende Öffnungsimpulse reagieren.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z. B. auch für magnetostriktive Aktoren 2 sowie für beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 geeignet.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen n Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2) und einer mit dem Aktor (2) über ein Ausgleichselement (6) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (7), an welcher ein Ventilschließkörper (11) ausgebildet ist, welcher mit einer Ventilsitzfläche (12) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (6) mit einer rheologischen Flüssigkeit (15) gefüllt ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (6) einen schalenförmig gewölbten Topf (13) aufweist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (6) einen Deckel (14) aufweist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14) hermetisch mit dem Topf (13) verbunden ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des den Topf (13) bildenden Materials so gewählt ist, daß der Topf (13) biegesteif ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des den Deckel (14) bildenden Materials so gewählt ist, daß der Deckel (14) elastisch verformbar ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14) Sicken (16) aufweist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (16) ringförmig auf dem Deckel (14) ausgebildet sind.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3, 4, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14) der Ventilnadel (7) des Brennstoffeinspritzventils (1) zugewandt ist.