DE10310788A1

DE10310788A1 - Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zu dessen Montage

Info

Publication number: DE10310788A1
Application number: DE2003110788
Authority: DE
Inventors: Hubert Stier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-23
Also published as: WO2004081366A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfaßt einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), ein Gehäuse (2), einen in dem Gehäuse (2) angeordneten Ventilschließkörper (29), der mit einer Ventilsitzfläche (30) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einen hydraulischen Koppler (18). Der Aktor (4) ist in einem vormontierbaren Aktormodul (34) angeordnet. Der hydraulische Koppler (18) ist in einem vormontierbaren Kopplermodul (30) angeordnet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Montage eines solchen Brennstoffeinspritzventils nach Anspruch 14.

Aus der DE 35 33 085 A1 ist ein Zumeßventil zur Dosierung von Flüssigkeiten oder Gasen, insbesondere ein Einspritzventil für Kraftstoff-Einspritzsysteme in Brennkraftmaschinen bekannt, welches einen Piezo-Stapelaktor aufweist, dessen Längenänderung bei Anlegen einer Erregerspannung auf eine eine Zumeßöffnung steuernde Ventilnadel übertragen wird und den Hubweg der Ventilnadel bestimmt. Der zuzumessende Stoff wird über eine Zuleitung zugeführt, welche in Form einer Tieflochbohrung im Ventilkörper ausgeführt ist.

Nachteilig an dem aus der Druckschrift DE 35 33 085 A1 bekannten Einspritzventil ist, daß das Gehäuse des Einspritzventils sehr massiv und damit schwer und voluminös ist. Es erfordert einen großen Einbauraum sowie erhöhte Material- und Herstellungskosten.

Weiterhin ist von Nachteil, daß die Montage des Brennstoffeinspritzventils zeitaufwendig ist und eine große Anzahl von nicht vertauschbaren Verfahrensschritten erfordert.

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils mit den Merkmalen des Anspruchs 14 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Brennstoffeinspritzventil modular aus einem Ventilmodul, einem Aktormodul und einem Zuleitungsmodul aufgebaut ist, wodurch einerseits der Brennstoff durch den Innenraum des Brennstoffeinspritzventils geführt wird und ein massives Gehäuse mit einer Tieflochbohrung entfallen kann und andererseits eine einfache und kostengünstige Herstellung und Montage sowie eine zuverlässige Reduzierung von Fehlerquellen möglich ist.

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

Vorteilhafterweise ist das Gehäuse in einfacher Weise rohrförmig ausgebildet und beispielsweise mittels Tiefziehens herstellbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Gehäuse mit Erhöhungen versehen, welche so in den Innenraum des Gehäuses hineinragen, daß eine Zentrierung der Module möglich ist. Die Erhöhungen sind in zwei Reihen zur Zentrierung des jeweiligen Moduls angeordnet.

Von Vorteil ist außerdem, daß die Module in einfacher Weise durch Schweißnähte an dem Gehäuse fixierbar sind.

Weiterhin ist von Vorteil, daß die Module vor der Endmontage einzeln geprüft werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
2A einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils;
2B einen schematischen Schnitt durch die einzelnen Module des in 2A dargestellten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils;
2C einen Ausschnitt aus dem in 2A dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils im Bereich IIC in 2A;
3A einen schematischen Schnitt und das Ventilgehäuse des in 2A–2C dargestellten Ausführungsbeispiels und
3B einen schematischen Schnitt durch das Ventilgehäuse eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Bevor die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher beschrieben wird, wird zum besseren Verständnis ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik in seinen wesentlichen Bauteilen kurz erläutert. Das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 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 ein Gehäuse 2, in welchem ein mit einer Aktorumspritzung 3 versehener piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor 4 angeordnet ist. Dem Aktor 4 kann mittels einer elektrischen Leitung 5, an welcher ein aus dem Gehäuse 2 ragender elektrischer Anschluß 6 ausgebildet sein kann, eine elektrische Spannung zugeführt werden. Der Aktor 4 stützt sich zuströmseitig an einem Aktorfuß 7 und abströmseitig an einem Aktorkopf 8 ab. Eine Vorspannfeder 9 beaufschlagt den Aktor 4 mit einer Vorspannung. Die Vorspannung ist durch einen in das Gehäuse 2 eingeschobenen Ring 20 einstellbar. Abströmseitig der Vorspannfeder 9 ist eine Dichtung 21, die im Ausführungsbeispiel als Wellrohrdichtung ausgebildet ist, angeordnet. Diese dichtet den Aktor 4 gegen den das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff ab.
Das Gehäuse 2 weist eine Bohrung 10 auf, welche der Brennstoffleitung von einem Zulaufstutzen 11 zu einem weiter unten näher beschriebenen Dichtsitz des Brennstoffeinspritzventils 1 dient. Die Bohrung 10 ist dabei in dem Gehäuse 2 parallel zum Aktor 4 eingebracht und zweiteilig ausgeführt. Ein erster Abschnitt 12 ist schräg in das Gehäuse 2 eingebracht und erstreckt sich vom Zulaufstutzen 11 bis zu einem zweiten Abschnitt 13, welcher sich auf seiner gesamten axialen Ausdehnung geradlinig durch das Gehäuse 2 erstreckt. Grund für die zweiteilige Ausbildung ist die Unmöglichkeit, eine abknickende Bohrung 10 in einem Arbeitsgang kostengünstig und einfach herzustellen. Der zweite Abschnitt 13 ist zuströmseitig einer Einmündung 14 in den ersten Abschnitt 12 mit einem Verschlußkörper 15 verschlossen.
Abströmseitig des Aktorkopfes 8 ist ein Betätigungselement 16 angeordnet, welches auf einen Geberkolben 17 eines hydraulischen Kopplers 18 einwirkt. Ein Nehmerkolben 19 ist abströmseitig des Geberkolbens 17 angeordnet und gemeinsam mit diesem in einem Kopplergehäuse 22 angeordnet. Der Nehmerkolben 19 wirkt auf eine Ventilnadel 23, welche an ihrem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 24 aufweist. Dieser wirkt mit einer Ventilsitzfläche 25, welche an einem Düsenkörper 26 ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammen. Eine Rückstellfeder 27 beaufschlagt die Ventilnadel 23 so, daß das Brennstoffeinspritzventil 1 in unbestromten Zustand des Aktors 4 in geschlossenem Zustand verbleibt und sorgt nach der Einspritzphase für die Rückstellung der Ventilnadel 23. Eine Spannschraube 28 hält den Düsenkörper 26 in seiner Position im Gehäuse 2 des Brennstoffeinspritzventils 1.
Nachteilig an dem beschriebenen Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand der Technik ist das massive Gehäuse 2, welches eine Mindestwandstärke aufweisen muß, damit eine Bohrung 10 mit ausreichendem Durchmesser eingebracht werden kann. Dadurch ist das Brennstoffeinspritzventil 1 sehr massiv. Eine entsprechende Aufnahmebohrung in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine muß ebenfalls entsprechend groß sein, um das Brennstoffeinspritzventil 1 aufnehmen zu können. Weiterhin ist die Montage des Brennstoffeinspritzventils 1 arbeits- und damit kostenintensiv.
2A bis 2C zeigen verschiedene Teile eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1, welches modular aufgebaut ist.
In 2B sind die einzelnen Module des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 vor der Montage dargestellt. Unten ist ein Kopplermodul 30 dargestellt, welches im wesentlichen aus einem Düsenkörper 26 besteht. In dem Düsenkörper 26 ist eine Ventilnadel 23 angeordnet, welche an ihrem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 24 aufweist, der mit einer an dem Düsenkörper 26 ausgebildeten Ventilsitzfläche 25 einen Dichtsitz bildet. Die Ventilnadel 23 steht in Wirkverbindung mit einem Nehmerkolben 19 eines hydraulischen Kopplers 18. Der Nehmerkolben 19 ist dabei topfförmig in Abströmrichtung geöffnet. In der Ausnehmung des Nehmerkolbens 19 ist eine Rückstellfeder 27 angeordnet, welche den Ventilschließkörper 24 im nicht betätigtem Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in dichtender Anlage an der Ventilsitzfläche 25 hält.
Zuströmseitig des Nehmerkolbens 19 ist ein Geberkolben 17 angeordnet, welcher ebenfalls topfförmig ausgebildet ist. Zwischen einem Kragen 31, welche an dem Geberkolben 17 angeformt ist, und dem Düsenkörper 26 ist eine Kopplerfeder 32 angeordnet, welche den hydraulischen Koppler 18 nach der Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 in seine Ausgangslage zurückstellt.
In der Wandung des Düsenkörpers 26 ist abströmseitig des Nehmerkolbens 19 eine Bohrung 33 vorgesehen, durch welche der über eine in 2A nicht dargestellte Brennstoffzufuhr zugeleitete Brennstoff zum Dichtsitz geführt wird.
Das Kopplermodul 30 ist in einfacher Weise montierbar, indem die Ventilnadel 23 in den Düsenkörper 26 eingeführt und von der Zuströmseite mit dem Nehmerkolben 19, in welchen die Rückstellfeder 27 eingelegt ist, durch Verpressen oder Verschweißen verbunden wird. Danach wird ebenfalls von der zuströmseitigen Seite der mit der Kopplerfeder 32 versehene Geberkolben 17 in den Düsenkörper 26, der somit auch als Kopplergehäuse dient, eingeschoben. Das Kopplermodul 30 ist damit fertig vormontiert und kann unabhängig von den weiteren Bauteilen des Brennstoffeinspritzventils 1 auf seine Funktion überprüft werden.
Oben ist in 2B ein Aktormodul 34 dargestellt, welches ebenfalls vormontiert werden kann. Das Aktormodul umfaßt einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor 4, welcher mit einer Aktorumspritzung 3 zur besseren Wärmeableitung versehen ist. Der Aktor 4 stützt sich zuströmseitig an einem Aktorfuß 7 und abströmseitig an einem Aktorkopf 8 ab. Der Aktor 4 ist dabei in einer Aktorpatrone 35 gekapselt, in welcher zusätzlich noch eine Vorspannfeder 9 angeordnet ist, welche den Aktor 4 vorspannt. Abströmseitig des Aktorkopfes 8 ist ein Betätigungselement 16 vorgesehen, welches nach der vollständigen Montage auf den Geberkolben 17 des Kopplermoduls 30 einwirkt. Die Aktorpatrone 35 ist durch eine Dichtung 21, welche beispielsweise als Wellrohrdichtung 21 ausgeführt sein kann, abgedichtet.
Der Aktorfuß 7 weist eine Bohrung 36 sowie zumindest eine, im Ausführungsbeispiel zwei, radiale Bohrungen 37 auf, die der Brennstoffleitung dienen.
Die Montage des Aktormoduls 34 ist wie die Montage des Kopplermoduls 30 ebenfalls einfach und in wenigen Arbeitsschritten durchführbar. Die Vorspannfeder 9 wird in die Aktorpatrone 35 eingeschoben, anschließend wird das Betätigungselement 16 mit dem Aktorkopf 8 montiert. Die Dichtung 21 wird mit der Aktorpatrone 35 beispielsweise verschweißt. Nachfolgend wird der Aktor 4 in die Aktorpatrone 35 eingelegt und der Aktorfuß 7 aufgesetzt. Die Aktorpatrone 35 kann mit dem Aktorfuß 7 beispielsweise verschweißt sein. Durch in 2A nicht dargestellte Bohrungen kann die Aktorumspritzung 3 erfolgen. Das Aktormodul kann nun ebenfalls unabhängig von den übrigen Komponenten des Brennstoffeinspritzventils 1 geprüft werden.
Nach der Vormontage des Kopplermoduls 30 und des Aktormoduls 34 werden die Module 30 und 34 in das Gehäuse 2 eingesetzt. 2A zeigt das fertig montierte Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem nach der Montage der Module 30, 34 anzubringenden Brennstoffzulauf 43. Gleiche Bauteile sind der Übersichtlichkeit halber nur noch mit den wichtigsten Bezugszeichen versehen.
Bei der Endmontage wird zunächst das Kopplermodul 30 in das Gehäuse 2 eingeschoben, bis es an einer Schulter 38 des Gehäuses 2 anliegt. Der Düsenkörper 26 durchgreift dabei eine Öffnung 39 im abströmseitigen Ende des Gehäuses 2. Nach korrekter Ausrichtung des Kopplermoduls 30 im Gehäuse 2 werden die Bauteile fixiert, beispielsweise durch eine erste Schweißnaht 40. Als nächstes wird das Aktormodul 34 in das Gehäuse eingeschoben. Die axiale Position des Aktormoduls 34 relativ zum Kopplermodul 30 kann dabei entweder durch eine in den Geberkolben 17 des hydraulischen Kopplers 30 bei der Vormontage einzulegende Einstellscheibe 41 oder mittels axialen Verschiebens des Kopplermoduls 30 im Gehäuse 2 und anschließende Fixierung durch eine zweite Schweißnaht 42 in der gewünschten Position erfolgen.
Die Fixierung durch die zweite Schweißnaht 42 ist in dem in 2C dargestellten, in 2A mit IIC bezeichneten Ausschnitt näher dargestellt. Durch die Schweißnaht 42 wird sowohl das Aktormodul 34 in seiner axialen Position als auch das Aktormoduls 34 am Gehäuse 2 fixiert.
Abschließend wird in die Bohrung 36 ein Rohr 44 mit einem Anschlußstutzen 45 eingesteckt und bis zum Aktorfuß 7, welcher wie auch der Anschlußstutzen 45 eine Labyrinthdichtung 46 aufweist, mit einer Kunststoffumspritzung 47 versehen, in welche auch ein elektrischer Anschluß 29 integriert sein kann.
Um die Module 30 und 34 in dem Gehäuse 2 leichter zentrieren zu können, kann das Gehäuse 2, wie in 3A im Vergleich zu 3A dargestellt, auch regelmäßig über den Umfang des Gehäuses 2 verteilte, in einen Innenraum 48 des Gehäuses 2 hineinragende Erhöhungen 49 aufweisen, welche den Fluß des zwischen der Aktorpatrone 35 und dem Gehäuse 2 bzw. zwischen dem Düsenkörper 26 und dem Gehäuse 2 zum Dichtsitz strömenden Brennstoffs nicht behindern, aber eine exakte Zentrierung der Module 30 und 34 ermöglichen.
Die Erhöhungen 49 sind dabei vorzugsweise in zwei Reihen 50 angeordnet, welche jeweils so angeordnet sind, daß pro Modul 30, 34 eine Reihe von Erhöhungen 49 zur Zentrierung zur Verfügung steht.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und für beliebige Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 1 geeignet.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem Gehäuse (2), mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), der einen in dem Gehäuse (2) angeordneten Ventilschließkörper (29) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (30) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und mit einem hydraulischen Koppler (18), dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (4) in einem vormontierbaren Aktormodul (34) und der hydraulische Koppler (18) in einem vormontierbaren Kopplermodul (30) angeordnet sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplermodul (30) und das Aktormodul (34) in das Gehäuse (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) einschiebbar sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) als Tiefziehteil ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) rohrförmig ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) an einem abströmseitigen Ende eine Öffnung (39) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplermodul (30) die Öffnung (39) durchgreift.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplermodul (30) an einer Schulter (39) des Gehäuses (2) anliegt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplermodul (30) mittels einer ersten Schweißnaht (41) an dem Gehäuse (2) fixiert ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktormodul (34) mittels einer zweiten Schweißnaht (42) an dem Gehäuse (2) fixiert ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Position des Aktormoduls (34) im Gehäuse (2) durch die zweite Schweißnaht (42) vorgegeben ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Position des Aktormoduls (34) im Gehäuse (2) durch eine Einstellscheibe (41) vorgegeben ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) in einem Innenraum (48) umfänglich angeordnete Erhöhungen (49) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhungen (49) in zwei Reihen (50) angeordnet sind.
Verfahren zur Montage eines Brennstoffeinspritzventils (1), insbesondere eines Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem Gehäuse (2), mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), der einen in dem Gehäuse (2) angeordneten Ventilschließkörper (29) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (30) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und mit einem hydraulischen Koppler (18), wobei der Aktor (4) in einem vormontierbaren Aktormodul (34) und der hydraulische Koppler (18) in einem vormontierbaren Kopplermodul (30) angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Vormontieren des Kopplermoduls (30) aus einem Düsenkörper (26), einem hydraulischen Koppler (18) und einer Ventilnadel (23); – Vormontieren des Aktormoduls (34) aus einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), einer Aktorpatrone (35), einem Betätigungskörper (16) und einem Aktorfuß (7); – Montieren des Kopplermoduls (34) in dem Gehäuse (2); – Fixieren des Kopplermoduls (34) mittels einer ersten Schweißnaht (40); – Montieren des Aktormoduls (30) in dem Gehäuse (2); – Fixieren des Aktormoduls (30) mittels einer ersten Schweißnaht (42); und – Montieren einer Brennstoffzufuhr (43).