DE10317148A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
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Abstract
Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist einen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2) mit Aktor-Kontakten (23), eine mit dem Aktor (2) in Wirkverbindung stehende Ventilnadel (12), die an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (13) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (24) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Eine Zuleitung (25) führt von der zuströmseitigen Seite eines zuströmseitig vor dem Aktor (2) angeordneten Kopplers (10) zur abströmseitigen Seite des Kopplers (10) und ist abströmseitig des Kopplers (10) mit den Aktor-Kontakten (23) verbunden. Die Zuleitung (25) weist einen flexiblen und elastischen Abschnitt (20) auf.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
- Aus dem Stand der Technik, z. B. der
DE 195 00 706 A1 , sind Brennstoffeinspritzventile mit einer piezoelektrischen Betätigung hinlänglich bekannt. - Der dabei verwendete piezoelektrische Aktor wird in der Regel über eine elektrisch isolierte, über ihren Verlauf vollständig im wesentlichen unflexible und unelastische Zuleitung, welche meist aus zwei Kabeln besteht, im Inneren des Brennstoffeinspritzventils verläuft und zuströmseitig des Brennstoffeinspritzventils in das Brennstoffeinspritzventil zugeführt ist, erregt. Um temperaturbedingte Längenänderungen des piezoelektrischen Aktors auszugleichen und/oder einen kleinen Aktorhub auf einen größeren Ventilnadelhub umzusetzen, werden Koppler verwendet, insbesondere hydraulische Koppler.
- Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß die in ihrem Verlauf unflexible und unelastische Zuleitung den unvermeidlichen Bewegungen des Kopplers, welche beispielsweise durch hydraulische Leckverluste oder unterschiedliche Wärmeausdehnungen entstehen, einen erhöhten Widerstand entgegensetzen, der in der Zuleitung erhöhte Biegespannungen erzeugt und zudem durch Reibung, beispielsweise zwischen Koppler und elektrischer Isolierung, zu erhöhtem Verschleiß führt.
- Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Zuleitung und damit die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des gesamten Brennstoffeinspritzventils wesentlich erhöht ist.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist der flexible und elastische Abschnitt an einem dem Aktor bzw. den Aktor-Kontakten zugewandten Ende der Zuleitung ausgebildet. Bewegungen des Kopplers, welche den Abstand zwischen Aktor und Koppler verändern, können in dieser Weise von den flexiblen und elastischen Abschnitt ausgeglichen werden, ohne das der übrige Teil der Zuleitung dadurch beansprucht wird.
- Vorteilhafterweise ist der flexible und elastische Abschnitt aus einem Metall oder einer Metallegierung, insbesondere aus Bronze oder Messing, hergestellt. Die Eigenschaften hinsichtlich der Flexibilität und der Elastizität des flexiblen und elastischen Abschnitts können so in einfacher Weise eingestellt werden. Außerdem läßt sich der flexible und elastische Abschnitt dadurch besonders einfach stoffschlüssig fügen, beispielsweise Löten oder Schweißen.
- In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der flexible und elastische Abschnitt in der Form eines Federblattes ausgeführt. Die axialen Bewegungen des Kopplers lassen sich so in besonders einfacher Weise ausgleichen. Die Eigenschaften hinsichtlich Elastizität und Flexibilität lassen sich zudem besonders einfach einstellen, beispielsweise durch die Länge, Breite oder Stärke des Federblattes.
- Vorteilhafterweise ist der flexible und elastische Abschnitt mit den Aktor-Kontakten und/oder mit der Zuleitung stoffform- und/oder kraftschlüssig, insbesondere durch Löten oder Schweißen, gefügt. Die Verbindung zwischen dem flexiblen und elastischen Abschnitt und den Aktor-Kontakten und/oder der restlichen Zuleitung können in dieser Weise den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden. Außerdem kann die elektrische Verbindung dadurch besonders einfach, widerstandsarm und zuverlässig hergestellt werden.
- Weiterhin ist es von Vorteil, das die Zuleitung von einer im Querschnitt kreisrunden Form abströmseitig, insbesondere im Bereich des Kopplers, in eine abgeflachte Form übergeht. Die Zuleitung kann dadurch, insbesondere im Bereich des Kopplers, besonders raumsparend angeordnet werden, ohne die Querschnittsfläche der Zuleitung zu vermindern oder den elektrischen Widerstand zu erhöhen.
- In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist die Zuleitung mit Ausnahme der Bereiche ihrer Enden durch eine Mantelung entlang ihres axialen Verlaufs radial umgeben. Die Zuleitung kann dadurch elektrisch isoliert und mechanischen Einflüssen gegenüber geschützt werden.
- Vorzugsweise ist die Mantelung mit einem Ringelement verbunden, wobei das Ringelement darüber hinaus an dem Koppler sowohl in radialer als auch in axialer Richtung fixiert ist.
- Vorzugsweise greift die zuströmseitige Seite des Kopplers durch das Ringelement hindurch. Die Verbindung bzw. Fixierung des Ringelements an dem Koppler kann dadurch in besonders einfacher, zuverlässiger und montagefreundlicher Weise erfolgen.
- Vorteilhafterweise ist das Ringelement mit der Mantelung einteilig ausgebildet. Die Montagefreundlichkeit und Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen Ringelement und Mantelung bzw. zwischen Zuleitung und Koppler läßt sich dadurch weiter steigern.
- Vorteilhaft ist es, wenn der flexible und elastische Abschnitt im wesentlichen rechtwinklig zu einer Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist. Dadurch lassen sich die axialen Bewegungen des Kopplers sehr einfach ausgleichen.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische, geschnittene Gesamtdarstellung eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik, -
2 eine ausschnittsweise, geschnittene schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Kopplers ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen; -
3 eine ausschnittsweise schematische, geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels im Bereich des Kopplers und -
4 einen schematischen Schnitt durch das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des in3 dargestellten Brennstoffeinspritzventils entlang der Linie IV-IV. - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- Bevor anhand der
3 und4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird, werden anhand von1 und2 herkömmliche Brennstoffeinspritzventile1 in ihren wesentlichen Bauteilen zum besseren Verständnis der Erfindung kurz erläutert. - Das in
1 gezeigte Brennstoffeinspritzventil1 ist als Brennstoffeinspritzventil1 für Brennstoffeinspritzanlagen für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine geeignet. Das Brennstoffeinspritzventil1 umfaßt dabei ein rundzylindrisches erstes Gehäuse3 , welches in einem zweiten Gehäuse11 koaxial angeordnet ist. Beide Gehäuse3 ,11 schließen abströmseitig mit einem Verbindungskörper16 hermetisch dicht ab. Das erste Gehäuse3 und das zweite Gehäuse11 werden zuströmseitig von einem im wesentlichen zylinderförmigen Anschlußstutzen7 hermetisch dicht abgeschlossen. Ein Aktor2 stützt sich zuströmseitig über einen scheibenförmigen Aktorfuß22 an dem Anschlußstutzen7 ab. - Am abströmseitigen Ende des Aktors
2 ist dem Aktor2 ein scheibenförmiger Aktorkopf9 zugeordnet. Der in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von nicht weiter dargestellten Schichten bestehende, im Querschnitt quadratische, piezoelektrische, elektrostriktive oder magnetostriktive Aktor2 steht über den Aktorkopf9 und einen zum Aktor2 koaxial angeordneten hydraulischen Koppler10 mit einem am abspritzseitigen Ende einer Ventilnadel12 ausgebildeten Ventilschließkörper13 in Wirkverbindung. Die Ventilnadel12 greift dabei durch den Verbindungskörper16 und einen am abspritzseitigen Ende des Verbindungskörpers16 angebrachten Düsenkörper14 hindurch. Der hydraulische Koppler10 dient zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen von Bauteilen, insbesondere des Aktors2 . Der hydraulische Koppler10 kann auch als Hubübersetzungseinrichtung zur Übersetzung eines kleinen Aktorhubs auf einen größeren Ventilnadelhub wirken. - Am abspritzseitigen Ende des Düsenkörpers
14 ist ein einstückig mit dem Düsenkörper14 ausgebildeter Ventilsitzkörper15 angeordnet. Der Ventilschließkörper13 wirkt mit einer am Ventilsitzkörper15 ausgebildeten Ventilsitzfläche24 zu einem Dichtsitz zusammen. Der Ventilschließkörper13 des nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventils1 wird durch eine Rückstellfeder17 , welche zwischen dem Verbindungskörper16 und einem an der Ventilnadel12 angreifenden Tellerelement18 eingespannt ist, im Ruhezustand in den Dichtsitz gezogen. - Im Anschlußstutzen
7 , zwischen dem ersten Gehäuse3 und dem zweiten Gehäuse11 , im Verbindungskörper16 und zwischen der Ventilnadel12 und dem Düsenkörper14 verläuft ein Brennstoffkanal8 von der zuströmseitigen Seite des Brennstoffeinspritzventils1 zum Dichtsitz. - Ein in diesem Ausführungsbeispiel als Rohrfeder ausgebildetes Federelement
4 , welches mit seinen axialen Enden zum einen am Aktorkopf9 und zum anderen an einem Aktorfuß22 stoff-, kraft- oder formschlüssig gefügt ist, umgibt den Aktor2 radial und spannt den Aktor2 zwischen dem Aktorkopf9 und dem Aktorfuß22 vor. - Das Brennstoffeinspritzventil
1 weist eine Mittelachse19 auf, zu welcher in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere der Aktor2 , das Federelement4 , der hydraulische Koppler10 und die Ventilnadel12 koaxial angeordnet sind. - Wird der Aktor
2 über in den2 und3 dargestellten Aktor-Kontakte23 und Zuleitungen25 , welche durch eine elektrische Leitung5 kontaktiert werden, angeregt, so dehnt sich der Aktor2 aus und drückt über den hydraulischen Koppler10 die Ventilnadel12 in Abspritzrichtung, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder17 . Der Ventilschließkörper13 hebt von der Ventilsitzfläche24 ab und der über den Brennstoffkanal8 zugeführte Brennstoff wird über eine Abspritzöffnung26 in den nicht dargestellten Brennraum abgespritzt. -
2 zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung einer Ausführung eines Brennstoffeinspritzventils1 ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen im Bereich des Kopplers10 . Der Koppler10 des hier gezeigten Brennstoffeinspritzventils1 ist zuströmseitig des Aktors2 zwischen dem Anschlußstutzen7 und dem Aktor2 angeordnet. - Die Zuleitung
25 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei im Querschnitt kreisrunden elektrischen Leitern31 , welche durch den Anschlußstutzen7 parallel zur Mittelachse19 des Brennstoffeinspritzventils1 auf entgegengesetzten Seiten der Mittelachse19 hindurch greifen und seitlich des Kopplers10 , bzw. eines Kopplerdeckels33 zwischen Koppler10 und erstem Gehäuse3 aus dem Anschlußstutzen7 austreten. Die elektrischen Leiter31 weisen eine Mantelung30 auf und verlaufen nach dem abströmseitigen Austritt aus dem Anschlußstutzen7 zunächst parallel zur Mittelachse19 . Der zuströmseitig des Kopplers10 angeordnete kolbenförmige Kopplerdeckel33 geht abströmseitig in ein koaxial zum Kopplerdeckel33 angeordnetes Kopplergehäuse32 über. Der Durchmesser des Kopplerdeckels33 ist etwas kleiner als der Durchmesser des Kopplergehäuses32 . - Abströmseitig weist der Koppler
10 zudem einen axial zum Kopplergehäuse32 angeordneten Kopplerfuß34 auf, welcher einen kleineren Durchmesser aufweist als das Kopplergehäuse32 . Die elektrischen Leiter31 verlaufen neben dem Koppler10 in etwa gleichbleibendem Abstand, wobei sie sich der Form des Kopplers10 anpassen. Unmittelbar abströmseitig des Kopplers10 verlaufen die elektrischen Leiter31 zunächst mit einem zur Mittelachse19 gerichteten Richtungsanteil. - Die abströmseitigen Enden der elektrischen Leiter
31 sind in Abströmrichtung gebogen und mit den zuströmseitigen Enden der Aktor-Kontakte23 beispielsweise durch Löten verbunden. - Nachfolgend wird anhand von
3 und4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils näher erläutert. Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. -
3 zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels im Bereich des Kopplers10 , ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus2 . - Die elektrischen Leiter
31 , von denen in3 nur einer dargestellt ist und welche die Zuleitung25 bilden, weisen in diesem Ausführungsbeispiel an ihren den Aktor-Kontakten23 zugewandten Enden jeweils einen elastischen und flexiblen Abschnitt20 auf. Der aus Bronze oder Messing bestehende, die Form eines Federblatts aufweisende flexible und elastische Abschnitt20 verläuft abströmseitig des Kopplers10 von den abströmseitigen Enden der Zuleitung25 zu den zuströmseitigen Enden der Aktor-Kontakte23 mit einem zur Mittelachse19 gerichteten radialen Richtungsanteil zunächst auf die Mittelachse19 zu und dann mit einem tangentialen Richtungsanteil um die Mittelachse19 bzw. den Kopplerfuß34 gebogen. Der flexible und elastische Abschnitt20 weist an seinen Enden Fahnen36 auf, die parallel zur Mittelachse19 gebogene sind und die so dem Richtungsverlauf der Enden der Zuleitung25 und der Enden der Aktor-Kontakte23 gleichen. Der elastische und flexible Abschnitt20 ist an diesen Fahnen36 durch Schweißen oder Löten mit den Aktor-Kontakten23 bzw. der Zuleitung25 verbunden. - Die die Zuleitung
25 radial umgebende Mantelung30 , welche elektrisch isolierend und angespritzt ist, weißt ein Ringelement27 auf. Das Ringelement27 , welches in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit der Mantelung30 in etwa auf Höhe des Kopplerdeckels33 ausgebildet ist, und beispielsweise mit angespritzt ist, umfaßt den Kopplerdeckel33 zumindest radial formschlüssig, wobei er auf einer an den Kopplerdeckel33 ausgebildeten Schulter28 auströmseitig aufliegt. - Die den Anschlußstutzen
7 durchgreifende Mantelung30 und die Zuleitung25 werden durch eine zuströmseitig angeordnete Pressung35 kraftschlüssig fixiert, wobei die Pressung35 auch abdichtende Wirkung hat. - Die Zuleitung
25 bzw. die elektrischen Leiter31 weisen zuströmseitig des Kopplers10 zunächst einen kreisrunden Querschnitt auf, welcher in Höhe des Kopplers10 bzw. des Ringelements27 in einen abgeflachten Querschnitt, der beispielsweise durch Anprägung hergestellt ist, übergeht. -
4 zeigt einen schematischen Schnitt durch das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des in3 dargestellten Brennstoffeinspritzventils entlang der Linie IV-IV, wobei der zunächst zur Mittelachse19 gerichtete und dann um den Kopplerfuß34 gebogene Verlauf des elastischen und flexiblen Abschnitts20 deutlich erkennbar ist. - Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch für beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen
1 , insbesondere nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile, geeignet.
Claims (13)
- Brennstoffeinspritzventil (
1 ), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2 ) mit Aktor-Kontakten (23 ), einem mit dem Aktor (2 ) in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (13 ), der mit einer Ventilsitzfläche (24 ) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt und einem Koppler (10 ), dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler (10 ) zuströmseitig vor dem Aktor (2 ) angeordnet ist, daß zumindest eine Zuleitungen (25 ) von der zuströmseitigen Seite des Koppler (10 ) zur abströmseitigen Seite des Kopplers (10 ) verläuft und die zumindest eine Zuleitung (25 ) abströmseitig des Kopplers (10 ) mit zumindest einem der Aktor-Kontakte (23 ) verbunden ist und daß die Zuleitung (25 ) zumindest einen flexiblen und elastischen Abschnitt (20 ) aufweist. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible und elastische Abschnitt (
20 ) an einem dem Aktor (2 ) bzw, den Aktor-Kontakten (23 ) zugewandten Ende der Zuleitung (25 ) ausgebildet ist. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible und elastische Abschnitt (
20 ) aus einem Metall oder einer Metallegierung, insbesondere aus Bronze oder Messing, besteht. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible und elastische Abschnitt (
20 ) im wesentlichen die Form eines Federblatts aufweist. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible und elastische Abschnitt (
20 ) mit den Aktor-Kontakten (23 ) und/oder mit der Zuleitung (25 ) durch Stoff- Form- und/oder Kraftschluß, insbesondere durch Löten oder Schweißen, gefügt ist. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (
25 ) von einer im Querschnitt kreisrunden Form abströmseitig, insbesondere im Bereich des Kopplers (10 ), in eine abgeflachte Form übergeht. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (
25 ) mit Ausnahme der Bereiche ihrer Enden durch eine Mantelung (30 ) entlang ihres axialen Verlaufs radial umgeben ist. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelung (
30 ) an die Zuleitung (25 ) angespritzt ist und von der Zuleitung (25 ) elektrisch isoliert ist. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringelement (
27 ) mit der Mantelung (30 ) verbunden ist. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (
27 ) an dem Koppler (10 ) radial und axial fixiert ist. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler (
10 ) zuströmseitig durch das Ringelement (27 ) hindurch greift. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringelement (
27 ) mit der Mantelung (30 ) einteilig ausgebildet ist. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible und elastische Abschnitt (
20 ) im wesentlichen rechtwinklig zur einer Mittelachse (19 ) des Brennstoffeinspritzventils (1 ) verläuft.
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