DE10353641A1

DE10353641A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10353641A1
Application number: DE10353641A
Authority: DE
Inventors: Guenther Hohl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: WO2005050001A1; DE10353641B4

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfaßt eine in einem Düsenkörper (4) geführte Ventilnadel (8), welche durch einen Aktor (17) betätigbar ist und durch eine Ventilschließfeder (11) so beaufschlagt ist, daß ein mit der Ventilnadel (8) in Wirkverbindung stehender Ventilschließkörper (7) in dichtender Anlage an einer Ventilsitzfläche (6) gehalten wird. Der Aktor (17) ist durch eine Wellrohrdichtung (27) gegenüber dem Brennstoff abgedichtet.

Description

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

Beispielsweise ist aus der EP 0 218 895 A1 ein Zumeßventil zur Dosierung von Flüssigkeiten oder Gasen, insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzsysteme von Brennkraftmaschinen bekannt, welches einen piezoelektrischen Aktor aufweist, dessen Längung bei Anlegen einer Erregerspannung auf eine eine Zumeßöffnung steuernde Ventilnadel übertragen wird und den Hubweg der Ventilnadel bestimmt. Zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen des Aktors liegt dieser mit seinem einen Ende an einem Dämpfungskolben an, der einen flüssigkeitsgefüllten Dämpfungsraum begrenzt. Der Dämpfungsraum steht über einen Drosselspalt mit einem Ausgleichsraum in Verbindung. Dämpfungsraum und Ausgleichsraum bilden ein hermetisch abgeschlossenes gasfreies Flüssigkeitspolster, das bei der Erregung des piezoelektrischen Aktors diesen in Bezug auf das Gehäuse stationär festlegt.

Nachteilig bei dem aus der EP 0 218 895 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß der Aktor gegenüber dem das Zumeßventil durchströmenden Medium nicht abgedichtet ist. Soll das Zumeßventil z. B. zum Zumessen von Brennstoff in den Brennraum oder das Saugrohr einer Brennkraftmaschine verwendet werden, ist dies unabdingbar, da der Brennstoff den Aktor zerstört. Andererseits sind die Abdichtungsmaßnahmen hinderlich bei der Übertragung des Hubs des Aktors auf die Ventilnadel, wo Reibung und Verformungsenergie zu Verlusten führen, und anfällig gegen Beschädigungen durch die Dauerbelastung durch Hub und Brennstoffdruck.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß einerseits eine zuverlässige Abdichtung des Aktors ermöglicht und dieser damit zuverlässig vor Beschädigungen durch Brennstoff geschützt ist, und daß andererseits die für die Dichtung verantwortliche Wellrohrdichtung druckfrei gehalten werden kann, wodurch die Dauerlaufstabilität des Brennstoffeinspritzventils verbessert wird.

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

Vorteilhafterweise verfügt das Brennstoffeinspritzventil dabei über eine Wellrohrdichtung, welche am Düsenkörper und am Betätigungskörper fixiert ist, sowie über Dichtungen zwischen den gehäusefesten Bauteilen, welche beispielsweise O-Ringförmig ausgebildet sind.

Von Vorteil ist außerdem, daß eine Spaltdichtung zwischen dem von der Wellrohrdichtung und dem von Brennstoff durchflossenen Teilen des Brennstoffeinspritzventils vorgesehen ist, welche Druckpulsationen von der Wellrohrdichtung abkoppelt.

Weiterhin ist von Vorteil, daß eine Rücklaufleitung die Leckage der Spaltdichtung abführt und dadurch das durch die Wellbalgdichtung umschlossene Volumen drucklos bleibt.

Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils, und
2 einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 sind in der Form von Brennstoffeinspritzventilen 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Die Brennstoffeinspritzventile 1 sind als außenöffnende Brennstoffeinspritzventile 1 ausgebildet.
Die Brennstoffeinspritzventile 1 weisen ein Ventilgehäuse 2 auf, welches in ein Gehäusebauteil 3 eingeschoben ist. Zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Gehäusebauteil 3 ist ein Düsenkörper 4 angeordnet, welcher eine axiale Durchgangsbohrung 5 aufweist. An dem Düsenkörper 4 ist eine Ventilsitzfläche 6 ausgebildet, welche mit einem Ventilschließkörper 7 einen Dichtsitz bildet. Der Ventilschließkörper 7 steht kraftschlüssig mit einer Ventilnadel 8 in Verbindung, die in dem Düsenkörper 4 geführt ist.
Die Ventilnadel 8 ist in einer auf der Ventilnadel 8 axial verschieblichen Hülse 9 geführt, die einen Ringflansch 10 trägt. Zwischen dem Ringflansch 10 der Hülse 9 und dem Düsenkörper 4 stützt sich eine Ventilschließfeder 11 ab, wodurch die Hülse 9 über eine Stützscheibe 12 an einem Vorsprung 13 der Ventilnadel 8 anliegt. Durch den Druck der Ventilschließfeder 11 wird der Ventilschließkörper 7 in dichtender Anlage an der Ventilsitzfläche 6 gehalten.
Das Ventilgehäuse 2 weist eine im Durchmesser gestufte axiale Sackbohrung 14 auf, welche einen ersten Abschnitt 15 und einen zweiten, im Durchmesser reduzierten zweiten Abschnitt 16 umfaßt. In dem ersten Abschnitt 15 ist ein piezoelektrischer Aktor 17 angeordnet. In dem zweiten Abschnitt 16 ist ein Dämpfungskolben 18 derart angeordnet, daß zwischen dem Dämpfungskolben 18 und dem Ventilgehäuse 2 ein Ringspalt 19 ausgebildet ist. Der Dämpfungskolben 18 liegt an dem Aktor 17 an. Eine Druckfeder 20 ist so in dem Ventilgehäuse 2 angeordnet, daß der Aktor 17 in Richtung auf die Ventilnadel 8 mit einem Druck beaufschlagt ist. Die Federkraft der Druckfeder 20 ist dabei wesentlich kleiner als die Federkraft der Ventilschließfeder 11, so daß das Brennstoffeinspritzventil 1 im unbestromten Zustand des Aktors 17 geschlossen gehalten wird.
An der anderen Seite des Aktors 17 ist ein Betätigungselement 31 angeordnet, welches in Wirkverbindung mit der Ventilnadel 8 steht. Zwischen dem Ventilgehäuse 2 und einem den Aktor 17 abschließenden Flansch 21 ist eine Membran 22 ausgebildet. Ein von dieser umschlossener Ausgleichsraum 23 steht über den Ringspalt 19, der als Drossel wirkt, mit einem Dämpfungsraum 24 in Verbindung. Der Dämpfungsraum 24 und der Ausgleichsraum 23 sind mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt und nach außen abgeschlossen.
Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 25 zugeleitet und über einen Brennstoffkanal 26 in einen Sammelraum 28 des Brennstoffeinspritzventils 1 geführt, um von dort durch den Düsenkörper 4 zum Dichtsitz geleitet zu werden.
Bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil 1 steht der Brennstoff mit einem gesteuerten Druck an dem Ventilschließkörper 7 an. Wird eine Erregerspannung an den Aktor 17 angelegt, vergrößert sich dessen axiale Länge. Die Längenänderung, die sehr schnell erfolgt, wird über das Betätigungselement 31 auf die Ventilnadel 8 übertragen, wodurch der Ventilschließkörper 7 von der Ventilsitzfläche 6 abhebt und Brennstoff abgespritzt wird. Die Bewegung wird ungedämpft auf die Ventilnadel 8 übertragen, da sich die Flüssigkeit in dem Dämpfungsraum 24 gegenüber schnellen Bewegungen starr verhält.
Auftretende Längenänderungen des Aktors 17 infolge von Temperaturerhöhungen der Brennkraftmaschine werden dagegen durch den Dämpfungskolben 18 ausgeglichen, da sie langsam und damit quasistatisch verlaufen. Flüssigkeit wird dabei aus dem Dämpfungsraum 24 in den Ausgleichsraum 23 verdrängt, bis der Aktor 17 wiederum gehäuseseitig festliegt. Bei einer erneuten Bestromung des Aktors 17 wird nun wieder der volle Hub auf die Ventilnadel 8 übertragen.
Problematisch ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Brennstoffeinspritzventilen 1, daß sie nur dann zum Betrieb als Brennstoffeinspritzventile 1 geeignet sind, wenn der Aktor 17 gegenüber dem das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff abgedichtet ist. Andererseits ist eine entsprechende Abdichtungsmaßnahme bei der Übertragung der Bewegung des Aktors 17 auf den Betätigungskörper 31 hinderlich, da aufgrund der Dichtigkeit automatisch Behinderungen in der Bewegung des Betätigungskörpers 31 durch Reibung oder Verformungsenergie auftreten.
Erfindungsgemäß werden daher Maßnahmen getroffen, welche einerseits die Dichtigkeit des Aktors 17 gegenüber dem Brennstoff gewährleisten und andererseits die Bewegung des Betätigungskörpers 31 und der Ventilnadel 8 nicht behindern.
Ersteres kann, wie in 1 dargestellt, dadurch erreicht werden, daß der Aktor 17 im Bereich der beweglichen Bauteile über eine Wellrohrdichtung 27 abgedichtet wird, während gehäusefeste Bauteile durch eine beispielsweise O-ringförmige Dichtung 30 abgedichtet sind. Die Wellrohrdichtung 27 ist dabei an dem Düsenkörper 4 und an der Ventilnadel 8 verschweißt. Der Brennstoff strömt durch die Brennstoffkanäle 26 in einen Sammelraum 28 und weiter durch zumindest eine Zulaufbohrung 29 in Richtung Dichtsitz.
Während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils 1 ist die Wellrohrdichtung 27 sowohl vom Hub der Ventilnadel 8 als auch vom Druck des Brennstoffs belastet. Eine Spaltdichtung 32 zwischen der Stützscheibe 12 und einem in den Düsenkörper 4 eingepreßten Ring 33 sorgt für eine Entkoppelung der Wellrohrdichtung 27 von den Druckpulsationen, welche in den vom Brennstoff durchströmten Teilen des Brennstoffeinspritzventils 1 herrschen. Die Weite der Spaltdichtung 32 ist dabei so bemessen, daß in einem durch die Wellrohrdichtung 27 eingeschlossenen Volumen 36 bei Betätigung des Aktors 17 kein unzulässiger Druckanstieg stattfindet. Die Wellrohrdichtung 27 wird somit nicht unnötig belastet, wodurch die Dauerlaufstabilität zunimmt und die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 steigt.
In 2 ist eine weitere Ausführungsvariante für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Brennstoffeinspritzventil 1 dargestellt. Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Bis auf die im folgenden beschriebenen Maßnahmen kann das Brennstoffeinspritzventil 1 identisch mit dem in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil 1 ausgeführt sein. Auf eine wiederholende Beschreibung bereits beschriebener Bauteile kann daher verzichtet werden.
Da die Wellrohrdichtung 27 je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine bei unterschiedlichen Lastzuständen bereits durch die Kombination des Hubs der Ventilnadel 8 und des statischen Drucks stark belastet wird, ist in 2 eine zusätzliche Rücklaufleitung 34 vorgesehen, welche die Leckageverluste der Spaltdichtung 32 durch zumindest eine Bohrung 35 abführt. Dadurch kann das durch die Wellrohrdichtung 27 eingeschlossenen Volumen 36 drucklos gehalten werden, wodurch ebenfalls die Belastung der Wellrohrdichtung 27 abnimmt und die Dauerlaufstabilität verbessert wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und für beliebige Bauweisen von nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einer Ventilnadel (8), welche durch einen Aktor (17) betätigbar ist und durch eine Ventilschließfeder (11) so beaufschlagt ist, daß ein mit der Ventilnadel (8) in Wirkverbindung stehender, dem Brennraum zugewandter Ventilschließkörper (7) im unbetätigten Zustand des Aktors (17) in dichtender Anlage an einer an einem Düsenkörper (4) ausgebildeten Ventilsitzfläche (6) gehalten wird, wobei der Aktor (17) durch eine Wellrohrdichtung (27) gegenüber dem Brennstoff abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellrohrdichtung (27) so angeordnet ist, daß ein von der Wellrohrdichtung (27) eingeschlossenes Volumen (36) von Druckpulsationen des Brennstoffs entkoppelt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellrohrdichtung (27) an einem auf die Ventilnadel (8) einwirkenden Betätigungskörper (31) und an dem Düsenkörper (4) fixiert ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (4) durch zumindest eine Dichtung (30) gegenüber einem Ventilgehäuse (2) abgedichtet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem in dem Düsenkörper (4) angeordneten Ring (33) und einer Stützscheibe (12) eine Spaltdichtung (32) vorgesehen ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltdichtung (32) so ausgeführt ist, daß bei Betätigung des Aktors (17) kein unzulässiger Druckanstieg in der Wellrohrdichtung (27) stattfindet.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (33) in den Düsenkörper (4) eingepreßt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (12) in Wirkverbindung mit der Ventilnadel (8) steht.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rücklaufleitung (34) vorgesehen ist, durch welche ein von der Wellrohrdichtung (27) eingeschlossenes Volumen (36) entwässert wird.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (34) über zumindest eine Bohrung (35) mit dem durch die Wellrohrdichtung eingeschlossenen Volumen (36) verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellrohrdichtung (27) durch die Rücklaufleitung (34) drucklos gehalten wird.