DE19925102A1

DE19925102A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE19925102A1
Application number: DE19925102A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ruehle; Hubert Stier; Matthias Boee; Guenther Hohl; Norbert Keim
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: DE19925102B4; JP2000356175A; US6637677B1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil von Brennkraftmaschinen, weist einen piezoelektrischen oder magnetostruktiven Aktor (10), der in einem durch eine Abdichtung gegen den Brennstoff abgedichteten Aktorraum (11) angeordnet ist, und einen von dem Aktor (10) mittels einer Ventilnadel (6) betätigbaren Ventilschließkörper (5), der mit einer Ventilsitzfläche (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Dabei weist die Abdichtung zur Bildung einer permeationsbeständigen Abdichtung zumindest zwei hintereinander angeordnete Elastomerdichtungen (20, 21) auf.

Description

Stand der Technik

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

Aus der DE 195 34 445 C2 ist ein Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 bekannt. Das aus dieser Druckschrift hervorgehende Brennstoffeinspritzventil weist einen in einem Aktorraum angeordneten Aktor und einen von dem Aktor mittels einer Ventilnadel betätigbaren Ventilschließkörper, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Die Ventilnadel ist formschlüssig mit einer Druckschulter verbunden, über welche der Aktor entgegen der Kraft einer Druckfeder auf die Ventilnadel einwirkt. Dabei sind die Druckschulter und die Ventilnadel in einem Ventilgehäuse geführt. Um den Brennstoff in Richtung des Dichtsitzes zu leiten, weisen die Druckschulter und die Ventilnadel jeweils eine Zentralbohrung auf. Um den Aktor gegen den Brennstoff abzudichten, ist die Führung zwischen der Druckschulter und dem Ventilgehäuse bzw. zwischen der Ventilnadel und dem Ventilgehäuse dichtend ausgeführt. Da eine Beweglichkeit der Ventilnadel bzw. der Druckschulter im Ventilgehäuse gegeben sein muß, ist der Aktor nicht vollständig gegen den Brennstoff abgedichtet, sondern nur, gegen den Brennstoffdruck geschützt.

Nachteilig bei dem aus der DE 195 34 445 C2 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist, daß der Aktor weiterhin der chemischen Wirkung des Brennstoffs ausgesetzt ist und daß durch die Dichtung die Beweglichkeit der Ventilnadel verschlechtert wird. Außerdem wird durch die entstehende Reibung die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils verringert.

Aus der DE 42 32 225 C2 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein piezoelektrischer Aktor gegen ein Druckmedium abgedichtet ist. Die Abdichtung erfolgt dabei über ein elastisches Abdichtelement. Das Druckmedium dient dabei der Hubübersetzung und ist deswegen nicht mit einem hohen Druck beaufschlagt. Die aus der DE 42 32 225 C2 bekannte Abdichtung eignet sich jedoch nicht für Brennstoffe, insbesondere nicht für Brennstoff unter sehr hohem Druck. Bei Brennstoff unter sehr hohem Druck tritt das Problem auf, daß die Verbindung zwischen dem Abdichtelement und einem Gehäuse dem hohen Brennstoffdruck nicht standhält. Außerdem weist Brennstoff eine hohe Permeation auf, so daß die Abdichtelemente von dem Brennstoff durchdrungen werden, wodurch Brennstoff bzw. Brennstoffdampf durch die Abdichtung gelangt. Dies gilt insbesondere für den Brennstoff Benzin.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine permeationsbeständige Abdichtung des Aktors erreicht wird. Dadurch ist der Aktor sowohl vor dem Druck des Brennstoffs als auch vor der chemischen Einwirkung des Brennstoffs geschützt.

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

In vorteilhafter Weise ist zwischen den beiden Elastomerdichtungen ein Zwischenraum ausgebildet, der über einen Entlüftungskanal entlüftet ist. Dadurch wird durch die erste Elastomerdichtung dringendes Brennstoffgas aus dem Zwischenraum geführt, so daß die Abdichtung des Aktors gegen den Brennstoff weiter verbessert wird.

In vorteilhafter Weise weist das Brennstoffeinspritzventil ein topfförmig ausgebildetes, axialbewegliches Aktorgehäuse auf, das den Aktor zumindest abschnittsweise umschließt und welches zumindest abschnittsweise von den Elastomerdichtungen umschlossen ist. Dadurch wird in einfacher Weise ein Hub des Aktors ermöglicht.

Bei einem Hub des Aktors werden die Elastomerdichtungen ohne Gleitbewegung elastisch verformt, so daß es zu keinen Reibungsverlusten kommt, was die Langzeitstabilität des Brennstoffeinspritzventils verbessert.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff, insbesondere von Benzin, in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine als sogenanntes Benzindirekteinspritzventil. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 auf, das in dem Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist und sich aus den Einzelteilen 2a-2c zusammensetzt. An dem Teil 2c des Ventilgehäuses 2 ist ein Ventilsitzkörper 3 befestigt, der eine Ventilsitzfläche 4 aufweist, die mit einem Ventilschließkörper 5 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Ventilschließkörper 5 ist kegelstumpfförmig, sich in Abspritzrichtung verbreiternd ausgebildet. Die Betätigung des Ventilschließkörpers 5 erfolgt mit einer Ventilnadel 6, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Ventilschließkörper 5 einteilig ausgebildet ist. Die Zufuhr von Brennstoff erfolgt über einen vereinfacht dargestellten Brennstoffeinlaßstutzen 7, der beispielsweise seitlich in Form einer Öffnung im mittleren Teil 2b des Ventilgehäuses 2 eingebracht ist, in einen Brennstoffraum 8, der im Inneren des Ventilgehäuses 2 ausgebildet ist.

Die Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt mit einem beispielsweise piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor 10, der sich in einem im Inneren des Brennstoffeinspritzventils 1 ausgebildeten Aktorraum 11 befindet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein topfförmig ausgebildetes, axialbewegliches Aktorgehäuse 12 auf, das den Aktor 10 zumindest abschnittweise umschließt. Das Aktorgehäuse 12 weist einen Bund 13 auf, an dem sich eine Druckfeder 14 mit ihrem einen Ende abstützt, wodurch der Aktor 10 vorgespannt wird. Dabei stützt sich die Druckfeder 14 mit ihrem anderen Ende an einem Hund 15 ab, der am Ventilgehäuse 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 ausgebildet ist. Das Aktorgehäuse 12 weist einen rohrförmigen Abschnitt 16 auf, der mit der Ventilnadel 6 formschlüssig verbunden ist. Bei Betätigung des Aktors 10 dehnt sich dieser aus und wirkt über das Aktorgehäuse 12 auf die Ventilnadel 6 ein, wodurch sich der Ventilschließkörper 5 von der Ventilsitzfläche 4 abhebt und der Dichtsitz geöffnet wird. Durch den entstandenen Spalt zwischen Ventilschließkörper 5 und Ventilsitzfläche 4 kommt es zum Austritt von Brennstoff aus dem Brennstoffraum 8 des Brennstoffeinspritzventils 1 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Für das Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine werden hohe Brennstoffdrücke in der Größenordnung von 100 bar benötigt. Um den Aktor 10 vor der Einwirkung des Brennstoffdruckes und der chemischen Wirkung des Brennstoffes zu schützen, ist eine Abdichtung vorgesehen. Die Abdichtung weist eine erste Elastomerdichtung 20 und eine zweite Elastomerdichtung 21 auf. Dabei stützt sich die erste Elastomerdichtung 20 bei der Öffnungsbewegung des Aktorgehäuses 12 über ein erstes Stützelement 22 an dem Ventilgehäuse 2 ab. Um den Durchfluß von Brennstoff vom Brennstoffeinlaßstutzen 7 in den Brennstoffraum 8 zu ermöglichen, weist das erste Stützelement 22 eine Aussparung 23 auf. Zwischen den beiden Elastomerdichtungen 20, 21 ist ein zweites Stützelement 24 vorgesehen, wodurch ein fester Abstand zwischen den Elastomerdichtungen 20, 21 gegeben ist. Bei einer Betätigung des Aktors 10 wird das Aktorgehäuse 12 an einer Innenfläche 25 des ersten Stützelements 22 geführt.

Der einen hohen Druck aufweisende Brennstoff im Brennstoffraum 8 dringt über eine zwischen dem ersten Stützelement 22 und dem Aktorgehäuse 12 ausgebildete Trennfuge 26 in einen Zwischenraum 27 ein. Durch die zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Aktorgehäuse 12 angeordnete erste Elastomerdichtung 20 kann der Brennstoff nicht weiter in Richtung des Aktorraums 11 fließen. Durch den hohen Brennstoffdruck des Brennstoffes kommt es jedoch zu einer Permeation, d. h. Brennstoffgas dringt durch die erste Elastomerdichtung 20, so daß sich der Raum zwischen den beiden Elastomerdichtungen 20, 21 mit Brennstoffgas füllt. Das Brennstoffgas sammelt sich in einem Zwischenraum 28, der durch eine an dem Stützelement 24 ausgebildete Aussparung gegeben ist. Um das Abströmen von Brennstoffgas aus dem Zwischenraum 28 zu ermöglichen, weist das Ventilgehäuse 2 einen Entlüftungskanal 29 auf, der zu einem geeigneten Sammelbehälter oder Filter führen kann. Durch die zweite Elastomerdichtung 21 wird der Aktorraum 11 gegen das Brennstoffgas abgedichtet, so daß das Brennstoffgas nicht an den Aktor 10 gelangen kann.

Die Elastomerdichtungen 20, 21 bilden mit einer Mantelfläche 35 des Aktorgehäuses 12 eine erste Dichtfläche 36 und eine zweite Dichtfläche 37. Der Abstand der beiden Dichtflächen 36, 37 ist dabei durch das zweite Stützelement 24 gegeben. Bei der Betätigung des Aktors 10 wird das Aktorgehäuse 12 in axialer Richtung verschoben, wobei sich die Elastomerdichtungen 20, 21 elastisch verformen. Bei einem üblichen Hub der Ventilnadel 6 in der Größenordnung von 100 µm reicht die elastische Verformung der Elastomerdichtungen 20, 21 aus, um der Bewegung des Aktorgehäuses 12 zu folgen, so daß die Elastomerdichtungen 20, 21 nicht über die Mantelfläche 35 gleiten.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Aktorraum 11 von zwei Elastomerdichtungen 20, 21, die das Aktorgehäuse 12 abschnittsweise umschließen, gegen den Brennstoff im Brennstoffraum 8 abgedichtet. Es können jedoch auch drei oder mehr Elastomerdichtungen vorgesehen sein. Außerdem können die Elastomerdichtungen 20, 21 auch formschlüssig mit dem Aktorgehäuse 2 bzw. dem Aktortopf 12 verbunden sein.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere eignet sich die Erfindung auch für ein innenöffnendes Brennstoffeinspritzventil 1.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (10), wobei der Aktor (10) in einem Aktorraum (11) angeordnet ist, der durch eine Abdichtung gegen den Brennstoff abgedichtet ist, und mit einem von dem Aktor (10) mittels einer Ventilnadel (6) betätigbaren Ventilschließkörper (5), der mit einer Ventilsitzfläche (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zur Bildung einer permeationsbeständigen Abdichtung zumindest zwei hintereinander angeordnete Elastomerdichtungen (20, 21) aufweist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine erste Elastomerdichtung (20) an einem ersten Stützelement (22) abstützt.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste Stützelement (22) an einem Ventilgehäuse (2) abstützt.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Elastomerdichtung (20) und einer zweiten Elastomerdichtung (21) ein zweites Stützelement (24) angeordnet ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elastomerdichtungen (20, 21) ein Zwischenraum (28) ausgebildet ist, der über einen Entlüftungskanal (29) entlüftet ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil (1) ein topfförmig ausgebildetes, gegenüber einem Ventilgehäuse (2) axial bewegliches Aktorgehäuse (12) aufweist, das den Aktor (10) zumindest abschnittsweise ringförmig umschließt und welches zumindest abschnittsweise von den Elastomerdichtungen (20, 21) umschlossen ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerdichtungen (20, 21) zwischen einer Mantelfläche (35) des Aktorgehäuses (12) und dem Ventilgehäuse (2) angeordnet sind.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerdichtungen (20, 21) bei einer Bewegung des Aktorgehäuses (12) gegenüber dem Ventilgehäuse (2) ohne Gleitbewegung elastisch verformt werden.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (10) über das Aktorgehäuse (12) auf die Ventilnadel (6) einwirkt.