DE19928916B4

DE19928916B4 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE19928916B4
Application number: DE19928916.6A
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: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: JP2001020823A; US6425376B1; JP4499250B2; DE19928916A1

Abstract

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem in einem Aktorraum (20) eines Ventilgehäuses (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) angeordneten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (21), wobei der Aktorraum (20) durch eine Abdichtung gegen einen Brennstoff abgedichtet ist, und einem von dem Aktor (21) betätigbaren Ventilschliesskörper (9), der mit einer Ventilsitzfläche (7) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung einen Dichtkörper (13) und ein mit dem Dichtkörper (13) durch eine erste umlaufende Schweissnaht (14) verbundenes, elastisch verformbares und bandförmiges Dichtelement (15) aufweist, das mit dem Ventilgehäuse (2) durch eine zweite umlaufende Schweissnaht (16) verbunden ist, wobei das Dichtelement (15) an einem Biegeabschnitt (25) umgebogen ist, so dass das Dichtelement (15) ein U-förmiges Profil aufweist, und das Ventilgehäuse (2) und/oder der Dichtkörper (13) eine Abrollfläche (26, 27) aufweist, an der bei einer Betätigung des Brennstoffeinspritzventils (1) ein Teil des Biegeabschnittes (25) des Dichtelementes (15) abrollt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 40 05 455 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs 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. Dabei ist der Aktorraum mit einer an die Ventilnadel befestigten Federmembran gegen einen Brennstoffraum abgedichtet. Zwischen zwei, mittels einer Schweißnaht miteinander verbundenen Gehäusehälften ist die Federmembran in einer umlaufenden Aussparung in dem Ventilgehäuse eingespannt.
Nachteilig bei dem aus der DE 40 05 455 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist, daß die elastische Federmembran durch den gegenüber dem Druck im Aktorraum hohen Brennstoffdruck im Brennstoffraum in den Aktorraum durchgebogen wird, wobei im Bereich der Befestigung der Federmembran an der Ventilnadel und der Federmembran an dem Ventilgehäuse die Verbindungen mit hohen Scherkräften beaufschlagt werden. Außerdem wird die Federmembran an einer Kante des Ventilgehäuses, an der sie in dem Ventilgehäuse eingespannt ist, unter einem geringen Krümmungsradius umgebogen, wodurch es zu einer punktuellen Belastung der Federmembran kommt. Durch die hohe Belastung kann die Federmembran an der Kante der Aussparung abgeschert werden.
Aus der DE 42 32 225 A1 ist ein Verschiebungsverstärker für ein piezoelektrisches Element bekannt, das mit zwei elastischen Abdichtteilen, und zwar einem Balg und einer Membran, zur flüssigkeitsdichten Abdichtung gegenüber einem Gehäuse vorgesehen ist. Aufgrund der Befestigung der Membran an dem Flansch der Halterung des Piezoaktors sowie an dem Gehäuse treten Probleme und Nachteile bezüglich hoher Scherkräfte und hoher punktueller und insofern sehr ungleichmäßiger Belastung auf.
Aus der DE 195 19 762 C2 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Aktorraum mittels einer zwischen einem Ventilgehäuse und einer Ventilnadel angebrachten ringförmigen Elastomerdichtung gegen einen Brennstoffraum abgedichtet ist. Nachteilig bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist, dass die Elastomerdichtung nicht mit der Ventilnadel oder dem Ventilgehäuse verbunden ist. Dadurch kann es zu einem Verschieben der Elastomerdichtung oder zu einem Verdrillen der Elastomerdichtung kommen, wodurch es zu Funktionsstörungen des Brennstoffeinspritzventils kommt.
Ein Nachteil von Elastomerdichtungen und insbesondere von ringförmigen Elastomerdichtungen ist, dass sie aufgrund von Spalt- und Materialpermeation, insbesondere bei hohen Brennstoffdrücken, den Aktorraum nicht vollständig gegenüber dem Brennstoffraum abdichten, so dass ein Teil des Brennstoffs in den Aktorraum eindringt. Außerdem verhärten die Materialien von Elastomerdichtungen bei niedrigen Temperaturen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine stabile, hermetische 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.
Vorteilhaft ist es, daß das Dichtelement an einem Biegeabschnitt umgebogen ist, so daß das Dichtelement ein U-förmiges Profil aufweist. Dadurch ist eine gleichmäßig verteilte Belastung des Dichtelementes durch den Brennstoffdruck gegeben, was sich günstig auf die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils auswirkt.
Vorteilhaft ist es ferner, daß das Ventilgehäuse und/oder die Dichtplatte eine Abrollfläche aufweist, an der bei einer Betätigung des Brennstoffeinspritzventils ein Teil des Biegeabschnitts des Dichtelementes abgerollt wird. Dadurch lassen sich auch große Ventilnadelhübe des Brennstoffeinspritzventils realisieren.
In vorteilhafter Weise ist der Dichtkörper als ein den Aktor zumindest teilweise umschließender Aktortopf ausgebildet, wobei der Aktor über den Aktortopf auf eine mit dem Ventilschließkörper verbundene Ventilnadel einwirkt. Dadurch ist eine kompakte Ausbildung des Brennstoffeinspritzventils gegeben.
In vorteilhafter Weise ist der Dichtkörper mit einer Ventilnadel verbunden. Dadurch kann eine Kraft der Betätigungseinrichtung sowohl zum Öffnen als auch zum Schließen über den Dichtkörper auf die Ventilnadel übertragen werden.
In vorteilhafter Weise ist das Dichtelement aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Dadurch ist eine alterungsbeständige Abdichtung gegeben, deren Funktionsfähigkeit über einen großen Temperaturbereich sichergestellt ist.
Vorteilhaft ist es ferner, daß das Dichtelement durch Tiefziehen hergestellt ist. Dadurch läßt sich das Brennstoffeinspritzventil kostengünstig herstellen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils; und
2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in einer alternativen Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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 sog. Benzindirekteinspritzventil. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 auf, das aus zwei durch eine Schweißnaht 3 miteinander verbundenen Gehäusehälften 4, 5 besteht. Das Ventilgehäuse 2 ist mit einem Ventilsitzkörper 6 verbunden, der eine Ventilsitzfläche 7 aufweist. Ein mittels einer Ventilnadel 8 betätigbarer Ventilschließkörper 9 wirkt mit der Ventilsitzfläche 7 zu einem Dichtsitz zusammen, wobei der Ventilschließkörper 9 kegelstumpfförmig, sich in Abspritzrichtung erweiternd, ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilschließkörper 9 mit der Ventilnadel 8 einteilig ausgebildet. Die Gehäusehälfte 5 des Ventilgehäuses 2 weist eine Aussparung 10 auf, durch die ein seitlich an das Ventilgehäuse 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 geführter Brennstoffeinlaßstutzen gebildet ist. Durch die Aussparung 10 wird Brennstoff in den Brennstoffraum 11 des Brennstoffeinspritzventil 1 eingefüllt.
In der Gehäusehälfte 5 des Ventilgehäuses 2 ist ein umlaufender Bund 12 ausgebildet, der sich in das Innere des Brennstoffeinspritzventils 1 erstreckt. Die Ventilnadel 8 ist mit einem Dichtkörper 13 verbunden. Der Dichtkörper 13 ist durch eine erste umlaufende Schweißnaht 14 mit einem elastisch verformbaren und bandförmigen Dichtelement 15 verbunden, das durch eine zweite umlaufende Schweißnaht 16 mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Dichtkörper 13 als Aktortopf ausgebildet, der einen in einem Aktorraum 20 angeordneten Aktor 21 abschnittsweise umschließt. Dabei kann der Aktor 21 piezoelektrisch oder magnetostriktiv ausgeführt sein. Der als Aktortopf ausgebildete Dichtkörper 13 weist einen Bund 22 auf, an dem sich eine den Aktor 21 mit einer Vorspannung beaufschlagende Druckfeder 23 abstützt, wobei sich die Druckfeder 23 andererseits an dem Bund 12 des Ventilgehäuses 2 abstützt. Bei einer Betätigung des Aktors 21 dehnt sich dieser aus und wirkt über den als Aktortopf ausgebildeten Dichtkörper 13 auf die mit dem Ventilschließkörper 9 verbundene Ventilnadel 8 ein.
Durch den Dichtkörper 13 und das mit dem Dichtkörper 13 durch die erste umlaufende Schweißnaht 14 verbundene, elastisch verformbare und bandförmige Dichtelement 15, das mit dem Ventilgehäuse 2 durch die zweite umlaufende Schweißnaht 16 verbunden ist, ist eine Abdichtung gebildet, die den Brennstoffraum 11 gegen den Aktorraum 20 hermetisch abdichtet. Das Dichtelement 15 ist an einem Biegeabschnitt 25 umgebogen, so daß das Dichtelement 15 ein U-förmiges Profil aufweist. Dabei ist das Dichtelement 15, ausgehend von dem Brennstoffraum 11, in Richtung des Brennstoffraums 11 zurückgebogen. An dem Ventilgehäuse 2 und dem Dichtelement 13 sind Abrollflächen 26, 27 ausgebildet, an denen bei einer Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 ein Teil des Biegeabschnittes 25 des Dichtelementes 15 abgerollt wird. Dadurch weist das Dichtelement 15 auch bei einer Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 keine Knicke oder stark gekrümmte Bereiche auf, so daß sich die Spannungen in dem Dichtelement 15 zumindest annähernd gleichmäßig in dem Dichtelement 15 verteilen. Dadurch dichtet das Dichtelement 15 den Aktorraum 20 auch gegen hohe Brennstoffdrücke des Brennstoffs in dem Brennstoffraum 11 ab. Bei einer Betätigung des Aktors 21 und der damit verbundenen Bewegung des Dichtkörpers 13 gegenüber dem Ventilgehäuse 2 rollt zumindest ein Teil des Biege abschnittes 25 des Dichtelementes 15 an einer der Abrollflächen 26, 27 ab, so daß keine zusätzlichen Spannungen in dem Dichtelement 15 auftreten.
Bei einer Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 dehnt sich der Aktor 21 aus, wodurch der Ventilschließkörper 9 von der Ventilsitzfläche 7 des Ventilsitzkörpers 6 abhebt und Brennstoff aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 abgespritzt wird.
2 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in einer alternativen Ausführungsform. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel das Dichtelement 15, ausgehend von dem Aktorraum 20 in den Brennstoffraum 11 und von diesem zurück in den Aktorraum 20, gebogen. Das Dichtelement 15 ist wiederum an dem Biegeabschnitt 25 umgebogen, so daß das Dichtelement 15 ein U-förmiges Profil aufweist und sich die Schweißnähte 14, 16 auf der Seite des Aktorraums 20 befinden. Auf diese Weise wird bei einer Betätigung des Aktors 21 ebenfalls ein Abrollen eines Teils des Biegeabschnittes 25 an der Abrollfläche 27 des Ventilgehäuses 2 und/oder an der Abrollfläche 26 des Dichtkörpers 13 ermöglicht. Wie in dem Ausführungsbeispiel zu 1 wird dadurch die Belastung des Dichtelementes 15 minimiert.
Vorteilhaft ist es, daß das Dichtelement 15 aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, so daß der Aktorraum 20 gegenüber dem Brennstoffraum 11 hermetisch abgedichtet ist. Um das Dichtelement 15 besonders kostengünstig herzustellen, kann es insbesondere durch Tiefziehen hergestellt sein. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist es vorteilhaft, daß das Dichtelement 15 an dem Biegeabschnitt 25 annähernd halbkreisförmig umgebogen ist, da sich dann die an dem Biegeabschnitt 25 des Dichtelementes 15 auftretenden Biegespannungen annähernd gleichmäßig über den Biegeabschnitt 25 verteilen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere eignet sich die Erfindung auch für ein innenöffnendes Brennstoffeinspritzventil 1.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem in einem Aktorraum (20) eines Ventilgehäuses (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) angeordneten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (21), wobei der Aktorraum (20) durch eine Abdichtung gegen einen Brennstoff abgedichtet ist, und einem von dem Aktor (21) betätigbaren Ventilschliesskörper (9), der mit einer Ventilsitzfläche (7) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung einen Dichtkörper (13) und ein mit dem Dichtkörper (13) durch eine erste umlaufende Schweissnaht (14) verbundenes, elastisch verformbares und bandförmiges Dichtelement (15) aufweist, das mit dem Ventilgehäuse (2) durch eine zweite umlaufende Schweissnaht (16) verbunden ist, wobei das Dichtelement (15) an einem Biegeabschnitt (25) umgebogen ist, so dass das Dichtelement (15) ein U-förmiges Profil aufweist, und das Ventilgehäuse (2) und/oder der Dichtkörper (13) eine Abrollfläche (26, 27) aufweist, an der bei einer Betätigung des Brennstoffeinspritzventils (1) ein Teil des Biegeabschnittes (25) des Dichtelementes (15) abrollt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (13) als ein den Aktor (21) zumindest teilweise umschliessender Aktortopf ausgebildet ist, wobei der Aktor (21) über den Aktortopf auf eine mit dem Ventilschliesskörper (9) verbundene Ventilnadel (8) einwirkt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (13) mit einer Ventilnadel (8) verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (15) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (15) durch Tiefziehen hergestellt ist.