DE19939455A1

DE19939455A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19939455A1
Application number: DE19939455A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-03-01
Also published as: CZ20011386A3; KR20010080200A; EP1125057A1; WO2001014735A1; JP2003507655A

Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil (10) für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen. Das Kraftstoffeinspritzventil (10) hat eine verstellbare Hubbegrenzung (32) für die Ventilnadel (18). Die Hubbegrenzung (32) weist einen Begrenzungsanschlag (34), der in einer Führungsbohrung (36) des Kraftstoffeinspritzventils verschiebbar geführt ist und mindestens einen Aktuator auf. Der Begrenzungsanschlag (34, 34a) weist einen axialen Spalt (62, 62a) auf, in dem der Aktuator (64) angeordnet ist. Wird der Aktuator (64) angesteuert, so dehnt er sich derart aus, daß der Begrenzungsanschlag (34, 34a) gedehnt wird, wodurch der Begrenzungsanschlag (34, 34a) in seiner Führungsbohrung (36) klemmt. Auf diese Weise ist mit einem relativ klein ausgebildeten Aktuator (64) eine Hubverstellung für die Ventilnadel (18) in einem sehr großen Bereich möglich.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1. Ein derartiges aus der DE 43 32 124 A1 bekanntes Kraftstoffeinspritzventil hat eine verstellbare Hubbegrenzung für die Ventilnadel. Die Hubbegrenzung weist einen Begrenzungsanschlag, der in einer Führungsbohrung des Kraftstoffeinspritzventils verschiebbar geführt ist, und einen Aktuator auf. Der Begrenzungsanschlag und der Aktuator sind axial hintereinander und um die Ventilnadel herum angeordnet. Durch Ansteuern des Aktuators verändert dieser seine axiale Länge, wodurch die Hubbegrenzung für die Ventilnadel und somit deren Hub begrenzt wird. Durch diese Anordnung läßt sich der Hub der Ventilnadel in einem Bereich von ca. 0,1 mm verändern. Ist eine größere Veränderung des Hubs notwendig, so müssen mehrere Aktuatoren hintereinander angeordnet werden, wodurch allerdings die axiale Baulänge des Kraftstoffeinspritzventils sehr groß wird.

Es ist ferner bekannt, eine Ventilnadel direkt anzusteuern, um so eine Veränderung des Hubs zu erzielen. Dies erfordert jedoch einen sehr hohen Aufwand.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß sich der Hub der Ventilnadel in einem sehr großen Bereich verändern läßt. Außerdem ist nur ein sehr kleiner Aktuator erforderlich. Hierbei ist es vorteilhaft, den Begrenzungsanschlag als einen um die Ventilnadel angeordneten Ring mit einem axialen Spalt auszubilden.

Sind in dem Spalt zwei in axialer Richtung des Kraftstoffeinspritzventils feststehende Bremsbacken angeordnet, zwischen denen zwei Aktuatoren angeordnet sind, so können die Aktuatoren feststehen, was günstig für die elektrischen Anschlüsse ist.

Ist in der Führungsbohrung des Begrenzungsanschlags axial zum Begrenzungsanschlag ein Federelement angeordnet, das auf den Begrenzungsanschlag eine entgegen der Öffnungsrichtung des Kraftstoffeinspritzventils wirkende Kraft ausübt, so kann der Begrenzungsanschlag in eine Ausgangsstellung gebracht werden. Hierfür stützt sich das Federelement an einer Schulterfläche des Kraftstoffeinspritzventils ab, die von der Öffnungsrichtung des Kraftstoffeinspritzventils wegweist.

Es ist zweckmäßig, daß der Begrenzungsanschlag bei einem Einspritzvorgang durch eine in die Öffnungsrichtung des Kraftstoffeinspritzventils weisende Schulterfläche der Ventilnadel in die Öffnungsrichtung verschiebbar ist, da dadurch der Begrenzungsanschlag ohne zusätzliche Mittel verschiebbar ist.

Ein einfacher Aufbau und eine leichte Montage ist gegeben, wenn der Begrenzungsanschlag eine U-Scheibe aufweist, die zwischen dem Begrenzungsanschlag und der Schulterfläche der Ventilnadel angeordnet ist.

Ist in der Führungsbohrung eine einen Endanschlag für den Begrenzungsanschlag bildende Schulterfläche ausgebildet, die von der Öffnungsrichtung wegweist, so ist ein maximaler Hub der Ventilnadel gegeben. Außerdem ist das Feldelement gegen Beschädigungen geschützt.

Ferner erweist es sich als sehr günstig, als Aktuator ein Piezoelelement zu verwenden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der . Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein teilweise dargestelltes Kraftstoffeinspritzventil,

Fig. 2a eine Ansicht einer ersten Hubbegrenzung,

Fig. 2b eine Draufsicht auf die Hubbegrenzung gemäß Fig. 2a,

Fig. 3a eine Ansicht einer zweiten Hubbegrenzung und

Fig. 3b eine Draufsicht auf die Hubbegrenzung gemäß Fig. 3a.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein in der Fig. 1 dargestelltes Kraftstoffeinspritzventil 10 für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper 12 auf, der mittels einer nicht dargestellten Überwurfmutter an einem Ventilhaltekörper 14 axial festgespannt ist. Der Ventilkörper 12 weist eine axiale Führungsbohrung 16 auf, in der eine Ventilnadel 18 axial verschiebbar geführt ist. An dem Ende der Ventilnadel 18, das in einen Brennraum der, zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt, ist ein als Ventilschließglied wirkender Ventilkopf 20 ausgebildet. Der Ventilkopf 20 weist eine dem Ventilkörper 12 zugewandte konische Dichtfläche 22 auf, die mit einer entsprechenden Ventilsitzfläche 24 an der brennraumseitigen Stirnseite des Ventilkörpers 12 zusammenwirkt. An dem in den Brennraum ragenden Ende des Ventilkörpers 12 sind radiale Einspritzbohrungen 26 ausgebildet, wobei auch eine Einspritzbohrung 26 ausreichen würde. Die Einspritzbohrungen 26 sind so angeordnet, daß, wenn die Ventilnadel 18 mit ihrer Dichtfläche 22 an der Ventilsitzfläche 24 anliegt, die Einspritzbohrungen 26 durch den Ventilkopf 20 verschlossen sind. Bewegt sich die Ventilnadel 18 bei einer Öffnungsbewegung in die mit einem Pfeil 28 angegebene Öffnungsrichtung, d. h. wenn sich die Ventilnadel 18 in den Brennraum hinein- und aus dem Ventilkörper 12 herausbewegt, wird eine Verbindung zwischen einem Kraftstoff enthaltenden Druckraum 30, der im Ventilkörper 12 um die Düsennadel 18 ausgebildet ist, und den Einspritzbohrungen 26 geschaffen. Je nach dem, wie weit die Düsennadel 18 sich aus dem Ventilkörper 12 herausbewegt, d. h. je nach dem, wie groß der Hub der Ventilnadel 18 ist, werden mehr oder weniger Einspritzbohrungen 26 freigegeben, wodurch mehr oder weniger Kraftstoff eingespritzt wird.

Zur Veränderung des Hubs der Ventilnadel 18 ist eine verstellbare Hubbegrenzung 32 vorgesehen. Die Hubbegrenzung 32 weist einen Begrenzungsanschlag 34 auf, der in einer Führungsbohrung 36 des Kraftstoffeinspritzventils 10 verschiebbar geführt ist. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, ist die Führungsbohrung 36 teilweise im Ventilkörper 12 und teilweise im Ventilhaltekörper 14 ausgebildet. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Führungsbohrung 36 auch nur im Ventilkörper 12 oder nur im Ventilhaltekörper 14 ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der im Ventilkörper 12 ausgebildete Teil 36' der Führungsbohrung 36 vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser des im Ventilhaltekörper 14 ausgebildeten Teils 36" der Führungsbohrung 36. Somit ist der Durchmesser des Teils 36' der Führungsbohrung 36 auch kleiner als der des Begrenzungsanschlags 34. Dadurch ergibt sich am Übergang vom Ventilkörper 12 zum Ventilhaltekörper 14 eine Schulterfläche 37. Die Schulterfläche 37 am Ventilkörper 12 weist von der Öffnungsrichtung 28 weg und bildet einen Endanschlag für den Begrenzungsanschlag 34.

In der Führungsbohrung 36 des Begrenzungsanschlags 34 ist axial zum Begrenzungsanschlag 34 ein Federelement 38 angeordnet, wobei es sich vorzugsweise um eine Schraubenfeder handelt. Das Federelement 38 übt auf den Begrenzungsanschlag 34 eine entgegen der Öffnungsrichtung 28 des Kraftstoffeinspritzventils 10 wirkende Kraft aus. Hierzu stützt sich das Federelement 38 vorzugsweise an einer Schulterfläche 40 des Kraftstoffeinspritzventils 10 ab, die von der Öffnungsrichtung 28 des Kraftstoffeinspritzventils 10 wegweist, und vorzugsweise am Ventilkörper 12 ausgebildet ist. An der von dem Federelement 38 abgewandten Stirnseite 42 des Begrenzungsanschlags 34 ist vorzugsweise eine U-Scheibe 44 vorgesehen. Auf der von der Stirnseite 42 des Begrenzungsanschlags 34 abgewandten Stirnseite 46 der U-Scheibe 44 kann eine Schulterfläche 48 der Ventilnadel 18 zur Anlage kommen. Die U-Scheibe 44 des Begrenzungsanschlags 34 ist somit zwischen dem Begrenzungsanschlag 34 und der Schulterfläche 48 der Ventilnadel 18 angeordnet. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, kann die U-Scheibe 44 auch einstückig mit dem Begrenzungsanschlag 34 ausgebildet sein. Ebenfalls ist es möglich, daß die Schulterfläche 48 einen größeren Durchmesser aufweist, so daß die U-Scheibe 44 gänzlich entfallen kann.

Die Ventilnadel 18 ragt mit einem Schaftteil 50 in einen im Ventilhaltekörper 14 vorgesehenen Federraum 52 und weist dort einen fest mit der Ventilnadel 18 verbundenen Federteller 54 auf. An diesem Federteller 54 greift eine Ventilfeder 56 an, die sich an einer von der Öffnungsrichtung 28 wegweisenden Stirnfläche 58 des Ventilhaltekörpers 14 abstützt und so die Ventilnadel 18 über die Dichtfläche 22 in Anlage mit der Ventilsitzfläche 24 vorgespannt hält. An den Federteller 54 schließt sich ein weiterer Schaftteil 60 der Ventilnadel 18 an, über den die Ventilnadel 18 in üblicher Weise betätigt werden kann. D. h., wird auf den Schaftteil 60 eine in die Öffnungsrichtung 28 wirkende Kraft ausgeübt, die größer als die Federkraft der Ventilfeder 56 ist, so öffnet sich das Kraftstoffeinspritzventil 10 für einen Einspritzvorgang.

Ferner ist noch eine nicht dargestellte Steuereinrichtung für das Kraftstoffeinspritzventil 10 vorgesehen.

Aus den Fig. 2a und 2b geht hervor, daß der Begrenzungsanschlag 34 einen axialen Spalt 62 aufweist, in dem ein Aktuator 64, vorzugsweise ein Piezoelement, angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Begrenzungsanschlag 34 um einen um die Ventilnadel 18 angeordneten Ring mit einem axialen Spalt 62.

Der Aktuator 64 dehnt sich im angesteuerten Zustand aus, so daß der Spalt 62 und somit auch der Begrenzungsanschlag 34 aufgeweitet wird, wodurch der ansonsten axial verschiebbare Begrenzungsanschlag 34 in seiner Führungsbohrung 36 klemmt.

In den Fig. 3a und 3b ist ein abgewandelter Begrenzungsanschlag 34a dargestellt. In dem Spalt 62a sind zwei Bremsbacken 66 angeordnet, zwischen denen mindestens ein Aktuator 64, vorzugsweise zwei Aktuatoren 64, angeordnet sind. Die Bremsbacken 66 haben in etwa die Länge der Führungsbohrung 36, so daß sie in axialer Richtung vorzugsweise feststehen. Dies hat zum Vorteil, daß die Aktuatoren 64 nicht bewegt werden müssen. Der Begrenzungsanschlag 34a kann entlang der Bremsbacken 66 gleiten.

Im Betrieb ist der Ventilkörper 12 des Kraftstoffeinspritzventils 10 zunächst durch die sich in der Schließstellung befindliche Ventilnadel 18 verschlossen. Der Begrenzungsanschlag 34, 34a wird mit seiner U-Scheibe 44 durch die Druckkraft des Federelements 38 gegen die Schulterfläche 48 der Ventilnadel 18 gedrückt. Der Aktuator 64 wird hierbei durch die Steuereinrichtung nicht angesteuert. Bei einer Einspritzung wird die Düsennadel 18 in die Öffnungsrichtung 28 verschoben. Der Begrenzungsanschlag 34 und seine U-Scheibe 44 werden somit durch die Schulterfläche 48 der Ventilnadel 18 ebenfalls in die Öffnungsrichtung 28 verschoben. Ist der erforderliche Hub erreicht, so wird der Aktuator 64 durch das Steuergerät so angesteuert, daß er sich derart ausdehnt, daß der Begrenzungsanschlag 34, 34a in der Führungsbohrung 36 klemmt. Die Ventilnadel 18 kann sich nicht weiter in die Öffnungsrichtung 28 bewegen, da ihr Hub durch den Begrenzungsanschlag 34, 34a begrenzt wird. Dadurch ergibt sich an der oder den Einspritzbohrungen 26 ein bestimmter Öffnungsquerschnitt für eine bestimmte Kraftstoffmenge.

Nach dem Ende des Einspritzvorgangs geht die Ventilnadel 18 wieder in ihre Schließstellung zurück. Nun kann in Abhängigkeit von der vorherigen Einspritzung der Begrenzungsanschlag 34, 34a mit seiner U-Scheibe 44 durch das Federelement 38 entweder wieder in Anlage mit der Schulterfläche 48 der Ventilnadel 18 gebracht werden oder zumindest ein wenig entgegen der Öffnungsrichtung 28 verschoben werden. Dadurch ist beim nächsten Einspritzvorgang der Öffnungsquerschnitt der Einspritzbohrung 26 oder der Einspritzbohrungen 26 geringer, wodurch weniger Kraftstoff eingespritzt wird.

Alternativ kann der Begrenzungsanschlag 34 in seiner Position verharren, indem der Aktuator 64 weiterhin vom Steuergerät angesteuert wird. Dadurch hat die Ventilnadel 18 beim nächsten Einspritzvorgang den gleichen Hub, wodurch die gleiche Menge an Kraftstoff eingespritzt wird.

Wurde zu wenig Kraftstoff eingespritzt, so kann bei der nächsten Einspritzung die Ventilnadel 18 den Begrenzungsanschlag 34, 34a weiter verschieben, so daß der Hub vergrößert wird. Dadurch wird der Öffnungsquerschnitt der Einspritzbohrung 26 bzw. der Einspritzbohrungen 26 vergrößert, wodurch mehr Kraftstoff eingespritzt wird.

Der Begrenzungsanschlag 34, 34a kann also für jeden Einspritzvorgang neu verschoben werden oder über mehrere Einspritzvorgänge in der gleichen Position bleiben. Der Hub der Ventilnadel 18 ist durch den Begrenzungsanschlag 34, 34a somit sehr variabel und in einem großen Bereich verstellbar. Der oder die erforderlichen Aktuatoren 64 sind sehr klein, da sie in dem Spalt 62, 62a des ringförmigen Begrenzungsanschlags 34, 34a angeordnet sind.

Durch die einen Endanschlag für den Begrenzungsanschlag 34 bildende Schulterfläche 37 ist der maximale Hub der Ventilnadel 12 gegeben. Außerdem ist gesichert, daß die Ventilnadel 18 beim Öffnungsvorgang nicht zu sehr verschoben wird und dadurch das Federelement 38 beschädigt wird, da das Federelement 38 im Teil 36' der Führungsbohrung 36 ausreichend Platz hat.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die Hubbegrenzung 32 anhand eines Kraftstoffeinspritzventils 10, das nach außen öffnet, beschrieben. Die Hubbegrenzung 32 kann jedoch auch für Kraftstoffeinspritzventile verwendet werden, die durch eine Bewegung der Ventilnadel in das Innere des Kraftstoffeinspritzventils öffnen. In diesem Fall stützt sich das Federelement 38 in der Führungsbohrung 36 an der der Schulterfläche 40 gegenüberliegenden Schulterfläche ab. An das Federelement 38 schließt sich hierbei der Begrenzungsanschlag 34 mit seiner U-Scheibe 44 an. An der U-Scheibe 44 stützt sich ebenfalls eine Schulterfläche 48 der Ventilnadel 18 ab. Bei einem derartigen Kraftstoffeinspritzventil weist die Öffnungsrichtung entgegen der in der Fig. 1 dargestellten Öffnungsrichtung 28.

Vorteilhaft ist, daß der Begrenzungsanschlag 34, 34a bei einem Einspritzvorgang durch die in die Öffnungsrichtung 28 des Kraftstoffeinspritzventils 10 weisende Schulterfläche 48 der Ventilnadel 18 in die Öffnungsrichtung 28 verschiebbar ist, wodurch der Begrenzungsanschlag 34, 34a in die erforderliche Position verschiebbar ist. Ferner wird der Begrenzungsanschlag 34, 34a durch das Federelement 38 wieder in seine Ausgangslage gebracht. Hierdurch entfällt ein zusätzliches Verstellelement für den Begrenzungsanschlag 34.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil (10) für Brennkraftmaschinen mit einer verstellbaren Hubbegrenzung (32) für die Ventilnadel (18), wobei die Hubbegrenzung (32) einen Begrenzungsanschlag (34, 34a), der in einer Führungsbohrung (36) des Kraftstoffeinspritzventils (10) verschiebbar geführt ist, und mindestens einen Aktuator (64) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsanschlag (34) einen axialen Spalt (62, 62a) aufweist und daß der mindestens eine Aktuator (64) in dem Spalt (62, 62a) derart angeordnet ist, daß der mindestens eine Aktuator (64) im angesteuerten Zustand den Spalt (62, 62a) aufweitet, so daß der Begrenzungsanschlag (34, 34a) in seiner Führungsbohrung (66) klemmt.

2. Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsanschlag (34, 34a) ein um die Ventilnadel (18) angeordneter Ring mit einem axialen Spalt (62, 62a) ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt (62a) zwei vorzugsweise in axialer Richtung des Kraftstoffeinspritzventils (10) feststehende Bremsbacken (66) angeordnet sind, zwischen denen mindestens ein Aktuator (64), vorzugsweise zwei Aktuatoren (64), angeordnet sind.

4. Kraftstoffeinspritzventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Führungsbohrung (36) des Begrenzungsanschlags (34, 34a) axial zum Begrenzungsanschlag (34, 34a) ein Federelement (38), vorzugsweise eine Schraubenfeder, angeordnet ist, das auf den Begrenzungsanschlag (34) eine entgegen der Öffnungsrichtung (28) des Kraftstoffeinspritzventils (10) wirkende Kraft ausübt.

5. Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Federelement (38) an einer Schulterfläche (40) des Kraftstoffeinspritzventils (10) abstützt, die von der Öffnungsrichtung (28) des Kraftstoffeinspritzventils (10) wegweist.

6. Kraftstoffeinspritzventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsanschlag (34, 34a) bei einem Einspritzvorgang durch eine in die Öffnungsrichtung (28) des Kraftstoffeinspritzventils (10) weisende Schulterfläche (48) der Ventilnadel (18) in die Öffnungsrichtung (28) verschiebbar ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungsanschlag (34, 34a) eine U-Scheibe (44) aufweist, die zwischen dem Begrenzungsanschlag (34, 34a) und der Schulterfläche (48) der Ventilnadel (18) angeordnet ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Führungsbohrung (36) eine einen Endanschlag für den Begrenzungsanschlag (34, 34a) bildende Schulterfläche (37) ausgebildet ist, die von der Öffnungsrichtung (28) wegweist.

9. Kraftstoffeinspritzventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (64) ein Piezoelement ist.