DE19943253A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
BrennstoffeinspritzventilInfo
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Abstract
Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, weist einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (32) und einen von dem Aktor (32) betätigbaren Ventilschließkörper (6) auf, der mit einer Ventilsitzfläche (5) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei wirkt der Aktor (32) über ein Hebelelement (25) auf den Ventilschließkörper (6) ein. Der Ventilschließkörper (6) ist zumindest mittelbar mit einer elastisch verbiegbaren Biegeplatte (26) des Hebelelementes (25) verbunden, und das Hebelelement (25) weist zumindest zwei gegenüberliegende, einander zugewandte Seitenflächen (29, 30) auf, an denen zwei voneinander abgewandte Stirnflächen (31, 33) des Aktors (32) angreifen, wobei eine Betätigungsrichtung (35) des Aktors (32) zumindest annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung (45) des Ventilschließkörpers (6) orientiert ist und bei einer Betätigung des Aktors (32) ein Biegemoment auf die Biegeplatte (26) einwirkt.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 38 00 203 C2 ist ein Brennstoffeinspritzventil
nach der Gattung des Hauptanspruches bekannt. Das bekannte
Brennstoffeinspritzventil weist einen piezoelektrischen
Aktor auf, der aus mehreren plattenförmigen, in einer
Bewegungsrichtung einer Ventilnadel gestapelten
Aktorelementen besteht. Dabei sind die Aktorelemente so
gestapelt, daß sie sich bei einer Betätigung des Aktors
konvex bzw. konkav gegeneinander verbiegen, wodurch ein
Aktorhub des Aktors erzeugt wird. Die plattenförmigen
Aktorelemente des Aktors weisen eine mittige Aussparung auf,
durch die sich eine Ventilnadel erstreckt, wobei die
Ventilnadel auf der dem Dichtsitz abgewandten Seite des
Aktors mittels einer Übertragungsplatte mit einer Stirnseite
des Aktors kraftschlüssig verbunden ist, so daß bei einer
Betätigung des Aktors der Aktorhub des Aktors in einen
Ventilnadelhub der Ventilnadel umgesetzt wird.
Das aus der DE 38 00 203 C2 bekannte Brennstoffeinspritz
ventil hat den Nachteil, daß die Stapelelemente des Aktors
eine Biegebeanspruchung erfahren, was sich ungünstig auf die
Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils auswirkt.
Außerdem ist die Fertigung des Stapelaktors aufwendig, was
unter anderem auf die spezielle Stapelfolge und die
Durchbohrung der Stapelelemente des Aktors zurückzuführen
ist.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat
demgegenüber den Vorteil, daß sich bei einer kompakten
Bauform eine große Stellkraft und ein großer Ventilhub
erreichen lassen. Außerdem ist der Aktor in vorteilhafter
Weise zwischen zwei Seitenflächen des Hebelelementes
eingespannt, wobei sich bei einer Betätigung des Aktors
keine Biegebeanspruchung des Aktors ergibt, was sich günstig
auf die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils auswirkt.
Ein weiterer Vorteil ist, daß sich die Erfindung für eine
große Anzahl von Piezoaktoren eignet, so daß die Erfindung
universell zur Anwendung kommen kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch
angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhaft ist es, daß das Hebelelement eine erste
Seitenplatte und eine zweite Seitenplatte umfaßt, die mit
der Biegeplatte einen zumindest annähernd senkrechten Winkel
einschließen und an denen die Seitenflächen ausgebildet
sind. Dadurch ist eine einfache Ausführungsform des
Hebelelementes gegeben.
Vorteilhaft ist es, daß ein Hubverhältnis eines Aktorhubes
des Aktors zu einem Hub des Ventilschließkörpers durch ein
Verhältnis eines mittleren Abstandes des Aktors von der
Biegeplatte zu einem mittleren Abstand der Seitenflächen
vorgegeben ist. Dadurch lassen sich die für einen Aktor
gegebenen Kenngrößen wie Aktorhub und Aktorkraft in einen
gewünschten Ventilhub der Ventilnadel und in eine gewünschte
Betätigungskraft der Ventilnadel umsetzen.
In vorteilhafter Weise stützt sich zumindest eine Kante des
Hebelelementes bei einer Betätigung des Aktors an einer
Auflagefläche ab. Dadurch ist eine günstige Hubübersetzung
gegeben.
Vorteilhaft ist es, daß zum Einstellen des auf die
Biegeplatte bei einem Aktorhub des Aktors einwirkenden
Biegemomentes bei einem mittleren Abstand der Seitenflächen
im Bereich von 15 mm bis 35 mm, vorzugsweise von zumindest
ungefähr 25 mm, der mittlere Abstand des Aktors zu der
Biegeplatte zumindest ungefähr im Bereich von 5 mm bis 15 mm
liegt.
In vorteilhafter Weise ist der Elastizitätsmodul der
Biegeplatte so gewählt, daß ein Aktorhub des Aktors einen
größeren Ventilnadelhub der Ventilnadel bewirkt. Dadurch ist
eine weitere Möglichkeit gegeben, das Übersetzungsverhältnis
des Hebelelementes einzustellen.
Vorteilhaft ist es, daß die Biegeplatte in einem mittleren
Bereich der Biegeplatte an dem Ventilschließkörper angreift.
Dadurch wird der Aktorhub des Aktors in einem günstigen
Verhältnis in einen Ventilnadelhub der Ventilnadel
übersetzt.
Vorteilhaft ist es ferner, daß die Biegeplatte eine
Aussparung aufweist, durch die sich die Ventilnadel
erstreckt. Dadurch kann eine vorteilhafte Befestigung der
Ventilnadel an dem Hebelelement erreicht werden, die
kostengünstig und platzsparend ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen.
Brennstoffeinspritzventils; und
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Hebelelementes, das für das erfindungsgemäße
Brennstoffeinspritzventil verwendet wird.
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. In diesem
Ausführungsbeispiel ist das Brennstoffeinspritzventil 1 als
innenöffnendes Brennstoffeinspritzventil 1 ausgeführt. Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich
jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Das Brennstoffeinspritventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2,
das mit einem Ventilsitzkörper 3 verbunden ist, auf. Der
Ventilsitzkörper 3 weist einen Abspritzkanal 4 und eine
Ventilsitzfläche 5, die mit einem Ventilschließkörper 6 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Der Ventilschließkörper
6 wird von einer Ventilnadel 7 betätigt, wobei in diesem
Ausführungsbeispiel der Ventilschließkörper 6 einteilig mit
der Ventilnadel 7 ausgebildet ist.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist außerdem einen
Brennstoffeinlaß 8, der in einer mit dem Ventilgehäuse 2
verbundenen Gehäuseplatte 9 ausgebildet ist, auf. Durch den
Brennstoffeinlaß 8 wird Brennstoff in einen Innenraum 10 des
Ventilgehäuses 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 geleitet.
In dem Innenraum 10 des Brennstoffeinspritzventils 1 sind
ein erster Auflagekörper 15 und ein zweiter Auflagekörper 16
angeordnet, die mit dem Ventilgehäuse 2 und dem
Ventilsitzkörper 3 verbunden sind. Der erste Auflagekörper
15 weist eine Aussparung 17 auf, die Teil einer vom
Brennstoffeinlaß 8 zu dem aus dem Ventilschließkörper 6 und
der Ventilsitzfläche 5 gebildeten Dichtsitz führenden
Brennstoffleitung ist, wobei Brennstoff aus dem Innenraum 10
durch die Aussparung 17 in einen Brennstoffraum 18 geleitet
wird.
Das Ventilgehäuse 2 ist mit einer in dem Innenraum 10
angeordneten Druckplatte 20 verbunden, an der sich eine
Schließfeder 21 abstützt. Die Druckplatte 20 ist mit einer
vorderen und einer hinteren Gehäusewand 19 des
Ventilgehäuses 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 verbunden,
so daß sich die Schließfeder 21 über die Druckplatte 20 an
dem Ventilgehäuse 2 abstützt. Die Schließfeder 21
beaufschlagt einen mit der Ventilnadel 7 verbundenen,
scheibenförmigen Auflagekörper 22, wodurch die Ventilnadel 7
den Ventilschließkörper 6 an die Ventilsitzfläche 5 preßt.
In dem Innenraum 10 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist ein
Hebelelement 25 angeordnet, das eine elastisch verbiegbare
Biegeplatte 26, eine erste Seitenplatte 27 und eine zweite
Seitenplatte 28 aufweist, wobei die Seitenplatten 27, 28
senkrecht zu der Biegeplatte 26 angeordnet sind. Die erste
Seitenplatte 27 weist eine erste Seitenfläche 29 auf und die
zweite Seitenplatte 28 weist eine zweite Seitenfläche 30
auf, wobei die Seitenflächen 29, 30 sich gegenüberliegen und
einander zugewandt sind.
Eine erste Stirnfläche 31 eines Aktors 32 liegt an der
ersten Seitenfläche 29 der ersten Seitenplatte 27 an und
eine zweite Stirnfläche 33 des Aktors 32 liegt an der
zweiten Seitenfläche 30 der zweiten Seitenplatte 28 an, so
daß der Aktor 32 zwischen den beiden Seitenplatten 27, 28
eingespannt ist. Zwischen dem Aktor 32 und der Druckplatte
20 ist ein Zwischenraum 38 ausgebildet, so daß sich der
Aktor 32 ungehindert ausdehnen kann.
Der Aktor 32 ist piezoelektrisch oder magnetostriktiv
ausgeführt. Bei der Betätigung des Aktors 32 dehnt sich
dieser in einer Betätigungsrichtung 35 aus.
Die Biegeplatte 26 des Hebelelementes 25 weist eine
Aussparung 36 auf, durch welche sich die Ventilnadel 7
erstreckt, wobei der Auflagekörper 22 in einem mittleren
Bereich 37 der Biegeplatte 26 um die Aussparung 36 an der
Biegeplatte 26 anliegt. Zusammen mit der Schließfeder 21 ist
daher eine kraftschlüssige Befestigung der Ventilnadel 7 mit
dem mittleren Bereich 37 der Biegeplatte 26 des
Hebelelementes 25 gegeben.
Eine erste Kante 40 des Hebelelementes 25 stützt sich an
einer ersten Auflagefläche 41, die an dem ersten
Auflagekörper 15 ausgebildet ist, ab. Und eine zweite Kante
42 des Hebelelementes 25 stützt sich an einer zweiten
Auflagefläche 43 des zweiten Auflagekörpers 16 ab.
Bei einer Betätigung des Aktors 32 dehnt sich dieser in der
Betätigungsrichtung 35 aus, wodurch die erste Seitenplatte
27 gegen die zweite Seitenplatte 28 verkippt wird, so daß
sich die Biegeplatte 26 des Hebelelementes 25 in Richtung
des Aktors 32 verbiegt und die Ventilnadel 7 in einer
Bewegungsrichtung 45 bewegt wird, wodurch der
Ventilschließkörper 6 von der Ventilsitzfläche 5 abhebt und
über den entstandenen Spalt Brennstoff aus dem
Brennstoffraum 18 in den Abspritzkanal 4 gelangt und aus
diesem aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 abgespritzt wird.
Da die Biegeplatte 26 elastisch verbogen wird, geht das
Hebelelement 25 nach Abschalten des Aktors 35 selbsttätig in
die Ausgangslage zurück, wobei bei diesem
Ausführungsbeispiel eine Rückstellung der Ventilnadel 7
durch die Schließfeder 21 erfolgt. Die Schließfeder 21 kann
auch entfallen, wenn die Ventilnadel 7 zum Beispiel
formschlüssig mit der Biegeplatte 26 verbunden ist.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Hebelelementes 25 des Brennstoffeinspritzventils 1 in einer
schematisierten Darstellung. Bereits beschriebene Elemente
sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß
sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
In diesem Ausführungsbeispiel hat der Aktor 32 einen
mittleren Abstand 50 von der Biegeplatte 26 des
Hebelelementes 25. Der mittlere Abstand 50 ist dabei
idealisiert durch den Abstand eines Einwirkpunktes 51, an
dem der Aktor 32 auf die zweite Seitenfläche 30 der zweiten
Seitenplatte 28 einwirkt, zu der Biegeplatte 26 des
Hebelelementes 25 gegeben. Die beiden Seitenflächen 29, 30
der Seitenplatten 27, 28 des Hebelelementes 25 haben
zueinander einen mittleren Abstand 52. Ein Hubverhältnis
eines Aktorhubes des Aktors 32 zu einem Hub des
Ventilschließkörpers 6 ist durch ein Verhältnis des
mittleren Abstandes 50 des Aktors 32 von der Biegeplatte 26
zu dem mittleren Abstand 52 der Seitenflächen 29, 30
vorgegeben, wobei sich die Biegeplatte 26 in dem mittleren
Bereich 37 durchbiegt.
Je nachdem auf welcher Seite der Biegeplatte 26 des
Hebelelementes 25 der Ventilschließkörper 6 angeordnet ist,
kann zusätzlich zu der beschriebenen Einstellung des
Hubverhältnisses eine Richtungsumkehr erfolgen.
Bei einer Betätigung des Aktors 32 werden die Seitenplatten
27, 28 in die verkippten Positionen 53, 54 verkippt, wodurch
sich die Biegeplatte 26, wie in der Fig. 2 gezeigt, in die
gebogenen Position 55 verbiegt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere eignet sich
die Erfindung auch für ein außenöffnendes
Brennstoffeinspritzventil 1.
Claims (12)
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere
Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von
Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder
magnetostriktiven Aktor (32) und einem von dem Aktor (32)
betätigbaren Ventilschließkörper (6), der mit einer
Ventilsitzfläche (5) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aktor (32) über ein Hebelelement (25) auf den Ventilschließkörper (6) einwirkt,
daß der Ventilschließkörper (6) zumindest mittelbar mit einer elastisch verbiegbaren Biegeplatte (26) des Hebelelementes (25) verbunden ist,
daß das Hebelelement (25) zumindest zwei gegenüberliegende, einande r zugewandte Seitenflächen (29, 30) aufweist, an denen zwei voneinander abgewandte Stirnflächen (31, 33) des Aktors (32) angreifen, wobei eine Betätigungsrichtung (35) des Aktors (32) zumindest annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung (45) des Ventilschließkörpers (6) orientiert ist und bei einer Betätigung des Aktors (32) ein Biegemoment auf die Biegeplatte (26) einwirkt.
daß der Aktor (32) über ein Hebelelement (25) auf den Ventilschließkörper (6) einwirkt,
daß der Ventilschließkörper (6) zumindest mittelbar mit einer elastisch verbiegbaren Biegeplatte (26) des Hebelelementes (25) verbunden ist,
daß das Hebelelement (25) zumindest zwei gegenüberliegende, einande r zugewandte Seitenflächen (29, 30) aufweist, an denen zwei voneinander abgewandte Stirnflächen (31, 33) des Aktors (32) angreifen, wobei eine Betätigungsrichtung (35) des Aktors (32) zumindest annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung (45) des Ventilschließkörpers (6) orientiert ist und bei einer Betätigung des Aktors (32) ein Biegemoment auf die Biegeplatte (26) einwirkt.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hebelelement (25) eine erste Seitenplatte (27) und
eine zweite Seitenplatte (28) umfaßt, die mit der
Biegeplatte (26) einen zumindest annähernd senkrechten
Winkel einschließen und an denen die Seitenflächen (29, 30)
ausgebildet sind.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Hubverhältnis eines Aktorhubes des Aktors (32) zu
einem Hub des Ventilschließkörpers (6) durch ein Verhältnis
eines mittleren Abstandes (50) des Aktors (32) von der
Biegeplatte (26) zu einem mittleren Abstand (52) der
Seitenflächen (29, 30) vorgegeben ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Einstellen des auf die Biegeplatte (26) bei einem
Aktorhub des Aktors (32) einwirkenden Biegemomentes bei
einem mittlerem Abstand der Seitenflächen (29, 30) im
Bereich von 15 mm bis 35 mm, vorzugsweise von zumindest
ungefähr 25 mm, der mittlere Abstand (50) des Aktors (32) zu
der Biegeplatte (26) zumindest ungefähr im Bereich von 5 mm
bis 15 mm liegt.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
4,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich zumindest eine Kante (40, 42) des Hebelelementes
(25) bei einer Betätigung des Aktors (32) an einer
Auflagefläche (41, 43) abstützt.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elastizitätsmodul der Biegeplatte (26) so gewählt
ist, daß ein Aktorhub des Aktors (32) einen größeren Hub des
Ventilschließkörpers (6) bewirkt.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
6,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich bei einem Aktorhub des Aktors (32) im Bereich von
20 µm bis 60 µm ein Hub des Ventilschließkörpers (6) von
etwa 80 µm ergibt.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Biegeplatte (26) mit einem mittleren Bereich (37)
auf den Ventilschließkörper (6) einwirkt.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Biegeplatte (26) an einer Ventilnadel (7) angreift,
die mit dem Ventilschließkörper (6) verbunden ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Biegeplatte (26) in einem mittleren Bereich (37) mit
der Ventilnadel (7) verbunden ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Biegeplatte (26) eine Aussparung (36) aufweist,
durch die sich die Ventilnadel (7) erstreckt.
12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aussparung (36) zumindest annähernd in der Mitte
(37) der Biegeplatte (26) angeordnet ist.
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---|---|---|---|
8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
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R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20120524 |