DE19946603A1

DE19946603A1 - Brennstoffeinspritzventil mit kompensierenden Dichtelementen

Info

Publication number: DE19946603A1
Application number: DE19946603A
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: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001115924A; US6405942B1; GB2354801A; GB2354801B; GB0022728D0; DE19946603B4

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, weist einen von einer Aktorabdichtung gegen einen Brennstoff abgedichteten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (15) und einen von dem Aktor (15) betätigbaren Ventilschließkörper (5) auf, der mit einer Ventilsitzfläche (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei umfaßt die Aktorabdichtung ein zuflußseitiges Dichtelement (25) und ein abspritzseitiges Dichtelement (26), die elastisch verformbar ausgeführt und mit einer Betätigungshülse (19) kraftschlüssig verbunden sind. Der Aktor (15) wirkt über die Betätigungshülse (10) auf den Ventilschließkörper (5) ein, wobei sich die durch den Brennstoffdruck des Brennstoffes erzeugten, über die Betätigungshülse (10) auf den Aktor (15) einwirkenden Kräfte zumindest teilweise kompensieren.

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 bekannte Brennstoffeinspritzventil weist einen in einem Aktorraum angeordneten Aktor auf. Der Aktorraum ist mit einer aus einer Federmembran bestehenden Aktorabdichtung gegen einen Brennstoffraum des Brennstoffeinspritzventils, in den über einen Brennstoffeinlaß Brennstoff von hohem Druck gefüllt wird, abgedichtet. Der Brennstoffdruck des Brennstoffs lastet daher von der Seite des Brennstoffraums auf der Aktorabdichtung, so daß eine von der Querschnitts fläche der Aktorabdichtung abhängige Kraft auf den Aktor einwirkt.

Das aus der DE 40 05 455 A1 bekannte Brennstoffeinspritz ventil hat den Nachteil, daß die von dem Brennstoffdruck des Brennstoffs auf die Aktorabdichtung einwirkenden Kräfte vollständig auf den Aktor übertragen werden. Insbesondere bei Druckschwankungen treten dabei unkontrollierte mechanische Belastungen des Aktors auf, die zu einer Zerstö rung des Aktormaterials und zu Hubschwankungen führen.

Ferner wird bei der Betätigung des Aktors entgegen der Druckkraft des Brennstoffs eine hohe Feldenergie in dem Aktor gespeichert, die bei einer Rückstellung des Aktors dissipiert, wodurch es zu einer Erhitzung des Aktors kommt, so daß geeignete Maßnahmen zu treffen sind, um einer Über hitzung des Aktors vorzubeugen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine kraftausgeglichene Abdichtung des Aktors erreicht wird. Dadurch ist für die Betätigung des Brennstoffeinspritzventils nur eine geringe Aktorkraft erforderlich. Außerdem kompensieren sich Druckschwankungen des Brennstoffs, so daß Hubschwankungen vermieden werden.

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

Vorteilhaft ist es, daß zumindest ein Dichtelement einen inneren Metallring, der mit der Betätigungshülse verbunden ist und einen äußeren Metallring, der zumindest mittelbar mit einem Ventilgehäuse des Brennstoffeinspritzventils verbunden ist, aufweist. Dadurch ist eine kraftschlüssige Verbindung gegeben, die einem hohen Brennstoffdruck des Brennstoffs standhält.

In vorteilhafter Weise ist der innere Metallring mit einer umlaufenden Schweißnaht mit der Betätigungshülse verbunden. Vorteilhaft ist es ferner, daß der äußere Metallring mit einer umlaufenden Schweißnaht mit dem Ventilgehäuse ver bunden ist. Dadurch sind einfach zu fertigende, stabile und formschlüssige Verbindungen gegeben, die zudem brennstoff resistent sind.

Vorteilhaft ist es, daß das Dichtelement ein mit den Metallringen verbundenes Kunststoffelement aufweist. Dadurch ist eine einfache Fertigung des Dichtelements gegeben, bei der durch Wahl des Kunststoffelements das Dichtelement an den speziellen Einsatz des Brennstoffeinspritzventils ange paßt werden kann. Zum Beispiel wird durch die Wahl eines elastisch verformbaren Kunststoffelements bei einer form schlüssigen Verbindung ein großer Aktorhub des Aktors ermöglicht.

In vorteilhafter Weise ist das Kunststoffelement durch Vulkanisation mit den Metallringen verbunden. Dadurch ist eine formschlüssige Verbindung der Metallringe mit dem Kunststoffelement gegeben, die fertigungstechnisch einfach zu realisieren ist.

Vorteilhaft ist es, daß zumindest ein Dichtelement eine Membran aufweist. Dadurch werden große Verstellbewegungen ermöglicht.

In vorteilhafter Weise ist durch eine Differenz der Quer schnittsflächen der Dichtelemente eine vollständige Kompensation der über die Betätigungshülse auf den Aktor einwirkenden Kräfte erreicht. Da sich die von einem Dicht element auf die Betätigungshülse übertragene Kraft im wesentlichen aus dem Produkt des Brennstoffdrucks mit der Querschnittsfläche des Dichtelements ergibt, kann bei gleichbleibender Querschnittsfläche der Betätigungshülse die übertragene Kraft durch Variation der Querschnittsfläche des Dichtelements verändert werden. Auf diese Weise läßt sich ein an der Betätigungshülse angreifendes Kräftegleichgewicht herstellen.

Vorteilhaft ist es, daß die Betätigungshülse eine Aussparung aufweist, die Teil einer von einem Brennstoffeinlaß des Brennstoffeinspritzventils zu dem Dichtsitz führenden Brenn stoffleitung ist. Dadurch dient die Aktorabdichtung auch als Teil einer Brennstoffleitung, wodurch sich Bauteile einsparen lassen und sich ein kompakterer Aufbau des Brennstoffeinspritzventils ergibt.

In vorteilhafter Weise liegt eine Stirnseite des Aktors an einem Bund der Betätigungshülse an. Vorteilhaft ist es ferner, daß eine Stirnseite des Aktors an einem Bund des Ventilgehäuses anliegt. Dadurch ist eine vorteilhafte Kraftübertragung des Aktors über die Aktorabdichtung auf die Ventilnadel gegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Ausführungs beispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffein spritzventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdar stellung ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Brennstoffeinspritz ventil 1 als innenöffnendes Brennstoffeinspritzventil 1 aus geführt. 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, das mit einem Ventilsitzkörper 3 verbunden ist, auf. An dem Ventilsitzkörper 3 ist eine Ventilsitzfläche 4 ausgebildet, die mit einem Ventilschließkörper 5 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Ventilschließkörper 5 wird von einer Ventilnadel 6 betätigt, die in diesem Ausführungsbeispiel einteilig mit dem Ventilschließkörper 5 verbunden ist. Das Ventilgehäuse 2 ist außerdem mit einer Gehäuseplatte 7 verbunden, die eine Aussparung 8 aufweist, wodurch ein endseitiger Brennstoffeinlaß 9 gebildet ist.

Die Ventilnadel 6 ist mit einer Betätigungshülse 10 verbunden, die eine längliche Aussparung 11 aufweist, die Teil einer von dem Brennstoffeinlaß 9 des Brennstoffeinspritzventils 1 zu dem aus der Ventilsitzfläche 4 und dem Ventilschließkörper 5 gebildeten Dichtsitz führenden Brennstoffleitung ist, wobei durch Bohrungen 12a, 12b ein Zufluß von Brennstoff aus der Aussparung 11 in eine Brennstoffvorkammer 13 ermöglicht ist.

In einem Aktorraum 14 des Ventilgehäuses 2 des Brennstoff einspritzventils 1 ist ein z. B. piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor 15 angeordnet, der sich mit einer ersten Stirnseite 16 an einem ersten Bund 17 des Ventilgehäuses 2 und mit einer zweiten Stirnseite 18 an einem Bund 19 der Betätigungshülse 10 abstützt. Der Aktor 15 weist eine mittige Aussparung 20 auf, durch die sich die Betätigungshülse 10 erstreckt.

Der Aktor 15 wird von einer Schließfeder 21, die sich ebenfalls in dem Aktorraum 14 befindet, mit einer Vorspannung beaufschlagt. Die Schließfeder 21 stützt sich einerseits an einem zweiten Bund 22 des Ventilgehäuses 2 und andererseits an dem Bund 19 der Betätigungshülse 10 ab. Durch die Vorspannung der Schließfeder 21 wird außerdem der Ventilschließkörper 5 in die Ventilsitzfläche 4 des Ventilsitzkörpers 3 gepreßt.

Die Betätigungshülse 10 ist über ein zuflußseitiges Dichtelement 25 und ein abspritzseitiges Dichtelement 26 mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden. Das zuflußseitige Dicht element 25 weist einen inneren Metallring 27, der mit der Betätigungshülse 10 mittels einer umlaufenden Schweißnaht 28 verbunden ist, einen äußeren Metallring 29, der mittels einer umlaufenden Schweißnaht 30 mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden ist, und ein mit den Metallringen 27, 29 durch Vulkanisation verbundenes Kunststoffelement 31 auf. Das abspritzseitige Dichtelement 26 ist wie das zuflußseitige Dichtelement 25 aufgebaut und weist daher einen inneren Metallring 32, einen äußeren Metallring 33 und ein Kunststoffelement 34 auf und ist über die Schweißnähte 35, 36 mit der Betätigungshülse 10 und dem Ventilgehäuse 2 verbunden.

Die Dichtelemente 25, 26 bilden mit der Betätigungshülse 10 eine Aktorabdichtung, die den Aktorraum 14 und damit den Aktor 15 gegen den Brennstoff abdichtet. Dabei wirkt der Brennstoffdruck des Brennstoffs in einer zulaufseitigen Brennstoffkammer 37 auf das Dichtelement 25 ein, und ein Brennstoffdruck des Brennstoffes in der Brennstoffvorkammer 13 wirkt auf das Dichtelement 26 ein. Dadurch überträgt das Dichtelement 25 eine in eine Abspritzrichtung 40 gerichtete Kraft auf die Betätigungshülse 101 und das Dichtelement 26 überträgt eine dieser Kraft entgegengerichtete Kraft auf die Betätigungshülse 10, wobei sich die beiden Kräfte vollständig kompensieren. Durch den auf eine Innenfläche 41 der Betätigungshülse 10 einwirkenden Brennstoffdruck wird eine weitere Kraft, die in Abspritzrichtung 40 gerichtet ist, auf die Betätigungshülse 10 übertragen. Dieser Kraft wirkt eine durch den an einer unteren Stirnseite 42 der Betätigungshülse 10 angreifenden Brennstoffdruck erzeugte Kraft entgegen, wobei die Fläche der Stirnseite 42 um die durch den Sitzdurchmesser d gegebene Querschnittsfläche kleiner als die Innenfläche 41 ist. Dabei wird in diesem Ausführungsbeispiel durch den Druck des Brennstoffs an der Ventilnadel 6 keine Kraftkomponente entlang der Abspritzrichtung 40 erzeugt, da die Ventilnadel 6 im Bereich der Brennstoffvorkammer 13 einen konstanten Querschnitt aufweist. Es ergibt sich daher eine hydraulische Schließ kraft, die durch die durch den Sitzdurchmesser gegebene Querschnittsfläche und den Brennstoffdruck gegeben ist und in Abspritzrichtung 40 wirkt.

Wird das Ventilgehäuse 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich 43 des abspritzseitigen Dichtelements 26 verbreitert und dabei der Außendurchmesser des Dichtelements 26 vergrößert, so kann die von dem Dichtelement 26 entgegen der Abspritzrichtung 40 auf die Betätigungshülse 10 übertragene Kraft vergrößert werden. Wird das Ventilgehäuse 2 im Bereich 44 des zuflußseitigen Dichtelements 25 mit verringertem Durchmesser ausgebildet, so kann die von dem Dichtelement 25 auf die Betätigungshülse 10 in Abspritzrichtung 40 übertragene Kraft verringert werden. Wird zumindest eine dieser Maßnahmen durchgeführt, so ergibt sich eine Differenz der Querschnittsflächen 25, 26, wodurch eine vollständige Kompensation der über die Betätigungshülse 10 auf den Aktor 15 einwirkenden Kräfte erreicht werden kann. Soll z. B. die oben behandelte hydraulische Schließlast kompensiert werden, so ist zumindest eine der Querschnittsflächen der Dichtelemente 25, 26 so zu verändern, daß die Querschnittsfläche des zuflußseitigen Dichtelements 25 um die durch den Sitzdurchmesser d gegebene Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche des abspritzseitigen Dichtelements 26 ist. Es ist außerdem möglich, durch eine Differenz der Querschnittsflächen der Dichtelemente 25, 26 den Aktor 15 mit einer Vorspannung zu beaufschlagen.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs beispiel beschränkt. Insbesondere eignet sich die Erfindung auch für ein außenöffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Außerdem können die Dichtelemente 25, 26 auch als O-Ringe, Quadringe, Membranen oder Gleitringe ausgebildet sein.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem von einer Aktorabdichtung gegen einen Brennstoff abgedichteten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (15) und einem von dem Aktor (15) betätigbaren Ventilschließkörper (5), der mit einer Ventilsitzfläche (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aktorabdichtung ein zuflußseitiges Dichtelement (25) und ein abspritzseitiges Dichtelement (26) umfaßt, die elastisch verformbar ausgeführt und mit einer Betätigungshülse (10) kraftschlüssig verbunden sind, und
daß der Aktor (15) über die Betätigungshülse (10) auf den Ventilschließkörper (5) einwirkt, wobei sich die durch den Brennstoffdruck des Brennstoffes erzeugten, über die Betätigungshülse (10) auf den Aktor (15) einwirkenden Kräfte zumindest teilweise kompensieren.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Dichtelement (25, 26) einen inneren Metallring (27, 32), der mit der Betätigungshülse (10) verbunden ist, und einen äußeren Metallring (29, 33), der zumindest mittelbar mit einem Ventilgehäuse (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) verbunden ist, aufweist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Metallring (27, 32) mit einer umlaufenden Schweißnaht (28, 35) mit der Betätigungshülse (10) verbunden ist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Metallring (29, 33) mit einer umlaufenden Schweißnaht (30, 36) mit dem Ventilgehäuse (2) verbunden ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (25, 26) ein mit den Metallringen (27, 29, 32, 33) verbundenes Kunststoffelement (31, 34) aufweist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffelement (31, 34) durch Vulkanisation mit den Metallringen (27, 29, 32, 33) verbunden ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Dichtelement (25, 26) eine Membran aufweist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Differenz der Querschnittsflächen der Dichtelemente (25, 26) eine vollständige Kompensation der über die Betätigungshülse (10) auf den Aktor (15) einwirkenden Kräfte erreicht ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kompensieren einer hydraulischen Schließkraft die Querschnittsfläche des zuflußseitigen Dichtelementes (25) um die durch den Sitzdurchmesser (d) gegebene Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche des abspritzseitigen Dichtelementes (26) ist.

10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungshülse (10) eine Aussparung (11) aufweist, die Teil einer von einem Brennstoffeinlaß (9) des Brennstoffeinspritzventils (1) zu dem Dichtsitz führenden Brennstoffleitung ist.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnseite (18) des Aktors (15) an einem Bund (19) der Betätigungshülse (10) anliegt.

12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnseite (16) des Aktors (15) an einem Bund (17) des Ventilgehäuses (2) anliegt.