EP1144847A1 - Fuel injection valve - Google Patents

Fuel injection valve

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Publication number
EP1144847A1
EP1144847A1 EP00984843A EP00984843A EP1144847A1 EP 1144847 A1 EP1144847 A1 EP 1144847A1 EP 00984843 A EP00984843 A EP 00984843A EP 00984843 A EP00984843 A EP 00984843A EP 1144847 A1 EP1144847 A1 EP 1144847A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
valve
caulking
fuel injection
injection valve
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00984843A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Norbert Keim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1144847A1 publication Critical patent/EP1144847A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F02M51/0607—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means the actuator being hollow, e.g. with needle passing through the hollow space

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • Changes in length of a piezoelectric actuator of a fuel injection valve are usually compensated for by temperature influences by means of hydraulic devices or by selection of suitable material combinations.
  • a fuel injection valve is known from EP 0 869 278 A1, in which the change in length of the actuator is compensated for by a corresponding material combination.
  • the fuel injection valve resulting from this document has an actuator which is arranged in an actuator space and which is positively connected to a pressure shoulder via which the actuator acts against the force of a compression spring on the valve needle.
  • the actuator is supported on the one hand on a pressure plate and on the other hand on an actuator. When the actuator is excited, the valve needle spray direction is actuated.
  • the compensation of the temperature-related change in length of the actuator is achieved in the above-mentioned document by means of several shims, which are located between the pressure plate and the end face of the actuator are arranged. These have a temperature expansion coefficient which corresponds to that of the actuator elements with the opposite sign. If the actuator is shortened due to rising temperatures, the shims expand and thereby compensate for the thermal change in length of the actuator.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage of a purely mechanical compensation of the temperature-related changes in length or position of the components. This ensures safe and precise operation of the fuel injector.
  • valve actuator can adapt to the temperature conditions unhindered.
  • the actuator is protected from external tensile and shear forces and gains greater stability.
  • the sealing of the actuator housing against the valve housing has the advantage that the actuators cannot be attacked by the chemically aggressive fuel.
  • the caulking actuators can be controlled in two stages or via two different circuits for the valve actuator and the caulking actuators, which opens up the possibility of pre-caulking.
  • Fig. 1 shows an axial section through an embodiment of a fuel injector according to the invention
  • Fig. 2 shows a section along the section line labeled II-II in Fig. 1.
  • Fig. 1 shows an axial sectional view of an embodiment of the invention
  • Fuel injection valve 1 This is a fuel injection valve 1 with a central fuel supply via a fuel inlet 2, which opens inwards.
  • a ring-shaped valve actuator 4 with a central recess 5, which consists of disk-shaped piezoelectric or agnetostrictive elements 6a, and a biasing spring 7 are arranged.
  • the valve actuator 4 is powered by an external voltage source actuated via a plug contact 8.
  • a plug contact 8 For simplification, only a single contact 40 is shown in FIG. 1, which is connected to the valve actuator 4 via an electrically conductive connection 9.
  • the plug contact 8 can be molded onto a plastic casing 41.
  • the actuator housing 3 partially includes an outer sleeve 43 and an inner sleeve 44. Between the valve actuator 4 and the outer sleeve 43, a protective and support sleeve 46 is provided, which comprises a first end plate 36, on which the valve actuator 4 with a first end face 32 supports. On the side opposite the end plate 36, a second end plate 37 is arranged, on which the biasing spring 7 is supported.
  • At least one caulking actuator 10 is arranged between the biasing spring 7 and the valve actuator 4.
  • three caulking actuators 10 are provided.
  • Each caulking actuator 10, like the valve actuator 4, consists of disk-shaped piezoelectric or magnetostrictive elements 6b and is e.g. B. as the valve actuator 4 in sandwich construction or solid.
  • a second circuit can be provided to actuate the caulking actuators 10.
  • the disk-shaped elements 6b of the caulking actuators 10 bear against a radially outer support plate 11, which is supported on the protective and support sleeve 46, and are each surrounded by a sleeve-shaped guide housing 13.
  • the direction of action of the caulking actuators 10 is perpendicular to the direction of action of the valve actuator 4.
  • the biasing spring 7 and the valve actuator 4 with a second end face 33 are supported on support segments 14.
  • a support segment 14 is arranged in the circumferential direction between the guide housings 13 and fulfills a support function for the valve actuator 4 and the biasing spring 7.
  • the support segments 14 and the caulking actuators 10 are not connected to the actuator housing 3, but are held in place in the actuator housing 3 by the pretensioning of the pretensioning spring 7.
  • An actuating body 15 is arranged in the central recess 5 of the valve actuator 4 and in the inner sleeve 44 and has a taper 16 in the region of the caulking actuators 10 and support segments 14. This taper 16 engages drivers 17 which are connected at the ends to the respective caulking 10. In the control breaks, the driver 17 rests on the actuating body 15 with a small residual force, as a result of which the caulking actuator 10 is still under tension.
  • the actuating body 15 is connected via an extension 18 to a valve needle 19 m, on which a valve closing body 20 is formed.
  • a valve closing body 20 When the valve closing body 20 is lifted off a valve seat surface 21 of a valve seat body 47, fuel is sprayed off through a spray opening 22.
  • the valve seat body 47 is connected to the outer sleeve 43 via a sleeve-shaped nozzle body 48.
  • the actuating body 15 is supported with its side facing away from the valve needle 19 on a return spring 23 and engages behind a flange 24 of the valve needle 19 with its extension 18.
  • a spring 25 is clamped between the flange 24 of the valve needle 19 and the actuating body 15.
  • the actuating body 15 can swing through during the closing movement relative to the valve needle 19, so that only the inert mass of the valve needle 19 strikes the valve seat surface 21. This prevents bouncers.
  • the fuel flows through an inner recess 26 of the actuating body 15, transverse bores 27 in the wall of the extension 18 and at least one channel 28 in the valve seat body 47 to the sealing seat.
  • a fuel injector 1 experiences large temperature fluctuations during operation. On the one hand, the entire fuel injection valve 1 heats up through contact with the combustion chamber of an internal combustion engine, and on the other hand, local temperature effects occur, for example. B. by the power loss when Verfor en of the piezoelectric valve actuator 4 or by electrical charge movement. This results in a thermal reduction in the length of the disk-shaped elements, since piezoelectric ceramics have negative coefficients of thermal expansion, that is to say they contract when heated and expand when cooled.
  • the arrangement according to the invention of the caulking actuators 10 perpendicular to the valve actuator 4 ensures that thermal length change processes, in particular of the valve actuator 4, can take place unimpeded in the control pauses without the valve actuator 4 being braced.
  • the residual force exerted on the actuating body 15 by the caulking actuators 10 is overcome by the biasing spring 7 or the valve actuator 4, while in the control phases the pressure of the driver 17 on the actuating body 15 is so strong that it is moved in the direction of expansion of the valve actuator 4.
  • FIG. 2 shows a schematic section through the fuel injection valve 1 along the section line designated II-II in FIG. 1. Elements already described are provided with the same reference numerals.
  • three identical caulking machines are 10 m apart at regular intervals of approx. 120 ° between the bias spring 7 and the valve actuator 4.
  • the caulking actuators 10 rest on support plates 11, which are supported on an inner wall 12 of the protective and support sleeve 46 of the valve actuator 4, and are surrounded by the transverse, sleeve-shaped guide housings 13.
  • the direction of action of the caulking actuators 10 is perpendicular to the direction of action of the valve actuator 4.
  • the biasing spring 7 and the valve actuator 4 are supported on the support segments 14. Between the guide housing 13 z. B. arranged at equal angular intervals of approximately 120 ° three support segments 14, which perform a support function for the valve actuator 4 and the biasing spring 7.
  • the support segments 14 and the caulking actuators 10 are not connected to the actuator housing 3, but are held in place in the actuator housing 3 by the pretensioning of the pretensioning spring 7.
  • the drivers 17 engage on the taper 16 of the actuating body 15 in such a way that the actuating body 15 is caulked with the valve actuator 4 between the three drivers 17.
  • the actuation voltages can be supplied simultaneously or at different times, so that the caulking actuators 10 can be pre-caulked before the valve actuator 4 is actuated.
  • the same effect can be achieved by selecting different piezoceramics for the valve actuator 4 and the caulking actuators 10 when actuated by the same circuit. If the piezoceramic of the caulking actuators 10 has a higher expansion coefficient than that of the valve actuator 4, a small actuation voltage is sufficient to actuate the caulking actuators 10 during the stroke transmitted by the valve actuator 4 to the valve needle 19 due to the smaller expansion of the piezoelectric elements 6a of the valve actuator 4 is not sufficient to open the fuel injector 1. If the voltage is then increased further, the fuel injection valve 1 is opened.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown, but can also be implemented with a large number of other designs of fuel injection valves 1.

Abstract

The invention relates to a fuel injection valve (1), especially an injection valve for fuel injection system of internal combustion engines. The inventive valve comprises a piezoelectric or magnetostrictive valve actuator (4) and a valve closing body (20) which can be actuated by the valve actuator (4) by means of an actuating body (15) and/or a valve needle (19) and engages with a valve seat surface (21) to form a sealing seat. The actuating body (15) or the valve needle (19) can be connected to the valve actuator (4) in a non-positive fit and by means of at least one caulking actuator (10).

Description

Brennstoffemspritzventil Brennstoffemspritzventil
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffemspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .The invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
Gewöhnlich werden Langenveranderungen eines piezoelektrischen Aktors eines Brennstoffemspritzventils durch Temperatureinflüsse mittels hydraulischer Einrichtungen oder durch Wahl geeigneter Werkstoffkombmationen ausgeglichen.Changes in length of a piezoelectric actuator of a fuel injection valve are usually compensated for by temperature influences by means of hydraulic devices or by selection of suitable material combinations.
Aus der EP 0 869 278 AI ist ein Brennstoffemspritzventil bekannt, bei welchem die Laπgenveranderung des Aktors durch eine entsprechende Werkstoffkombmation kompensiert wird. Das aus dieser Druckschrift hervorgehende Brennstoffemspπtzventil weist einen in einem Aktorraum angeordneten Aktor auf, welcher formschlussig mit einer Druckschulter verbunden ist, über welche der Aktor entgegen der Kraft einer Druckfeder auf die Ventilnadel einwirkt. Der Aktor stutzt sich einerseits an einer Druckplatte und andererseits an einem Stellglied ab. Bei einer Erregung des Aktors wird die Ventilnadel Abspritzrichtung betätigt.A fuel injection valve is known from EP 0 869 278 A1, in which the change in length of the actuator is compensated for by a corresponding material combination. The fuel injection valve resulting from this document has an actuator which is arranged in an actuator space and which is positively connected to a pressure shoulder via which the actuator acts against the force of a compression spring on the valve needle. The actuator is supported on the one hand on a pressure plate and on the other hand on an actuator. When the actuator is excited, the valve needle spray direction is actuated.
Die Kompensation der temperaturbedingten Langenveranderung des Aktors wird m der genannten Druckschrift durch mehrere Ausgleichsscheiben erzielt, welche zwischen der Druckplatte und der Stirnseite des Aktors angeordnet sind. Diese weisen einen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, welcher dem der Aktorelemente mit umgekehrten Vorzeichen entspricht. Bei einer Verkürzung des Aktors durch ansteigende Temperaturen dehnen sich die Ausgleichsscheiben aus und kompensieren dadurch die thermische Längenänderung des Aktors.The compensation of the temperature-related change in length of the actuator is achieved in the above-mentioned document by means of several shims, which are located between the pressure plate and the end face of the actuator are arranged. These have a temperature expansion coefficient which corresponds to that of the actuator elements with the opposite sign. If the actuator is shortened due to rising temperatures, the shims expand and thereby compensate for the thermal change in length of the actuator.
Nachteilig an dieser Anordnung sind vor allem der Fertigungsaufwand verbunden mit relativ hohen Kosten, die insbesondere durch die Wahl der Werkstoffe (z. B. INVAR) bedingt sind.The disadvantage of this arrangement is, above all, the manufacturing outlay associated with relatively high costs, which are due in particular to the choice of materials (for example INVAR).
Die Kompensation der Längenveränderung durch hydraulische Einrichtungen ist z. B. aus der EP 0 477 400 AI bekannt. Der grundsätzliche Nachteil besteht bei Anordnungen dieser Art darin, daß große Flüssigkeitsvolumina verdrängt werden und dadurch eine erhöhte Kavitationsneigung besteht.The compensation of the change in length by hydraulic devices is such. B. from EP 0 477 400 AI known. The basic disadvantage of arrangements of this type is that large volumes of liquid are displaced and there is an increased tendency to cavitation.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer rein mechanischen Kompensation der temperaturbedingt auftretenden Längen- bzw. Lageänderungen der Bauteile. Dadurch wird eine sichere und präzise Arbeitsweise des Brennstoffeinspritzventils gewährleistet.In contrast, the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage of a purely mechanical compensation of the temperature-related changes in length or position of the components. This ensures safe and precise operation of the fuel injector.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.The measures listed in the subclaims allow advantageous further developments of the fuel injector specified in the main claim.
Insbesondere führt die synchrone Ansteuerung des Ventilaktors und des Verstemmaktors zu kurzen und präzisen Schaltzeiten, da die Betätigung ohne Zeitverzögerung eintritt. In den Ansteuerpausen kann sich der Ventilaktor ungehindert den Temperaturverhältnissen anpassen. Durch die Kapselung des Verstemmaktors in einem Führungsgehäuse wird der Aktor vor äußeren Zug- und Scherkräften geschützt und erhält eine größere Stabilität.In particular, the synchronous control of the valve actuator and the caulking actuator leads to short and precise switching times, since the actuation occurs without a time delay. During the control pauses, the valve actuator can adapt to the temperature conditions unhindered. By encapsulating the caulking actuator in a guide housing, the actuator is protected from external tensile and shear forces and gains greater stability.
Die Abdichtung des Aktorgehäuses gegen das Ventilgehäuse hat den Vorteil, daß die Aktoren nicht durch den chemisch aggressiven Brennstoff angegriffen werden können.The sealing of the actuator housing against the valve housing has the advantage that the actuators cannot be attacked by the chemically aggressive fuel.
Die Ansteuerung der Verstemmaktoren kann in zwei Stufen bzw. über zwei verschiedene Stromkreise für den Ventilaktor und die Verstemmaktoren erfolgen, was die Möglichkeit des Vorverstemmens eröffnet.The caulking actuators can be controlled in two stages or via two different circuits for the valve actuator and the caulking actuators, which opens up the possibility of pre-caulking.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils, undFig. 1 shows an axial section through an embodiment of a fuel injector according to the invention, and
Fig. 2 einen Schnitt entlang der in Fig. 1 mit II-II bezeichneten Schnittlinie.Fig. 2 shows a section along the section line labeled II-II in Fig. 1.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Fig. 1 zeigt in einer axialen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßenFig. 1 shows an axial sectional view of an embodiment of the invention
Brennstoffeinspritzventils 1. Es handelt sich hierbei um ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit zentraler Brennstoffzufuhr über einen Brennstoffeinlaß 2, welches nach innen öffnet.Fuel injection valve 1. This is a fuel injection valve 1 with a central fuel supply via a fuel inlet 2, which opens inwards.
In einem Aktorgehäuse 3 sind ein ringförmig ausgebildeter Ventilaktor 4 mit einer zentralen Ausnehmung 5, welcher aus scheibenförmigen piezoelektrischen oder agnetostriktiven Elementen 6a besteht, und eine Vorspannfeder 7 angeordnet. Der Ventilaktor 4 wird durch eine äußere Spannungsquelle über einen Steckkontakt 8 betätigt. Zur Vereinfachung ist in Fig. 1 lediglich ein einzelner Kontakt 40 dargestellt, der über eine elektrisch leitende Verbindung 9 mit dem Ventilaktor 4 verbunden ist. Der Steckkontakt 8 kann an einer Kunststoffummantelung 41 angespritzt sein.In an actuator housing 3, a ring-shaped valve actuator 4 with a central recess 5, which consists of disk-shaped piezoelectric or agnetostrictive elements 6a, and a biasing spring 7 are arranged. The valve actuator 4 is powered by an external voltage source actuated via a plug contact 8. For simplification, only a single contact 40 is shown in FIG. 1, which is connected to the valve actuator 4 via an electrically conductive connection 9. The plug contact 8 can be molded onto a plastic casing 41.
Das Aktorgehäuse 3 umfaßt teilweise eine äußere Hülse 43 und eine innere Hülse 44. Zwischen dem Ventilaktor 4 und der äußeren Hülse 43 ist eine Schutz- und Stützhülse 46 vorgesehen, die eine erste Abschlußplatte 36 umfaßt, an der sich der Ventilaktor 4 mit einer ersten Stirnseite 32 abstützt. Auf der der Abschlußplatte 36 gegenüberliegenden Seite ist eine zweite Abschlußplatte 37 angeordnet, an welcher sich die Vorspannfeder 7 abstützt.The actuator housing 3 partially includes an outer sleeve 43 and an inner sleeve 44. Between the valve actuator 4 and the outer sleeve 43, a protective and support sleeve 46 is provided, which comprises a first end plate 36, on which the valve actuator 4 with a first end face 32 supports. On the side opposite the end plate 36, a second end plate 37 is arranged, on which the biasing spring 7 is supported.
Zwischen der Vorspannfeder 7 und dem Ventilaktor 4 ist mindestens ein Verstemmaktor 10 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind drei Verstemmaktoren 10 vorgesehen. Jeder Verstemmaktor 10 besteht wie der Ventilaktor 4 aus scheibenförmigen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elementen 6b und ist z. B. wie der Ventilaktor 4 in Sandwichbauweise oder massiv ausgeführt. Zur Betätigung der Verstemmaktoren 10 kann ein zweiter Stromkreis vorgesehen werden. Die scheibenförmigen Elemente 6b der Verstemmaktoren 10 liegen an einer radial äußeren Auflageplatte 11 an, welche sich an der Schutz- und Stützhülse 46 abstützt, und sind jeweils von einem hülsenförmigen Führungsgehäuse 13 umgeben. Die Wirkrichtung der Verstemmaktoren 10 steht senkrecht zur Wirkrichtung des Ventilaktors 4. Die Vorspannfeder 7 und der Ventilaktor 4 mit einer zweiten Stirnseite 33 stützen sich an Stützsegmenten 14 ab. Zwischen den Führungsgehäusen 13 ist in Umfangsrichtung jeweils ein Stützsegment 14 angeordnet, welches eine Stützfunktion für den Ventilaktor 4 und die Vorspannfeder 7 erfüllt. Die Stützsegmente 14 und die Verstemmaktoren 10 sind nicht mit dem Aktorgehäuse 3 verbunden, sondern werden durch die Vorspannung der Vorspannfeder 7 im Aktorgehäuse 3 ortsfest gehalten. Ein Betatigungskorper 15 ist m der zentralen Ausnehmung 5 des Ventilaktors 4 und m der inneren Hülse 44 angeordnet und weist im Bereich der Verstemmaktoren 10 und Stutzsegmente 14 eine Verjüngung 16 auf. An dieser Verjüngung 16 greifen Mitnehmer 17 an, welche endseitig mit dem jeweiligen Verstemmaktor 10 verbunden sind. In den Ansteuerungspausen liegt der Mitnehmer 17 mit einer geringen Restkraft am Betatigungskorper 15 an, wodurch der Verstemmaktor 10 weiterhin unter Vorspannung steht.At least one caulking actuator 10 is arranged between the biasing spring 7 and the valve actuator 4. In the exemplary embodiment, three caulking actuators 10 are provided. Each caulking actuator 10, like the valve actuator 4, consists of disk-shaped piezoelectric or magnetostrictive elements 6b and is e.g. B. as the valve actuator 4 in sandwich construction or solid. A second circuit can be provided to actuate the caulking actuators 10. The disk-shaped elements 6b of the caulking actuators 10 bear against a radially outer support plate 11, which is supported on the protective and support sleeve 46, and are each surrounded by a sleeve-shaped guide housing 13. The direction of action of the caulking actuators 10 is perpendicular to the direction of action of the valve actuator 4. The biasing spring 7 and the valve actuator 4 with a second end face 33 are supported on support segments 14. A support segment 14 is arranged in the circumferential direction between the guide housings 13 and fulfills a support function for the valve actuator 4 and the biasing spring 7. The support segments 14 and the caulking actuators 10 are not connected to the actuator housing 3, but are held in place in the actuator housing 3 by the pretensioning of the pretensioning spring 7. An actuating body 15 is arranged in the central recess 5 of the valve actuator 4 and in the inner sleeve 44 and has a taper 16 in the region of the caulking actuators 10 and support segments 14. This taper 16 engages drivers 17 which are connected at the ends to the respective caulking 10. In the control breaks, the driver 17 rests on the actuating body 15 with a small residual force, as a result of which the caulking actuator 10 is still under tension.
Der Betatigungskorper 15 steht über eine Verlängerung 18 mit einer Ventilnadel 19 m Verbindung, an welcher ein Ventilschließkorper 20 ausgebildet ist. Bei Abheben des Ventilschließkorpers 20 von einer Ventilsitzflache 21 eines Ventilsitzkorpers 47 wird Brennstoff durch eine Abspritzoffnung 22 abgespritzt. Der Ventilsitzkorper 47 ist über einen hulsenfόrmigen Dusenkorper 48 mit der äußeren Hülse 43 verbunden. Der Betatigungskorper 15 stutzt sich mit seiner der Ventilnadel 19 abgewandten Seite an einer Ruckstellfeder 23 ab und hintergreift mit seiner Verlängerung 18 einen Flansch 24 der Ventilnadel 19. Zwischen dem Flansch 24 der Ventilnadel 19 und dem Betatigungskorper 15 ist eine Feder 25 eingespannt. Der Betatigungskorper 15 kann bei der Schließbewegung gegenüber der Ventilnadel 19 durchschwingen, so daß nur die trage Masse der Ventilnadel 19 an der Ventilsitzflache 21 anschlagt. Dadurch werden Preller vermieden. Der Brennstoff strömt über eine Innenausnehmung 26 des Betatigungskorpers 15, Querbohrungen 27 in der Wandung der Verlängerung 18 und wenigstens einen Kanal 28 im Ventilsitzkorper 47 zum Dichtsitz .The actuating body 15 is connected via an extension 18 to a valve needle 19 m, on which a valve closing body 20 is formed. When the valve closing body 20 is lifted off a valve seat surface 21 of a valve seat body 47, fuel is sprayed off through a spray opening 22. The valve seat body 47 is connected to the outer sleeve 43 via a sleeve-shaped nozzle body 48. The actuating body 15 is supported with its side facing away from the valve needle 19 on a return spring 23 and engages behind a flange 24 of the valve needle 19 with its extension 18. A spring 25 is clamped between the flange 24 of the valve needle 19 and the actuating body 15. The actuating body 15 can swing through during the closing movement relative to the valve needle 19, so that only the inert mass of the valve needle 19 strikes the valve seat surface 21. This prevents bouncers. The fuel flows through an inner recess 26 of the actuating body 15, transverse bores 27 in the wall of the extension 18 and at least one channel 28 in the valve seat body 47 to the sealing seat.
Wird an den Ventilaktor 4 und die Verstemmaktoren 10 des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemaßen Brennstoffeinspritzventils 1 eine elektrische Betätigungsspannung über den Steckkontakt 8 angeschlossen, dehnen sich die scheibenförmigen Elemente 6 des Ventilaktors 4 und der Verstemmaktoren 10 aus, wodurch gleichzeitig mit der axialen Ausdehnung des Ventilaktors 4 die Verstemmaktoren 10 die Mitnehmer 17 an die äußere Wandung 29 des Betatigungskorpers 15 drucken. Dadurch wirα der Betatigungskorper 15 kraftschlussig mit dem Ventilaktor 4 verstemmt. Durch die Ausdehnung des Ventilaktors 4 entgegen der Stomungsrichtung des Brennstoffs wird das Brennstoffemspritzventil 1 geöffnet.If an electrical actuation voltage is connected to the valve actuator 4 and the caulking actuators 10 of the fuel injector 1 according to the invention shown in FIG. 1 via the plug contact 8, the disc-shaped elements 6 of the valve actuator 4 and the caulking actuators 10 expand, thereby simultaneously with the axial expansion of the valve actuator 4 the Caulking 10 the driver 17 print on the outer wall 29 of the actuating body 15. As a result, the actuating body 15 is caulked to the valve actuator 4 in a force-locking manner. The fuel injection valve 1 is opened by the expansion of the valve actuator 4 against the direction of flow of the fuel.
Ein Brennstoffeinspritzventil 1 erfahrt beim Betrieb starke Temperaturschwankungen. Zum einen erwärmt sich das ganze Brennstoffeinspritzventil 1 durch den Kontakt zur Brennkammer einer Brennkraftmaschine, zum anderen treten lokale Temperatureffekte z. B. durch die Verlustleistung beim Verfor en des piezoelektrischen Ventilaktors 4 oder durch elektrische Ladungsbewegung auf. Dies resultiert m einer thermischen Langenverkurzung der scheibenförmigen Elemente, da piezoelektrische Keramiken negative Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzen, sich also bei Erwärmung zusammenziehen und bei Abkühlung ausdehnen.A fuel injector 1 experiences large temperature fluctuations during operation. On the one hand, the entire fuel injection valve 1 heats up through contact with the combustion chamber of an internal combustion engine, and on the other hand, local temperature effects occur, for example. B. by the power loss when Verfor en of the piezoelectric valve actuator 4 or by electrical charge movement. This results in a thermal reduction in the length of the disk-shaped elements, since piezoelectric ceramics have negative coefficients of thermal expansion, that is to say they contract when heated and expand when cooled.
Durch die erfmdungsgemaße Anordnung der Verstemmaktoren 10 senkrecht zum Ventilaktor 4 wird gewährleistet, daß sich thermische Langenanderungsprozesse, insbesondere des Ventilaktors 4, in den Ansteuerungspausen ungehindert vollziehen können, ohne daß es zu einer Verspannung des Ventilaktors 4 kommt. Dabei wird die auf den Betatigungskorper 15 durcn die Verstemmaktoren 10 ausgeübte Restkraft durch die Vorspannfeder 7 oder den Ventilaktor 4 überwunden, wahrend in den Ansteuerungsphasen der Druck des Mitnehmers 17 auf den Betatigungskorper 15 so stark ist, daß dieser in Ausdehnungsrichtung des Ventilaktors 4 bewegt wird.The arrangement according to the invention of the caulking actuators 10 perpendicular to the valve actuator 4 ensures that thermal length change processes, in particular of the valve actuator 4, can take place unimpeded in the control pauses without the valve actuator 4 being braced. The residual force exerted on the actuating body 15 by the caulking actuators 10 is overcome by the biasing spring 7 or the valve actuator 4, while in the control phases the pressure of the driver 17 on the actuating body 15 is so strong that it is moved in the direction of expansion of the valve actuator 4.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch das Brennstoffeinspritzventil 1 entlang der Fig. 1 mit II-II bezeichneten Schnittlinie. Dabei sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.FIG. 2 shows a schematic section through the fuel injection valve 1 along the section line designated II-II in FIG. 1. Elements already described are provided with the same reference numerals.
In diesem Ausfuhrungsbeispiel sind drei identische Verstemmaktoren 10 m regelmäßigen Winkelabstanden von ca. 120° zwischen der Vorspannfeder 7 und dem Ventilaktor 4 angeordnet. Die Verstemmaktoren 10 liegen an Auflageplatten 11 an, welche sich an einer Innenwand 12 der Schutz- und Stützhülse 46 des Ventilaktors 4 abstützen, und sind von den querliegenden, hülsenförmigen Führungsgehäusen 13 umgeben. Die Wirkrichtung der Verstemmaktoren 10 steht senkrecht zur Wirkrichtung des Ventilaktors 4. Die Vorspannfeder 7 und der Ventilaktor 4 stützen sich an den Stützsegmenten 14 ab. Zwischen den Führungsgehäusen 13 sind z. B. in gleichen Winkelabständen von ca. 120° drei Stützsegmente 14 angeordnet, welche eine Stützfunktion für den Ventilaktor 4 und die Vorspannfeder 7 erfüllen. Die Stützsegmente 14 und die Verstemmaktoren 10 sind nicht mit dem Aktorgehäuse 3 verbunden, sondern werden durch die Vorspannung der Vorspannfeder 7 im Aktorgehäuse 3 ortsfest gehalten. An der Verjüngung 16 des Betätigungskörpers 15 greifen die Mitnehmer 17 dergestalt an, daß der Betätigungskörper 15 zwischen den drei Mitnehmern 17 kraftschlüssig mit dem Ventilaktor 4 verstemmt wird.In this exemplary embodiment, three identical caulking machines are 10 m apart at regular intervals of approx. 120 ° between the bias spring 7 and the valve actuator 4. The caulking actuators 10 rest on support plates 11, which are supported on an inner wall 12 of the protective and support sleeve 46 of the valve actuator 4, and are surrounded by the transverse, sleeve-shaped guide housings 13. The direction of action of the caulking actuators 10 is perpendicular to the direction of action of the valve actuator 4. The biasing spring 7 and the valve actuator 4 are supported on the support segments 14. Between the guide housing 13 z. B. arranged at equal angular intervals of approximately 120 ° three support segments 14, which perform a support function for the valve actuator 4 and the biasing spring 7. The support segments 14 and the caulking actuators 10 are not connected to the actuator housing 3, but are held in place in the actuator housing 3 by the pretensioning of the pretensioning spring 7. The drivers 17 engage on the taper 16 of the actuating body 15 in such a way that the actuating body 15 is caulked with the valve actuator 4 between the three drivers 17.
Ist für die Betätigung der Verstemmaktoren 10 ein zweiter Stromkreis vorgesehen, können die Betätigungsspannungen gleichzeitig oder zeitlich versetzt zugeführt werden, wodurch ein Vorverstemmen der Verstemmaktoren 10 vor der Betätigung des Ventilaktors 4 erfolgen kann. Der gleiche Effekt ist durch die Wahl unterschiedlicher Piezokeramiken für den Ventilaktor 4 und die Verstemmaktoren 10 bei Ansteuerung durch den gleichen Stromkreis zu erreichen. Weist die Piezokeramik der Verstemmaktoren 10 einen höheren Ausdehnungskoeffizienten als die des Ventilaktors 4 auf, reicht eine kleine Betätigungsspannung aus, um die Verstemmaktoren 10 zu betätigen, während der durch den Ventilaktor 4 auf die Ventilnadel 19 übertragene Hub wegen geringerer Ausdehnung der piezoelektrischen Elemente 6a des Ventilaktors 4 noch nicht ausreicht, um das Brennstoffeinspritzventil 1 zu öffnen. Wird die Spannung dann weiter erhöht, wird das Brennstoffeinspritzventil 1 geöffnet. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 realisierbar. If a second circuit is provided for the actuation of the caulking actuators 10, the actuation voltages can be supplied simultaneously or at different times, so that the caulking actuators 10 can be pre-caulked before the valve actuator 4 is actuated. The same effect can be achieved by selecting different piezoceramics for the valve actuator 4 and the caulking actuators 10 when actuated by the same circuit. If the piezoceramic of the caulking actuators 10 has a higher expansion coefficient than that of the valve actuator 4, a small actuation voltage is sufficient to actuate the caulking actuators 10 during the stroke transmitted by the valve actuator 4 to the valve needle 19 due to the smaller expansion of the piezoelectric elements 6a of the valve actuator 4 is not sufficient to open the fuel injector 1. If the voltage is then increased further, the fuel injection valve 1 is opened. The invention is not limited to the exemplary embodiment shown, but can also be implemented with a large number of other designs of fuel injection valves 1.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Ventilaktor (4) und einem von dem Ventilaktor (4) mittels eines Betätigungskörpers (15) und/oder einer Ventilnadel (19) betätigbaren Ventilschließkörper (20), der mit einer Ventilsitzfläche (21) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskörper (15) oder die Ventilnadel (19) über mindestens einen Verstemmaktor (10) kraftschlüssig mit dem Ventilaktor (4) verbindbar ist.1. Fuel injection valve (1), in particular injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines, with a piezoelectric or magnetostrictive valve actuator (4) and a valve closing body (20) which can be actuated by the valve actuator (4) by means of an actuating body (15) and / or a valve needle (19) which interacts with a valve seat surface (21) to form a sealing seat, characterized in that the actuating body (15) or the valve needle (19) can be non-positively connected to the valve actuator (4) via at least one caulking actuator (10).
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkrichtung jedes Verstemmaktors (10) im wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung der Ventilaktors (4) gerichtet ist.2. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the effective direction of each caulking actuator (10) is directed substantially perpendicular to the effective direction of the valve actuator (4).
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstemmaktor (10) von einem Führungsgehäuse (13) umgeben ist, welches eine Auflageplatte (11) aufweist.3. Fuel injection valve according to claim 1 or 2, characterized in that each caulking actuator (10) is surrounded by a guide housing (13) which has a support plate (11).
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stützsegment (14) in der gleichen Ebene wie der zumindest eine Verstemmaktor (10) angeordnet ist.4. Fuel injection valve according to claim 3, characterized in that that at least one support segment (14) is arranged in the same plane as the at least one caulking actuator (10).
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilaktor (4), der zumindest eine Verstemmaktor (10), das Stützsegment (14) und eine Vorspannfeder (7) in einem Aktorgehäuse (3) gekapselt sind.5. Fuel injection valve according to claim 4, characterized in that the valve actuator (4), the at least one caulking actuator (10), the support segment (14) and a biasing spring (7) are encapsulated in an actuator housing (3).
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Stirnseite (32) des Ventilaktors (4) an einer ersten Abschlußplatte (36) des Aktorgehäuses (3) anliegt, ein erstes Ende (34) der Vorspannfeder (7) an einer zweiten Abschlußplatte (37) des Aktorgehäuses (3) anliegt und sich das Führungsgehäuse (13) des Verstemmaktors (10) oder das Stützsegment (14) zwischen einer zweiten Stirnseite (33) des Ventilaktors (4) und einem zweiten Ende (35) der Vorspannfeder (7) befindet.6. Fuel injection valve according to claim 5, characterized in that a first end face (32) of the valve actuator (4) abuts a first end plate (36) of the actuator housing (3), a first end (34) of the biasing spring (7) on a second End plate (37) of the actuator housing (3) abuts and the guide housing (13) of the caulking actuator (10) or the support segment (14) between a second end face (33) of the valve actuator (4) and a second end (35) of the biasing spring ( 7) is located.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis7. Fuel injection valve according to one of claims 1 to
6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betatigungskorper (15) oder die Ventilnadel (19) über einen Mitnehmer (17) , der sich am Verstemmaktor (10) abstützt, mit dem Ventilaktor (4) kraftschlüssig verbindbar ist.6, characterized in that the actuating body (15) or the valve needle (19) can be non-positively connected to the valve actuator (4) via a driver (17) which is supported on the caulking actuator (10).
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mitnehmer (17) so am Betätigungskörper (15) oder der Ventilnadel (19) abstützt, daß der Verstemmaktor (10) in gelöstem Zustand unter einer Vorspannung steht, die klein genug ist, daß der Ventilaktor (4) unter Überwindung der durch den Mitnehmer (17) auf die Ventilnadel (19) oder den Betätigungskörper (15) wirkenden Reibungskräfte axial frei verschiebbar ist.8. The fuel injector according to claim 7, characterized in that the driver (17) is supported on the actuating body (15) or the valve needle (19) in such a way that the caulking actuator (10) is in the released state under a pretension that is small enough, that the valve actuator (4) is axially freely displaceable by overcoming the friction forces acting through the driver (17) on the valve needle (19) or the actuating body (15).
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilaktor (4) und jeder Verstemmaktor (10) gleichzeitig betätigbar sind.9. The fuel injector according to claim 8, characterized in that the valve actuator (4) and each caulking actuator (10) can be actuated simultaneously.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilaktor (4) durch einen ersten Stromkreis betätigbar ist und jeder Verstemmaktor (10) durch einen vom ersten Stromkreis unabhängigen zweiten Stromkreis betätigbar ist .10. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the valve actuator (4) can be actuated by a first circuit and each caulking actuator (10) can be actuated by a second circuit which is independent of the first circuit.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß piezoelektrische Elemente (6b) jedes Verstemmaktors (10) einen größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweisen als piezoelektrische Elemente (6a) des Ventilaktors (4).11. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 10, characterized in that piezoelectric elements (6b) of each caulking actuator (10) have a larger expansion coefficient than piezoelectric elements (6a) of the valve actuator (4).
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilaktor (4) ringförmig mit einer zentralen Ausnehmung (5) ausgebildet ist, in welcher der Betatigungskorper (15) geführt ist. 12. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 11, characterized in that the valve actuator (4) is annular with a central recess (5) in which the actuating body (15) is guided.
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