EP1144849A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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EP1144849A1
EP1144849A1 EP00988610A EP00988610A EP1144849A1 EP 1144849 A1 EP1144849 A1 EP 1144849A1 EP 00988610 A EP00988610 A EP 00988610A EP 00988610 A EP00988610 A EP 00988610A EP 1144849 A1 EP1144849 A1 EP 1144849A1
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EP
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fuel injection
actuator
injection valve
flexible
valve
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Wolfgang Ruehle
Hubert Stier
Matthias Boee
Guenther Hohl
Norbert Keim
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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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
    • 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.
  • a fuel injection valve according to the preamble of claim 1 is known from DE 195 00 706 AI.
  • the device described in DE 195 00 706 A1 for dosing liquids and gases, in particular m fuel injection valves for internal combustion engines, has a hydraulic path booster for converting the travel range of a piezoelectric actuator with an enlarged valve needle.
  • the lifting piston of the displacement amplifier is provided with an end section with a reduced diameter, which projects into a recess in the working piston of the displacement amplifier.
  • a disc spring lying in the amplifier chamber delimited by the pistons places the working piston against the actuator and a helical compression spring arranged in the recess concentrically to the end section presses the reciprocating piston against the valve needle.
  • Influences of temperature changes, wear and manufacturing tolerances on the actuator travel are compensated for by the fact that on the guide surfaces of the pistons between a hollow cylindrical throttle gap is provided between the pistons and between the pistons and the inner wall of the valve housing, via which the amplifier chamber communicates with a liquid-filled low-pressure chamber.
  • the volume specified by the amplifier chamber, the throttle gaps and the low pressure chamber is complete.
  • a disadvantage of the lifting device known from DE 195 00 706 AI is, above all, the complex construction and the length of the valve.
  • the relatively large volume and the relatively large cross-sectional area of the actuator also do not permit a particularly compact design.
  • due to the large displacement volumes there is a high tendency to cavitation in the throttle gaps.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the lifting device is flexible and, in addition to stroke translation and stroke reversal, problem-free temperature compensation is achieved.
  • the seals designed as corrugated pipes are flexible so that length changes are compensated for.
  • the flexibility of the seals improves the dynamic behavior of the fuel injection valve, since the flexible corrugated pipes largely prevent the valve closing body from bouncing on the valve seat surface and thus largely preventing the fuel injection valve from opening again. This achieves greater accuracy in the metering times and quantities.
  • the tubular actuator Due to the partial placement of the valve needle in the central recess of the actuator, the tubular actuator permits a particularly compact and lightweight design of the fuel injection valve, a tubular valve needle which is sealed off from a nozzle body simultaneously serving to supply fuel to the sealing seat.
  • FIG. 1 shows an axial section through an exemplary embodiment of a fuel injection valve according to the invention.
  • FIG. 1 shows an axial sectional view of an exemplary embodiment of a fuel injector valve 1 according to the invention. It is a fuel injector valve 1 opening inwards internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 contains an actuator 2, which is constructed from disk-shaped piezoelectric or magnetostrictive elements 3 and is tubular.
  • the actuator 2 thus has a central recess 4, in which a valve needle 5 is guided.
  • the valve needle 5 is tubular and has a central recess 6 through which the fuel flows.
  • the fuel is supplied via a connecting sleeve 8 m, a socket-shaped extension 9 of the valve needle 5.
  • the actuator 2 bears with a first end face 10 against an actuator cover plate 11.
  • the actuator cover plate 11 and the valve tilnadel 5 are connected by a first fuel seal 12, which is designed in the exemplary embodiment as a corrugated tube.
  • the first fuel seal 12 seals an actuator housing 13 against the fuel, which is fed centrally via the connecting sleeve 8.
  • the actuator housing 13 is sealed by a second fuel seal 14, which is also designed as a corrugated tube in the exemplary embodiment.
  • the second fuel seal 14 is welded to the actuator housing 13 and the valve needle 5.
  • a conversion device 15 is encapsulated in the actuator housing 13.
  • the conversion device 15 comprises an actuator base plate 16 which bears against a second end face 17 of the actuator 2.
  • a tubular intermediate piece 18 is connected to the actuator base plate 16 via a weld seam 26b and is supported with a radial projection 19 at a first end 20 of a biasing spring 21.
  • the biasing spring 21 is supported with a second end 22 on a support plate 23 which rests on the inside of a shoulder of the actuator housing 13.
  • the intermediate piece 18 and the support plate 23 are connected to one another by a first flexible seal 24.
  • the actuator base plate 16 and the intermediate piece 18 engage behind a driver 25 with an L-shaped cross section, which is positively connected to the valve needle 5 via a weld seam 26a.
  • the driver 25 is connected on the one hand by a second flexible seal 27 to the support plate 23 and on the other hand by a third flexible seal 28 to the radial projection 19 of the intermediate piece 18, preferably by welding.
  • the three flexible seals 24, 27 and 28 are designed as corrugated pipes and enclose a pressure chamber 29 of the conversion device 15, which is filled with a hydraulic medium.
  • the biasing spring 21 is encapsulated in the pressure chamber 29.
  • valve needle 5 In the spray direction, the valve needle 5 is connected to a valve closing body 30, which forms a sealing seat with a valve seat surface 31.
  • the fuel gets across running channels 32 m of the valve needle 5 m, an intermediate space 34 located between the valve closing body 30 and a nozzle body 33 and further to the sealing seat, where it is sprayed off via at least one spout opening 36 formed in a valve seat body 35.
  • the piezoelectric elements 3 of the actuator 2 expand. Since the actuator 2 bears firmly against the actuator housing 13 via the actuator cover plate 11, the actuator 2 can only expand in the spray direction and thereby presses the actuator base plate 16 with the non-positively attached intermediate piece 18 in the spray direction.
  • the intermediate piece 18 presses the biasing spring 21 further against the already existing bias.
  • the movement of the intermediate piece 18 displaces the hydraulic medium enclosed in the pressure chamber 29 of the conversion device 15, as a result of which the driver is moved 25 m opening direction.
  • the driver 25 is in operative connection with the valve needle 5, which is why it is also moved in the opening direction.
  • the valve closing body 30 lifts off the valve seat surface 31 and fuel is sprayed through the bracing opening 36 formed in the valve seat body 35.
  • the directional reversal of the actuator stroke by the conversion device 15 is possible because of the high actuation speed of the actuator 2.
  • the hydraulic medium behaves in a compressible manner. Displacement of the hydraulic medium results in impulse transmission.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown, but can also be implemented with a large number of other types of fuel injection valves 1, in particular with fuel injection valves 1 opening outwards.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfasst einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2) und einen von dem Aktor (2) mittels einer Ventilnadel (5) betätigbaren Ventilschliesskörper (30), der mit einer Ventilsitzfläche (31) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ein Zwischenstück (18) ist über eine erste flexible Dichtung (24) mit einer Stützplatte (23) verbunden, die Stützplatte (23) ist über eine zweite flexible Dichtung (27) mit einem Mitnehmer (25) an der Ventilnadel (5) verbunden und der Mitnehmer (25) ist über eine dritte flexible Dichtung (28) mit dem Zwischenstück (18) verbunden, wodurch eine abgeschlossene hydraulische Umsetzungseinrichtung (15) ensteht.

Description

Brennstoffemspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffemspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Ein Brennstoffemspritzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 195 00 706 AI bekannt.
Die der DE 195 00 706 AI beschriebene Emπcntung zum Dosieren von Flüssigkeiten und Gasen, insbesondere m Brennstoffemspritzventilen Brennkraftmaschinen, ßesitzt einen hydraulischen Wegverstarker zur Umsetzung des Stellwegs ei- nes piezoelektrischen Aktors einen vergrößerten Huo einer Ventilnadel. Zur bauvolumenkleinen räumlichen Integration des Wegverstarkers m das Ventilgehause ist der Hubkolben des Wegverstarkers mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt versehen, der m eine Ausnehmung im Arbeitskolben des Wegverstarkers hineinragt. Eine m der von den Kolben begrenzten Verstarkerkammer einliegende Tellerfeder legt den Arbeitskolben an den Aktor an und eine m der Ausnehmung konzentrisch zum Endabschnitt angeordnete Schraubendruckfeder druckt den Hubkolben gegen die Ventilnadel.
Einflüsse von Temperaturanderungen, Verschleiß und Fertigungstoleranzen auf den Stellweg des Aktors werden dadurch kompensiert, daß an den Fuhrungsflachen der Kolben zwischen den Kolben und zwischen den Kolben und der Innenwand des Ventilgehäuses jeweils ein hohlzylindrischer Drosselspalt vorgesehen ist, über welche die Verstarkerkammer mit einem flussigkeitsgefullten Niederdruckraum in Verbindung steht. Das von der Verstarkerkammer, den Drosselspalten und dem Niederdruckraum vorgegebene Volumen ist abgeschlossen.
Nachteilig an der aus der DE 195 00 706 AI bekannten Hubeinrichtung ist vor allem die aufwendige Konstruktion und die Baulange des Ventils. Auch das relativ große Volumen und die relativ große Querschnittsflache des Aktors lassen keine besonders kompakte Bauform zu. Zudem besteht durch die großen Verdrangungsvolumina eine hohe Kavitationsneigung in den Drosselspalten.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemaße Brennstoffemspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Hubeinrichtung flexibel gestaltet ist und neben einer Hububersetzung und einer Hubumkehr auch eine problemlose Temperaturkompensation erreicht wird.
Durch die m den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Die als Wellrohre ausgeführten Dichtungen sind flexibel, so daß Langenanderungen ausgeglichen werden.
Zudem wird durch die Flexibilität der Dichtungen das dynamische Verhalten des Brennstoffeinspπtzventils verbessert, da die flexiblen Wellrohre ein Prellen des Ventilschließkorpers an der Ventilsitzflache und damit ein nochmaliges Öffnen des Brennstoffemspritzventils weitgehend verhindern. Dadurch wird eine größere Genauigkeit in den Zumeßzeiten und -mengen erreicht . Der röhrenförmige Aktor erlaubt durch die teilweise Unterbringung der Ventilnadel m der zentralen Ausnehmung des Aktors eine besonders kompakte und leichte Bauform des Brennstoffemspπtzventils, wobei eine röhrenförmige, gegenüber einem Dusenkorper abgedichtete Ventilnadel gleichzeitig der Brennstoffzufuhrung zum Dichtsitz dient.
Zeichnung
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist m der Zeichnung vereinfacht dargestellt und m der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Ausfuhrungsbei- spiel eines erfmdungsgemaßen Brennstoffemspπtz- ventils .
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Fig. 1 zeigt m einer axialen Schnittdarstellung em Ausfuhrungsbeispiel eines erfmdungsgemaßen Brennstoffemspπtz- ventils 1. Es handelt sich hierbei um em nach innen öffnendes Brennstoffemspritzventil 1. Das Brennstoffemspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brenn- stoff m den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdge- zundeten Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffemspritzventil 1 enthalt einen Aktor 2, welcher aus scheibenförmigen piezoelektrischen oder magneto- striktiven Elementen 3 aufgebaut und röhrenförmig ausgebildet ist. Der Aktor 2 besitzt somit eine zentrale Ausnehmung 4, m welcher eine Ventilnadel 5 gefuhrt ist. Die Ventilnadel 5 ist rohrformig ausgebildet und verfugt über eine zentrale Ausnehmung 6, durch welche der Brennstoff strömt. Die Brennstoffzufuhr erfolgt über eine Anschlußhulse 8 m eine stutzenformige Erweiterung 9 der Ventilnadel 5.
Der Aktor 2 liegt mit einer ersten Stirnseite 10 an einer Aktordeckplatte 11 an. Die Aktordeckplatte 11 und die Ven- tilnadel 5 sind durch eine erste Brennstoffdichtung 12 miteinander verbunden, die im Ausfuhrungsbeispiel als Wellrohr ausgebildet ist. Durch die erste Brennstoffdichtung 12 wird ein Aktorgehause 13 gegen den Brennstoff, der zentral über die Anschlußhülse 8 zugeführt wird, abgedichtet. In Abspritzrichtung ist das Aktorgehause 13 durch eine zweite Brennstoffdichtung 14 abgedichtet, die im Ausführungsbeispiel ebenfalls als Wellrohr ausgeführt ist. Die zweite Brennstoffdichtung 14 ist mit dem Aktorgehause 13 und der Ventilnadel 5 verschweißt.
In dem Aktorgehause 13 ist eine Umsetzungseinrichtung 15 gekapselt. Die Umsetzungseinrichtung 15 umfaßt eine Aktorgrundplatte 16, die an einer zweiten Stirnseite 17 des Ak- tors 2 anliegt. Mit der Aktorgrundplatte 16 ist über eine Schweißnaht 26b ein rohrformiges Zwischenstuck 18 verbunden, welches sich mit einem radialen Überstand 19 an einem ersten Ende 20 einer Vorspannfeder 21 abstutzt. Die Vorspannfeder 21 stützt sich mit einem zweiten Ende 22 an einer Stutzplat- te 23 ab, welche innen an einer Schulter des Aktorgehauses 13 anliegt. Das Zwischenstuck 18 und die Stutzplatte 23 sind durch eine erste flexible Dichtung 24 miteinander verbunden.
Die Aktorgrundplatte 16 und das Zwischenstück 18 hintergrei- fen einen im Querschnitt L-förmigen Mitnehmer 25, der über eine Schweißnaht 26a formschlussig mit der Ventilnadel 5 verbunden ist. Der Mitnehmer 25 ist einerseits durch eine zweite flexible Dichtung 27 mit der Stutzplatte 23 und andererseits durch eine dritte flexible Dichtung 28 mit dem ra- dialen Überstand 19 des Zwischenstücks 18 vorzugsweise durch Schweißen verbunden. Die drei flexiblen Dichtungen 24, 27 und 28 sind im Ausfuhrungsbeispiel als Wellrohre ausgeführt und schließen einen Druckraum 29 der Umsetzungseinrichtung 15 ein, welcher mit einem Hydraulikmedium gefüllt ist. Im Druckraum 29 ist die Vorspannfeder 21 gekapselt.
In Abspritzrichtung ist die Ventilnadel 5 mit einem Ventil- schließkorper 30 verbunden, der mit einer Ventilsitzflache 31 einen Dichtsitz bildet. Der Brennstoff wird über quer verlaufende Kanäle 32 m der Ventilnadel 5 m einen zwischen dem Ventilschließkorper 30 und einem Dusenkorper 33 befindlichen Zwischenraum 34 und weiter zum Dichtsitz geleitet, wo er über mindestens eine m einem Ventilsitzkorper 35 ausge- bildete Abspπtzoffnung 36 abgespritzt wird.
Wird dem Aktor 2 eine elektrische Spannung zugeführt, dehnen sich die piezoelektrischen Elemente 3 des Aktors 2 aus. Da der Aktor 2 über die Aktordeckplatte 11 fest am Aktorgehause 13 anliegt, kann sich der Aktor 2 nur m Abspritzrichtung ausdehnen und druckt dadurch die Aktorgrundplatte 16 mit dem daran kraftschlussig angebrachten Zwischenstück 18 in Abspritzrichtung. Das Zwischenstuck 18 druckt die Vorspannfeder 21 entgegen der bereits vorhandenen Vorspannung weiter zusammen. Durch die Bewegung des Zwischenstucks 18 wird das im Druckraum 29 der Umsetzungseinrichtung 15 eingeschlossene Hydraulik edium verdrangt, wodurch der Mitnehmer 25 m Off- nungsπchtung bewegt wird. Der Mitnehmer 25 steht m Wirkverbindung mit der Ventilnadel 5, weshalb diese ebenfalls m Offnungsπchtung bewegt wird. Der Ventilschließkorper 30 hebt von der Ventilsitzflache 31 ab und Brennstoff wird durch die im Ventilsitzkorper 35 ausgebildete Abspntzoff- nung 36 abgespritzt.
Die Richtungsumkehr des Aktorhubs durch die Umsetzungseinrichtung 15 ist möglich wegen der hohen Betatigungsgeschwm- digkeit des Aktors 2. In diesem Fall verhalt sich das Hydraulikmedium mkompressibel . Eine Verdrängung des Hydrau- likmediums hat eine Impulsubertragung zur Folge.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausfuhrungsbeispiel beschrankt, sondern auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffe spritzventilen 1, insbesondere bei nach außen öffnenden Brennstoffemspritzventilen 1, rea- lisierbar.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffemspritzventil (1), insbesondere Emspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2) und einem von dem Aktor (2) mittels einer Ventilnadel (5) betatigbaren Ventilschließkorper (30), der mit einer Ventil- sitzflache (31) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (2) em Zwischenstück (18) betätigt und die Ventilnadel (5) von einem Mitnehmer (25) betätigt wird und daß das Zwischenstück (18) über eine erste flexible Dichtung (24) mit einer Stutzplatte (23) verbunden ist, die Stutzplatte (23) über eine zweite flexible Dichtung (27) mit dem Mitnehmer (25) verbunden ist und der Mitnehmer (25) über eine dritte flexible Dichtung (28) mit dem Zwischenstuck (18) verbunden ist.
2. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die drei flexiblen Dichtungen (24, 27, 28), das Zwischenstuck (18), den Mitnehmer (25) und die Stutzplatte (23) em hermetisch abgeschlossener Druckraum (29) einer hydraulischen Umsetzungseinrichtung (15) gebildet wird.
3. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (25) formschlussig, insbesondere durch Schweißen, mit der Ventilnadel (5) verbunden ist.
4. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß m dem Druckraum (29) eine Vorspannfeder (21) angeordnet ist und der Druckraum (29) mit einem Hydraulikmedium gefüllt
5. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vorspannfeder (21) mit einem ersten Ende (20) an einem radialen überstand (19) des Zwischenstücks (18) und mit einem zweiten Ende (22) an der Stutzplatte (23) ab- stutzt.
6. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte flexible Dichtung (28) mit dem radialen Uber- stand (19) des Zwischenstücks (18) verbunden ist.
7. Brennstoffemspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Dichtungen (24, 27, 28) als flexible Wellrohre ausgeführt sind.
8. Brennstoffemspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (2) rohrformig ausgebildet ist und sich die rohrformige Ventilnadel (5) durch den Aktor (2) hindurch erstreckt .
9. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrung des Brennstoffs durch die rohrformige Ventilnadel (5) hindurch zu dem Dichtsitz erfolgt und daß die Ventilnadel (5) gegenüber einem Aktorgehäuse (13) an einem Zulaufseifigen Ende mittels einer ersten flexiblen Brennstoffdichtung (12) und an einem abspritzseitigen Ende mittels einer zweiten flexiblen Brennstoffdichtung (14) abgedichtet ist.
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