EP1431569A2 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1431569A2
EP1431569A2 EP03015166A EP03015166A EP1431569A2 EP 1431569 A2 EP1431569 A2 EP 1431569A2 EP 03015166 A EP03015166 A EP 03015166A EP 03015166 A EP03015166 A EP 03015166A EP 1431569 A2 EP1431569 A2 EP 1431569A2
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EP
European Patent Office
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membrane
actuator
fuel injection
valve needle
injection valve
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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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
    • 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
    • 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
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/166—Selection of particular materials

Definitions

  • the invention is based on a fuel injector according to the genus of the main claim.
  • Fuel injector with a piezoelectric or known magnetostrictive actuator which is in operative connection with a valve needle.
  • the valve needle points to her spray-side end on a valve closing body with a valve seat surface cooperates to form a sealing seat.
  • the actuator is movable in one with a first end spherical recesses of an upper stop and stored acts with its movable in a spherical recess engaging second end via a transmission module the valve needle.
  • the two in the spherical Recesses, spherical segment-shaped ends of the Actuator same centering errors and bumps on the Surfaces of the ends of the actuator.
  • a disadvantage of that from the above publication known fuel injector is in particular the elaborate production of the two spherical segment-shaped Ends trained actuator and the receiving devices these ends in the fuel injector.
  • the ends of the spherical segment must be expensive and the actuator strength-reducing machined or the actuator must have a correspondingly designed holding body, in which it is stored.
  • the additional Holding body increases the manufacturing and assembly costs.
  • the membrane is made of metal, especially made of steel.
  • the elasticity Flexibility, the temperature resistance and the Joining properties can be positively influenced.
  • the membrane is perforated train. This makes it u. a. possible that the Valve needle can reach through the membrane. Grab the Valve needle through the membrane, making it a simple one and compact design of the fuel injector in easily possible.
  • the membrane has at least one Has opening. Through the opening can also Flexibility and elasticity of the membrane can be influenced. It also enables the membrane of Relieve pressure loads from adjacent fuel because the fuel flow through the at least one opening can.
  • the membrane on your Inner circumference with the valve needle and on its outer circumference with the housing cohesively, especially by welding or laser welding to be hermetically sealed.
  • the membrane can thereby in particular also have a sealing effect For example, to keep fuel away from the actuator.
  • the membrane is advantageous to attach the membrane to your Inner circumference with the valve needle and on its outer circumference with to form-fit the housing.
  • the membrane can be installed particularly easily and advantageously.
  • the membrane on its inner circumference the valve needle cohesively, especially by welding or laser welding, and form-fitting on its outer circumference to join with the case.
  • the membrane can thus with the Valve needle to be particularly firmly connected and at the same time, for example together with the valve needle, mounted particularly easily in the fuel injector become.
  • Fuel injector 1 is used especially for direct injection of fuel into a combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignited Internal combustion engine.
  • a cylindrical housing 2 In a cylindrical housing 2 is one Compensating device 5, an actuator 4, a valve needle 3, a spring element 6 and a membrane 8 are arranged.
  • the piston-shaped actuator 4 which preferably does not come from closer illustrated, disk-shaped piezoelectric or magnetostrictive elements is built between the Valve needle 3 and the compensation device 5 arranged.
  • the compensation device 5 serves to compensate for thermal changes in length of the actuator 4.
  • the actuator 4 has a first end 12 and a second end 13 that run parallel to each other.
  • the first end 12 of the actuator 4 is on the flat side facing it Compensating device 5, with the opposite, spherical segment-shaped side of the Compensating device 5 in at the far end of the Housing 2 arranged bearing 7 engages.
  • bearing 7 can spherical segment-shaped side of the compensating device 5 slide.
  • the valve needle 3 is located with its plan end on the second end 13 and is through that under constant bias spring element 6, which on the one hand on the compensation device 5 and on the other hand is attached to the valve needle 3, in constant contact held.
  • the spring element 6 is formed spirally and radially surrounds the actuator 4.
  • the valve needle 3 passes through the perforated disc-shaped and coaxial arranged membrane 8.
  • the perforated disc-shaped membrane 8 in cross section half-shell-shaped, d. that is, the closed Course of the membrane 8 throughout half-shell is formed and thus in the cross section of the membrane 8 show two half-shell-shaped designs.
  • the membrane 8 is made of steel. Because of their flexibility and elasticity the membrane 8 guides the valve needle 3 axially, the actuator 4, which with the valve needle 3 in frictional engagement and Form fit is, is also performed.
  • the membrane 8 cohesively by laser welding using a Weld 10 on the inner circumference of the valve needle 3 and Outer periphery on the housing 2 hermetically sealed. The Membrane 8 thus sealed the actuator 4 from fuel, which flows on the spray side.
  • valve closing body designed with a not shown valve seat surface to a sealing seat interacts.
  • a valve seat body not shown is at least one spray opening, not shown educated.
  • the fuel is on the side in Housing 2 trained fuel supply, not shown fed and led to the sealing seat.
  • the piezoelectric actuator 4 does not have a shown electronic control unit and one An electrical excitation voltage is supplied to the plug contact, expand the disc-shaped, not shown piezoelectric elements of the actuator 4 against the Preload of the spring element 6 and one not bias spring shown and move the valve needle 3 in the spray direction, which causes fuel in a known manner is hosed.
  • Fig. 2 shows a partial schematic representation a second embodiment of an inventive Fuel injection valve 1 in the area of the membrane 8, similar to the first embodiment of Fig. 1.
  • the membrane 8 has a plurality of openings 11 and is on Outer periphery connected to the housing 2 by positive locking.
  • the outer periphery of the membrane 8, which by the Half-shell shape to spray openings, not shown is inclined, is supported on a shoulder 9.
  • the Shoulder 9 is due to an inner diameter reduction in the Housing 2 realized.
  • the outer circumference of the Membrane 8 on the shoulder 9 The outer circumference of the membrane 8 can also not by shown recesses in the inner circumference of the housing 2nd positively realized in both axial directions become.
  • the openings 11 are used in particular to relieve the pressure Membrane 8, so that the existing on the spray side pressurized fuel the membrane 8 for example does not release from the positive connection.
  • the invention is not shown on the Embodiments limited and z. B. also for after internal fuel injectors can be used.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist einen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostrikiven Aktor (4) und eine mit dem Aktor (4) in Wirkverbindung stehende Ventilnadel (3) mit einem Ventilschließkörper auf, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Aktor (4) ist mittel- oder unmittelbar mit einem ersten Ende (12) beweglich gelagert und wirkt mit dem anderen, zweiten Ende (13) auf die Ventilnadel 3 ein. Das zweite Ende (13) des Aktors (4) ist mittel- oder unmittelbar durch eine elastische und flexible Membran (8) axial geführt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Beispielsweise ist aus der DE 197 08 304 A1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor bekannt, welcher in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel steht. Die Ventilnadel weist an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper auf, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Aktor ist mit einem ersten Ende beweglich in einer sphärischen Ausnehmungen eines oberen Anschlags gelagert und wirkt mit seinem in eine sphärische Ausnehmung beweglich eingreifenden zweiten Ende über ein Übertragungsmodul auf die Ventilnadel ein. Die beiden in den sphärischen Ausnehmungen gelagerten, kugelsegmentförmigen Enden des Aktors gleichen Zentrierfehler und Unebenheiten an den Flächen der Enden des Aktors aus.
Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere die aufwendige Herstellung des mit zwei kugelsegmentförmigen Enden ausgebildeten Aktors und der Aufnahmevorrichtungen dieser Enden im Brennstoffeinspritzventil. Zur Herstellung der kugelsegmentförmigen Enden muß der Aktor aufwendig und festigkeitsmindernd bearbeitet werden oder der Aktor muß über einen entsprechend ausgebildeten Haltekörper verfügen, in welchem er selbst gelagert ist. Der zusätzliche Haltekörper erhöht den Herstellungs- und Montageaufwand.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der konstruktive Aufwand zur Lagerung des Aktors wesentlich vereinfacht und reduziert ist. Das zweite Ende des Aktors kann trocken, ohne Gleitreibungsverluste geführt und gelagert werden. Außerdem wird die Montage des Aktors im Brennstoffeinspritzventil wesentlich vereinfacht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils besteht die Membran aus Metall, insbesondere aus Stahl. Insbesondere die Elastizität, die Flexibilität, die Temperaturbeständigkeit und die Fügeeigenschaften können so positiv beeinflußt werden.
Vorteilhaft ist es zudem, die Membran lochscheibenförmig auszubilden. Dadurch ist es u. a. möglich, daß die Ventilnadel durch die Membran greifen kann. Greift die Ventilnadel durch die Membran, so ist dadurch eine einfache und kompakte Bauweise des Brennstoffeinspritzventils in einfacher Weise möglich.
Außerdem ist es vorteilhaft die Membran im Querschnitt halbschalenförmig auszubilden. Die Führungseigenschaft, die Flexibilität und Elastizität können dadurch in einfacher Weise eingestellt werden.
Vorteilhaft ist es weiterhin, daß die Membran zumindest eine Öffnung aufweist. Durch die Öffnung kann ebenfalls die Flexibilität und Elastizität der Membran beeinflußt werden. Außerdem ist es dadurch möglich die Membran von Druckbelastungen von anliegendem Brennstoff zu entlasten, da der Brennstoff durch die zumindest eine Öffnung strömen kann.
Vorteilhaft ist es außerdem, die Membran an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel und an ihrem Außenumfang mit dem Gehäuse stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen bzw. Laserschweißen, hermetisch dicht zu fügen. Die Membran kann dadurch insbesondere auch abdichtend wirken, um beispielsweise Brennstoff vom Aktor fernzuhalten. Außerdem können dadurch besonders feste und gut reproduzierbare Fügeverbindungen hergestellt werden können.
Im Weiteren ist es vorteilhaft, die Membran an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel und an ihrem Außenumfang mit dem Gehäuse formschlüssig zu fügen. Die Membran kann dadurch besonders einfach und vorteilhaft montiert werden.
Vorteilhaft ist zudem, die Membran an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Laserschweißen, und an ihrem Außenumfang formschlüssig mit dem Gehäuse zu fügen. Die Membran kann dadurch mit der Ventilnadel besonders fest verbunden werden und gleichzeitig, beispielsweise zusammen mit der Ventilnadel, besonders einfach im Brennstoffeinspritzventil montiert werden.
In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils führt die Membran wenigstens teilweise die Ventilnadel axial und führt somit mittelbar das zweite Ende des Aktors.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische axiale Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und
Fig. 2
eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich der Membran.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in den Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Ein in Fig. 1 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigtes erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
In einem zylinderförmigen Gehäuse 2 ist eine Ausgleichseinrichtung 5, ein Aktor 4, eine Ventilnadel 3, ein Federelements 6 und eine Membran 8 angeordnet.
Der kolbenförmige Aktor 4, der vorzugsweise aus nicht näher dargestellten, scheibenförmigen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elementen aufgebaut ist, ist zwischen der Ventilnadel 3 und der Ausgleichseinrichtung 5 angeordnet. Die Ausgleichseinrichtung 5 dient zum Ausgleich von thermisch bedingten Längenänderungen des Aktors 4.
Der Aktor 4 weist ein erstes Ende 12 und ein zweites Ende 13 auf, die zueinander parallel verlaufen. Das erste Ende 12 des Aktors 4 liegt auf der ihm zugewandten, planen Seite der Ausgleichseinrichtung 5 auf, wobei die dabei gegenüberliegende, kugelsegmentförmige Seite der Ausgleichseinrichtung 5 in ein am abspritzfernen Ende des Gehäuses 2 angeordnetes Lager 7 eingreift. In dem durch eine sphärische Ausnehmungen gebildeten Lager 7 kann die kugelsegmentförmige Seite der Ausgleichseinrichtung 5 gleiten. Die Ventilnadel 3 liegt mit ihrem abspritzfernen, planen Ende auf dem zweiten Ende 13 auf und wird durch das unter ständiger Vorspannung stehende Federelement 6, welches einerseits an der Ausgleichseinrichtung 5 und andererseits an der Ventilnadel 3 befestigt ist, in ständiger Anlage gehalten. Das Federelement 6 ist spiralförmig ausgebildet und umgibt den Aktor 4 radial.
In diesem Ausführungsbeispiel durchgreift die Ventilnadel 3 die lochscheibenförmig ausgebildete und dazu koaxial angeordnete Membran 8. In diesem Ausführungsbeispiel ist die lochscheibenförmige Membran 8 im Querschnitt halbschalenförmig ausgebildet, d. h., daß der geschlossene Verlauf der Membran 8 durchgängig halbschalenförmig ausgebildet ist und sich so im Querschnitt der Membran 8 zwei halbschalenförmige Ausbildungen zeigen. Die Membran 8 besteht aus Stahl. Durch ihre Flexibilität und Elastizität führt die Membran 8 die Ventilnadel 3 axial, wobei der Aktor 4, welcher mit der Ventilnadel 3 in Kraftschluß und Formschluß steht, dadurch ebenfalls geführt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Membran 8 stoffschlüssig durch Laserschweißen mittels einer Schweißnaht 10 am Innenumfang der Ventilnadel 3 und am Außenumfang am Gehäuse 2 hermetisch dicht gefügt. Die Membran 8 dichtete so den Aktor 4 von Brennstoff ab, welcher abspritzseitig zufließt.
In einem nicht dargestellten abspritzseitigen Abschnitt ist an der Ventilnadel 3 ein nicht dargestellter Ventilschließkörper ausgebildet, der mit einer nicht dargestellten Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. In einem nicht dargestellten Ventilsitzkörper ist mindestens eine nicht dargestellte Abspritzöffnung ausgebildet. Der Brennstoff wird über eine seitlich im Gehäuse 2 ausgebildete nicht dargestellte Brennstoffzufuhr zugeleitet und zum Dichtsitz geführt.
Wird dem piezoelektrischen Aktor 4 über ein nicht dargestelltes, elektronisches Steuergerät und einen Steckkontakt eine elektrische Erregungsspannung zugeführt, dehnen sich die nicht näher dargestellten scheibenförmigen piezoelektrischen Elemente des Aktor 4 entgegen der Vorspannung des Federelements 6 und einer nicht dargestellten Vorspannfeder aus und bewegen die Ventilnadel 3 in Abspritzrichtung, wodurch Brennstoff in bekannter Weise abgespritzt wird.
Fig. 2 zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich der Membran 8, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel aus Fig. 1. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 weist die Membran 8 mehrere Öffnungen 11 auf und ist am Außenumfang durch Formschluß mit dem Gehäuse 2 verbunden. Der Außenumfang der Membran 8, welcher durch die Halbschalenform zu nicht dargestellten Abspritzöffnungen geneigt ist, stützt sich an einer Schulter 9 ab. Die Schulter 9 ist durch eine Innendurchmesserreduzierung im Gehäuse 2 realisiert. In Ruhelage drückt der Außenumfang der Membran 8 auf die Schulter 9. Der Formschluß des Außenumfangs der Membran 8 kann ebenso durch eine nicht dargestellte Ausnehmungen im Innenumfang des Gehäuses 2 formschlüssig in beide axialen Richtungssinne realisiert werden.
Die Öffnungen 11 dienen insbesondere zur Druckentlastung der Membran 8, so daß sich durch den abspritzseitig vorhandenen druckbehafteten Brennstoff die Membran 8 beispielsweise nicht aus dem Formschluß löst.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1
Brennstoffeinspritzventil
2
Gehäuse
3
Ventilnadel
4
Aktor
5
Ausgleichseinrichtung
6
Federelement
7
Lagerschale
8
Membran
9
Schulter
10
Schweißnaht
11
Öffnung
12
erstes Ende
13
zweites Ende

Claims (10)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostrikiven Aktor (4), und einer mit dem Aktor (4) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (3), welche einen Ventilschließkörper aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (4) mittel- oder unmittelbar mit einem ersten Ende (12) beweglich gelagert ist und das andere zweite Ende (13) auf die Ventilnadel (3) einwirkt,
    dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (13) des Aktors (4) mittel- oder unmittelbar durch eine elastische und flexible Membran (8) axial geführt ist.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) aus Metall, insbesondere aus Stahl, besteht.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) lochscheibenförmig ausgebildet ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (3) durch die Membran (8) greift.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) im Querschnitt halbschalenförmig ausgebildet ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) zumindest eine Öffnung (11) aufweist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel (3) und an ihrem Außenumfang mit einem Gehäuse (2) stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen bzw. Laserschweißen, hermetisch dicht gefügt ist.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel (3) und an ihrem Außenumfang mit einem Gehäuse (2) formschlüssig gefügt ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) an ihrem Innenumfang mit der Ventilnadel (3) hermetisch dicht und stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen oder Laserschweißen, und an ihrem Außenumfang formschlüssig mit einem Gehäuse (2) gefügt ist.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) die Ventilnadel (20) wenigstens teilweise axial führt und somit mittelbar das zweite Ende (13) des Aktors (4) axial führt.
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