EP1436499A1

EP1436499A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: EP1436499A1
Application number: EP02767139A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2002-09-07
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2022-09-07
Also published as: WO2003033905A1; US7032833B2; JP2005505719A; DE10149915A1; DE50212877D1; EP1436499B1; JP4191603B2; US20040061003A1

Abstract

Bei einem Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere einem Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, ist ein piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor (2) von einer Kompensationshülse (6) umgeben. Die Kompensationshülse (6) besteht aus einem Werkstoff mit nahezu keiner oder negativer Temperaturdehnung, so dass die Temperaturdehnung der Kompensationshülse (6) sowie eines oberen Ventilkörperabschnitts (3) und/oder unteren Ventilkörperabschnitts (13) der Temperaturdehnung des Aktors (2) und wirkender Übertragungselemente (7, 9) zum Ventildichtsitz im wesentlichen entspricht. Die Kompensationshülse (6) wird radial aussen von einer Federhülse (17) unfasst, die den unteren Ventilkörperabschnitt (13) mit dem oberen Ventilkörperabschnitt (3) verbindet und die Kompensationshülse (6) auf Druck vorspannt.

Description

Brennstoffeinspritz entil

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs ..

Aus der DE 195 38 791 AI ist ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, das eine in einem Ventilkörper geführte piezoelektrische Einrichtung aufweist, deren mit einem nadelähnlichen Ventilschließkörper zusammenwirkender Piezoaktor in einem dem Schließkörper abgewandten Endstück fest eingespannt ist und bei Aktivierung den Ventilschließkörper von einem Ventilsitz abhebt. Das Endstück ist mit dem den Piezoaktor eng umgebenden Ventilkörper fest verbunden. Der Ventilkörper besteht aus einem die temperaturbedingten Längenänderungen des Piezoaktors zumindest annähernd ausgleichenden Werkstoff.

In einer Ausführungsform ist aus der DE 19538 791 AI ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, desse '. ^:V^'entil)örper als zweiteilige Hülse ausgebildet ist, die koaxial zueinander liegende Hülsenteile aufweisen. Diese Hülsenteile sind in einer gedachten Längsrichtung des Brennstoffeinspritzventils aufeinander abfolgend angeordnet und bestehen aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Warmedehnungskoeffi- zienten. Diese Werkstoffe sind beispielsweise Stahl und Invar. Die Summe der temperaturbedingten Dehnungen dieser beiden Hulsenteile entspncnt der temperaturbedingten Dehnung des Piezoaktors und von Verbindungselementen zu dem Ventilschließkörper.

Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß auch die Hülse, die eine sehr geringe oder keine Temperatur- ausdehnung aufweist und aus einem teuren Werkstoff besteht, alle Funktionen eines Ventilkorpers erfüllen muß. Die Hülse wird somit nicht nur auf Druck, sondern auch auf Zug belastet und muß dementsprechend gefertigt sein und Befestigungsmittel vorsehen. Dies bedeutet, daß Gewinde oder ähnliches vorzusehen sind und ein erhöhter Materialverbrauch notig ist, da diese Befestigungsmittel Bauvolumen kosten. Weiterhin ist nachteilig, daß eine Umkonstruktion der Hülse notig ist, wenn nur geringe Änderungen an der Baulange oder den Materialeigenschaften des Aktors vorgenommen werden, da allem die wirksame Lange der Hülle das Maß der Temperatur- Gesamtdehnung festlegt.

Aus der EP 0 869 278 AI ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem steuerbaren Aktor bekannt, der m ein Aktorgehause eingebracht ist, das fest mit einem Ventilkorper verbunden ist. Der Aktor steht m Wirkverbindung mit einer Ventilnadel, wobei an der Ventilnadel ein Ventllschließ- korper ausgeformt ist, der mit einer Ventilsitzflache zu einem Ventildichtsitz zusammenwirkt. Das Material des Aktorgehauses weist einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der nahezu gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des piezoelektrischen Aktors ist. Das Aktor- gehause ist m eine Ausnehmung des Ventilkorpers eingesetzt und über einen Flansch, der ungefähr in der Mitte der Langs- erstreckung des Aktorgehauses angeordnet ist, mit dem Ventilkorper verschraubt. Die temperaturbedingte Dehnung des Aktors und der Ubertragungselemente bis zu dem Ventil- schließkorper entspricht der temperaturbedingten Dehnung des Ventilkorpers und des Abschnitts-Aktorgehauses von dem Flansch bis zu einem Abschlußele ent, auf das sich der Aktor abstutzt . Nachteilig an dem dargelegten Stand der Technik ist, daß keine Moglicnkeit geöoten wird, wie die Ausformung der Befestigung des Aktorgehauses an dem Ventilkorper m dem Material mit geringer Temperaturdehnung vermieden werden kann. Die Herstellung beispielsweise eines Flansches erfordert bei der Fertigung einen Rohling, der mindestens den Durchmesser des Flansches aufweist und bedingt somit erhebliche Verluste an Material. Dies fuhrt aufgrund des Spezialwerkstoffes zu großen Kosten.

Weiterhin ist nachteilig, daß auch hier keine Möglichkeit vorgesehen ist, eine Feinregulierung vorzunehmen und eine Änderung der Dimensionen oder Eigenschaften des Aktors eine Neukonstruktion und Änderung des Bauteils des Aktorgehauses erfordert.

Vorteile der Erfindung

Das erfmdungsgemaße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Temperaturdehnung durch die Vorspannung der Federhulse genauer eingestellt werden kann. Durch die Vorspannung kann die Temperaturdehnung m geringem Umfang beeinflußt werden und an die Temperaturdehnung des Aktors genauer angepaßt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, daß der Kompensationsabschnitt nicht auf Zug belastet wird und daher einfacher aufgebaut werden kann. Der Materialbedarf an Werkstoffen, die keine oder eine negative Wärmedehnung aufweisen, wird dadurch verringert. Dies spart erhebliche Kosten ein, da diese Werkstoffe sehr teuer sind. Der Kompensationsabschnitt wird allein durch die Emspannung zwischen oberem Ventilkorperabschmtt und unterem Ventilkorperabschmtt gehalten und benotigt kein Bauvolumen und keine Bearbeitung für Verbindungen, wie beispielsweise Gewindebohrungen.

Durch die m αen Unteranspruchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglic .

Die Federhulse kann als eine Rohrfeder ausgebildet sein. Vorteilhaft Kann so eine Federhulse m t einer Federkonstanten m Richtung der Langsachse der Federhulse bewirkt werden. Die Rohrfeder ist dabei durch m radialen Ebenen angeordnete Schlitze m der Hülse gekennzeichnet, wobei die Stege zwischen den Schlitzen auf einen Schlitz m der nächsten radialen Ebene treffen.

Vorteilhaft ist die Rohrfeder mit dem unteren Ventilkorperabschmtt verschraubt und umgreift den oberen Ventilkorperabschmtt an einem Bund. Durch das Gewinde kann die Vorspannung sehr genau und einfach eingestellt werden, insbesondere, wenn ein Femgewmde verwendet wird.

Die Rohrfeder kann aus Invar besteht. Eine Erniedrigung der Vorspannung bei einer Temperaturerhöhung wird vermieden, wenn die Rohrfeder aus Invar, d. h. einer Nickel/Eisen Legierung, besteht.

In gunstiger Ausfuhrung besteht der Kompensationsabschnitt aus Invar. Invar besitzt einen sehr geringen, nahe Null gehenden Temperaturdehnungskoefflzienten. Die Bestimmung der Gesamttemperaturdehnung ist somit einfach, da der Kompensationsabschnitt keine Temperaturdehnung aufweist. Die Bestimmung der Temperaturdehnung erfolgt allein durch die wirksame Baulange des oberen Ventilkorperabsch itts und des unteren Ventilkorperabschnitts.

Der Kompensationsabschnitt kann die Form eines Zylinders mit plangeschliffenen Abschlußflachen aufweist. Dadurch kann der Kompensationsabschnitt kostengünstig aus einem Halbzeug gefertigt werden. Die Abdichtung kann durch plange schliffene Flachen erfolgen, die keine weiteren Ausformungen für Dichtungsmittel, wie beispielsweise für einen O-Rmg erfordern . Zeichnung

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist der Zeichnung vereinfacht dargestellt und m der nachfolgen_den Beschreibung naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfmdungsgemaßen Brennstoffeinspritzventils und

Fig. 2 einen schematischen Teilschnitt durch die Rohrfeder des Brennstoffeinspritzventil m der Fig. 1.

Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfmdungsgemaßen Brennstoff- emspritzventils 1. Ein Aktor 2 stutzt sich gegen einen oberen Ventilkorperabschmtt 3 ab und wird über eine Anschlußbohrung 4 m dem oberen Ventilkorperabschmtt 3 über hier nicht dargestellte Anschlußleitungen angesteuert. Der Aktor 2 ist m einem Aktorraum 5 angeordnet, der radial nach außen von einer Kompensationshulse 6 begrenzt wird. Der Aktor 2 übertragt eine Hubbewegung über einen Aktorstoßel 7 auf eine Ventilnadel 9. An dem Aktorstoßel 7 ist über eine Schweißnaht 10 ein Wellrohr 8 Defestigt und dichtet den Aktorraum 5 gegenüber einem Brennstoffräum 11 ab. Die Ventilnadel 9 ist mit einem hier nicht dargestellten Ventilschließkörper verbunden, der mit einer Ventilsitz- flache zu einem Ventildichtsitz zusammenwirkt. Eine Fuhrungsbohrung 12 m einem unteren Ventilkorperabschmtt 13 fuhrt die Ventilnadel 9.

Die Ventilnadel 9 weist an ihrem dem Aktorstoßel 7 zugewandten Ende einen Bund 14 auf, an dem eine Ventilfeder 15 anliegt und sich gegen der unteren Ventilkorperabschmtt 13 abstutzt. Die Ventilfeder 15 druckt die Ventilnadel 9 bei dem hier dargestellten Brennstoffemspritzvent.il 1 mit nach außen öffnender Ventilnadel 9 Richtung des Aktors 2. Über eine Zulaufbohrung 16a im oberen Ventilkorperabschmtt 3, eine Zulaufbohrung 16b m der Kompensationshulse, eine Zulaufbohrung 16c und eine weitere Zulaufbohrung 16d, beide im unteren Ventilkorperabscnnitt 13 wird der Brennstoff dem hier nicht dargestellten Ventildichtsitz zugeführt .

Die Kompensationshulse 6 ist radial außen von einer Federhulse 17 umgeben. Die Federhulse 17 ist ber ein Gewinde 18 mit dem unteren Ventilkorperabschmtt 13 verbunden. Der obere Ventilkorperabschmtt 3 weist einen Bund 19 auf, um den eine Umbiegung 20 der Federhulse 17 greift. Die Kompensationshulse 6 weist an ihrer Grenzflache zu dem oberen Ventilkorperabschmtt eine plangeschliffene Flache 21 auf. Ebenso weist die Kompensationshulse 6 eine weitere plangeschliffene Flache 22 auf, die über eine radiale Einspanntlache 25 des Wellrohrs 8 an dem unteren Ventilkorperabschmtt 13 anliegt. Die Federhulse 17 ist soweit auf das Gewinde 18 aufgeschraubt, daß sie sich dehnt und eine Vorspannkraft auf die Kompensationshulse 6 ausübt.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Teilschnitt durch die Federhulse 17 des Brennstoffeinspritzventils 1 m der Fig. 1. Die Federhulse 17 ist als Rohrfeder 26 ausgebildet, wobei Schlitze 24 radialen Ebenen angeordnet sind. Verbleibende Materialstege 25 zwischen den Schlitzen 24 treffen der nächsten radialen Ebene auf einen Schlitz 24. An dem oberen Ende der Rohrfeder 17 befindet sich die Umbiegung 20, die dazu dient, den Bund 19 des oberen Ventilkorperabschnitts zu umgrei en.

Wenn der Aktor 2 durch eine elektrische Spannung angesteuert wird, übertragt er einen Hub auf den Aktorstoßel 7, der wiederum die Bewegung auf die Ventilnadel 9 übertragt. Dabei folgt das Wellrohr 8 dieser Hubbewegung elastisch sich verformend und dichtet den Aktorraum 5 ab. Der nicht darge^¬ stellte Ventildichtsitz wird geöffnet und Brennstoff wird m einen Brennraum eingespritzt. Nach dem Abfallen der Spannung druckt die Ventilfeder 15 die Ventilnadel 9 ihre Ausgangslage zurück und druckt zugleich ber den Aktorstoßel 7 den Aktor 2 auf seine ursprungliche Lange zusammen.

Bei der mit fortschreitender Betriebsdauer des Brennstoff- einspritzventils 1 erfolgenden Temperaturerhöhung dehnen sich die Ventilnadel 9, der Aktorstoßel 7 unα der Aktor 2 aus, bzw. verandern ihre Lange. Daraus folgt, daß die für einen Hub der Ventilnadel 9 entscheidende Lange der Bauteile Aktor 2, Aktorstoßel 7 und Ventilnadel 9 bis zum Ventil- dichtsitz sicn verändert. Gleichzeitig verändert sich auch die Lange des unteren Ventilkorperabschnitts 13 von dem Ventildichtsitz über die Kompensationshulse 6. Wenn nun die Lange der Kompensationshulse 6 so ausgelegt wird, daß die Temperaturdehnung der beiden beschriebenen Bauteilabfolgen im wesentlichen gleich ist, wird die Temperaturdehnung kompensiert. Dabei kann die Temperaturdehnung der Kompensationshulse 6 zumindest geringem Maße zusätzlich durch die Vorspannung der Federhulse 17 beeinflußt werden.

Das beschriebene erf dungsgemaße Brennstoffeinspritzventil 1 benotigt für die Herstellung der Kompensationshulse 6 nur geringe Mengen an speziellen Werkstoffen, wie z.B. der Legierung Invar, da diese Kompensationshulse 6 nur auf Druck belastet ist und als einfache Zylmderhulse mit zwei planen Flachen ausgeführt wird. Durch die planen Flachen 21, 22 kann m einfacher Art und Weise eine Abdichtung erfolgen. Die Herstellung der Kompensationshulse 6 kann insbesondere aus einem Endloshalbzeug, insbesondere einem geeigneten Rohr erfolgen und es kommt kaum zu Mateπalverlusten im Rahmen der Fertigung.

Claims

Ansprüche

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2), der eine Ventilnadel (9) und einen mit der Ventilnadel (9) verbundenen Ventilschließkörper betätigt, wobei der Ventilschließkörper mit einer Ventilsitzflache zu einem Ventildichtsitz zusammenwirkt und wobei der Aktor (2) von einer Kompensationshulse (6) umgeben ist und die Kompensationshulse (6) aus einem Werkstoff mit nahezu keiner oder negativer Temperaturdehnung besteht, so daß die Temperaturdehnung der Kompensationshulse (6) sowie eines oberen Ventilkorperabschnitts (3) und/oder unteren Ventilkorperabschnitts (13) der Temperaturdehnung des Aktors (2) und wirkender Ubertragungselemente (7,9) zum Ventildichtsitz im wesentlichen entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationshulse (6) radial außen von einer Federhulse (17) umfaßt wird, die den unteren Ventilkorperabschmtt (13) mit dem oberen Ventilkorperabsch tt (3) verbindet und die Kompensationshulse (6) auf Druck vorspannt.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federhulse (17) eine Rohrfeder (26) ist

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrfeder (26) mit dem unteren Ventilkorperabschmtt (13) über ein Gewinde (18) verbunden ist und den oberen Ventilkorperabschmtt (3) an einem Bund (19) umgreift.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrfeder (26) aus Invar besteht.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationshulse (6) aus Invar besteht.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Anspr che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationshulse (6) die Form eines Zylinders mit plangeschliffenen Abschlußflachen (21,22) aufweist.