EP1442210A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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EP1442210A1
EP1442210A1 EP02767123A EP02767123A EP1442210A1 EP 1442210 A1 EP1442210 A1 EP 1442210A1 EP 02767123 A EP02767123 A EP 02767123A EP 02767123 A EP02767123 A EP 02767123A EP 1442210 A1 EP1442210 A1 EP 1442210A1
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EP
European Patent Office
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fuel injection
injection valve
valve according
actuator
fuel
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EP02767123A
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EP1442210B1 (de
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Hubert Stier
Elmar Okrent
Ulrich DÖBLER
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
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

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injector is known from DE 195 34 445 C2, which has an axially movable valve needle in a nozzle body, which can be actuated by a piezoelectric actuator and is held in the closed position by a compression spring.
  • the fuel is supplied from an external source with freely adjustable pressure.
  • the valve needle has a central bore.
  • the piezoelectric actuator concentrically surrounds the valve needle and is sealed against the fuel pressure by sealing surfaces.
  • a disadvantage of the fuel injector known from DE 195 34 -445 C2 is in particular that the encapsulation of the piezoelectric actuator, which must be sealed against the aggressive fuel and against the pressure of the fuel, is complex and cost-intensive. It is also difficult to compensate for thermal changes in length of the actuator and subsequent malfunctions of the fuel injector.
  • the main claim has the advantage that the piezoelectric or magnetostrictive actuator in an actuator housing and the nozzle body in which the actuator housing is arranged can be locked together by a connecting part which has diameter steps which can be connected to the actuator housing and the nozzle body.
  • the diameter steps have different radial diameters, as a result of which the actuator housing and the nozzle body are spaced apart, so that the fuel can be guided to the sealing seat without bores in the housing.
  • the piezoelectric actuator is advantageously acted upon by a closing spring which is arranged between an end plate of the actuator and a shoulder of the actuator housing.
  • Another advantage is that the connecting part can be produced in a simple and inexpensive manner by turning.
  • Fig. 1 shows a schematic section through a
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention shown in FIG. 1 is in the form of a fuel injection valve 1 for
  • Fuel injection systems made by mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines.
  • Fuel injection valve 1 is particularly suitable for the direct injection of fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the fuel fine injection valve 1 comprises a piezoelectric actuator 2, which is encapsulated in an actuator housing 3.
  • the actuator housing 3 is closed on the inlet side by a connecting part 4, which can be produced inexpensively, for example, by turning.
  • the connecting part 4 has a fuel inlet 5 and an electrical connection (not shown further) for actuating the piezoelectric actuator 2.
  • the piezoelectric actuator 2 is supported on the downstream side on an end plate 6, on the other side of which a closing spring 7 is arranged.
  • the closing spring 7 is supported between the end plate 6 and a shoulder 8 of the actuator housing 3 and acts on a valve needle 9 which is in a non-positive connection with the end plate 6 with a closing force which keeps the fuel fine injection valve 1 closed when the piezoelectric actuator 2 is deenergized.
  • valve needle 9 passes through the closing spring 7 and a recess 10 in the shoulder 8 of the actuator housing 3.
  • a valve closing body 11 is formed at an outflow end of the valve needle 9, which forms a sealing seat with a valve seat surface 13 formed on a nozzle body 12.
  • the actuator housing 3 In the nozzle body 12 is the actuator housing 3 with the connector 4 inserted therein on the inlet side arranged.
  • the nozzle body 12 is also plugged onto the connector 4 all s.
  • the connecting part 4 has a first diameter step 19, on which the actuator housing 3 is attached, and a second diameter step 20, on which the nozzle body 12 is attached. Characterized in that the radial diameter of the first diameter step 19 is smaller than that of the second diameter step 20, an annular space 14 is formed between the actuator housing 3 and the nozzle body 12, through which the fuel supplied via the fuel supply 5 is passed to the sealing seat , In the connector 4 is for connection between the
  • Fuel supply 5 and the intermediate space 14 at least one fuel channel 15 is formed.
  • the encapsulation of the piezoelectric actuator 2 described in the actuator housing 3 and the joint termination of the actuator housing 3 and the nozzle body 12 by the connecting part 4 is characterized in particular by their simple and inexpensive construction. Sealing can be done without additional elastomer seals.
  • the connecting part 4 can be produced in a simple manner by turning and, in addition to the fuel supply 5, can also accommodate the electrical line for 'excitation of the piezoelectric actuator 2, so that bores in the housing can be eliminated.
  • the waste heat generated during operation of the piezoelectric actuator 2 can also be dissipated by the fuel f flowing past the actuator housing 3 and can be used, for example, to preheat the fuel.
  • the actuator housing 3 is pushed onto the connecting part 4 until the required spring force is reached. An adjustment gap 16 is established.
  • the actuator housing 3 is then connected to the connecting part 4, for example by means of a weld seam 17.
  • the nozzle body 12 is also connected to the connecting part 4, for example via a weld seam 18.
  • the piezoelectric actuator 2 If the piezoelectric actuator 2 is excited by an electrical voltage that can be supplied from the outside, it expands against the spring force of the closing spring 7 in an outflow direction of the fuel. As a result, the face plate 6 stationary valve needle 9 also shifts with the • operatively connected in the outflow.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment and z. B. also suitable for fuel injectors 1 with magnetostrictive actuators or for inward opening fuel injectors 1.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist einen piezoelektrischen Aktor (2), der in einem Aktorgehäuse (3) gekapselt ist, eine mit dem Aktor in Wirkverbindung stehende Ventilnadel (9), an der ein Ventilschliesskörper (11) ausgebildet ist, der mit einer Ventilsitzfläche (13) einen Dichtsitz bildet, und einen Düsenkörper (12) auf, in welchen das Aktorgehäuse (3) einschiebbar ist. Das Aktorgehäuse (3) und der Dusenkörper (12) sind durch ein gemeinsames Anschlussteil (4) abgeschlossen, wobei das Anschlussteil (4) eine erste und eine zweite Durchmesserstufe (19; 20) aufweist.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Beispielsweise ist aus der DE 195 34 445 C2 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches in einem Düsenkörper eine axial bewegliche Ventilnadel aufweist, welche durch einen piezoelektrischen Aktor betätigbar ist und durch eine Druckfeder in Schließstellung gehalten wird. Die Brennstoffzufuhr erfolgt von einer externen Quelle mit frei einstellbarem Druck. Die Ventilnadel weist eine Zentralbohrung auf. Der piezoelektrische Aktor umgibt die Ventilnadel konzentrisch und ist durch Dichtflächen gegen den Brennstoffdruck abgedichtet.
Nachteilig bei dem aus der DE 195 34 -445 C2 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß die Kapselung des piezoelektrischen Aktors, welcher gegen den aggressiven Brennstoff und gegen den Druck des Brennstoffs abgedichtet sein muß, aufwendig und kostenintensiv ist. Auch der Ausgleich thermischer Längenänderungen des Aktors und nachfolgende Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils ist nur schwer realisierbar. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstof feinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des . Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der piezoelektrische oder magnetostriktive Aktor in einem Aktorgehäuse und der Düsenkörper, in welchem das Aktorgehäuse angeordnet ist, gemeinsam durch ein Anschlußteil abschließbar sind, welches Durchmesserstufen aufweist, die mit dem Aktorgehäuse und dem Düsenkörper verbindbar sind.
Durch die in den Unter nsprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstof feinspritzventils möglich.
Weiterhin ist von Vorteil, daß die Durchmesserstufen unterschiedliche radiale Durchmesser aufweisen, wodurch das Aktorgehäuse und der Düsenkörper beabstandet werden, so daß der Brennstoff ohne Bohrungen im Gehäuse zum Dichtsitz geführt werden kann.
Vorteilhafterweise wird der piezoelektrische Aktor durch eine Schließfeder beaufschlägt, die zwischen einer Stirnplatte des Aktors und einer Schulter des Aktorgehäuses angeordnet ist .
Von Vorteil ist außerdem, daß das Anschlußteil in einfacher und kostengünstiger Weise durch Drehen herstellbar ist .
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein
Ausführungsbeispiel eines .erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstof feinspritzventils . Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausf ührungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstof feinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstof feinspritzventils 1 für
Brennstof feinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt . Das
Brennstof feinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstof feinspritzventil 1 umfaßt einen piezoelektrischen Aktor 2, welcher in einem Aktorgehäuse 3 gekapselt ist. Das Aktorgehäuse 3 ist zulaufseitig durch ein Anschlußteil 4 abgeschlossen, welches beispielsweise kostengünstig durch Drehen herstellbar ist. Das Anschlußteil 4 weist einen Brennstof fzulauf 5 sowie einen nicht weiter dargestellten elektrischen Anschluß zur Betätigung des piezoelektrischen Aktors 2 auf.
Der piezoelektrische Aktor 2 stützt sich abströmseitig an einer Stirnplatte 6 ab, an deren anderer Seite eine Schließfeder 7 angeordnet ist. Die Schließfeder 7 stützt sich zwischen der Stirnplatte 6 und einer Schulter 8 des Aktorgehäuses 3 ab und beaufschlagt eine mit der Stirnplatte 6 in kraftschlüssiger Verbindung stehende Ventilnadel 9 mit einer Schließkraft, welche das Brennstof feinspritzventil 1 im unbestromten Zustand des piezoelektrischen Aktors 2 geschlossen hält.
Die Ventilnadel 9 durchgreift die Schließfeder 7 sowie eine Ausnehmung 10 in der Schulter 8 des Aktorgehäuses 3. An einem abströmseitigen Ende der Ventilnadel 9 ist ein Ventilschließkörper 11 ausgebildet, weicher mit einer an einem Düsenkörper 12 ausgebildeten Ventilsitzfläche 13 einen Dichtsitz bildet. In dem Düsenkörper 12 ist das Aktorgehäuse 3 mit dem darin zulaufseitig eingesteckten Anschlußteil 4 angeordnet . Der Düsenkörper 12 wird auf das Anschlußteil 4 ebenf all s aufgesteckt .
Das Anschlußteil 4 weist dabei eine erste Durchmesserstufe 19 auf , auf welche das Aktorgehäuse 3 aufgesteckt wird , und eine zweite Durchmesserstufe 20 , auf welche der Düsenkörper 12 aufgesteckt wird . Dadurch , daß der radiale Durchmesser der ersten Durchmesserstufe 19 kleiner ist als derj enige der zweiten Durchmesserstufe 20 , ist zwischen dem Aktorgehäuse 3 und dem Düsenkörper 12 ein ringförmiger Zwischenraum 14 ausgebildet , durch welchen der über die Brennstof f zufuhr 5 zugeführte Brennstoff zum Dichtsitz geleitet wird . In dem Anschlußteil 4 ist zur Verbindung zwischen der
Brennstof f zufuhr 5 und dem Zwischenraum 14 zumindest ein Brennstof fkanal 15 ausgebildet .
Die beschriebene Kapselung des piezoelektrischen Aktors 2 in dem Aktorgehäuse 3 und der gemeinsame Abschluß des Aktorgehäuses 3 und des Düsenkörpers 12 durch das Anschlußteil 4 ist insbesondere durch ihre einfache und kostengünstige Konstruktion gekennzeichnet . Die Abdichtung kann ohne zusätzliche Elastomerdichtungen erfolgen . Das Anschlύßteil 4 ist in einfacher Weise durch Drehen herstellbar und kann neben der Brennstof f zufuhr 5 auch die el ektrische Leitung zur ' Erregung des piezoel ektrischen Aktors 2 aufnehmen, so daß Bohrungen im Gehäuse entf allen können . Auch die beim Betrieb des piezoelektrischen Aktors 2 ent stehende Abwärme kann durch den am Aktorgehäuse 3 vorbei strömenden Brennstof f abgeführt werden und beispiel sweise zur Vorheizung des Brennstoff s genut zt werden .
Zur Einstellung der Federkraft der Schließfeder 7 wird das Aktorgehäuse 3 so weit auf das Anschlußteil 4 aufgeschoben , bis die erforderliche Federkraft erreicht ist . Dabei stellt sich ein Einstellspalt 16 ein . Anschließend wird das Aktorgehäuse 3 beispielsweise mittels einer Schweißnaht 17 mit dem Anschlußteil 4 .verbunden . Auch der Düsenkörper 12 ist mit dem Anschlußteil 4 beispielsweise ebenfalls über eine Schweißnaht 18 verbunden.
Wird der piezoelektrische Aktor 2 durch eine von außen zuführbare elektrische Spannung erregt, dehnt er sich entgegen der Federkraft der Schließfeder 7 .in einer Abströmrichtung des Brennstoffs aus. Dadurch verschiebt sich die Stirnplatte 6 mit der • in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel 9 ebenfalls in Abströmrichtung. Der mit der Ventilnadel 9 in kraftschlüssiger Verbindung stehende Ventilschließkörper 11 hebt von der Ventilsitzfläche 13 ab, wodurch Brennstoff in den nicht -weiter dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine abgespritzt wird.
Wird die den piezoelektrischen Aktor 2 erregende Spannung abgeschaltet, zieht dieser sich zusammen. Die Stirnplatte 6 wird entlastet und durch die Kraft der Schließfeder 7 entgegen der Abströmrichtung des Brennstoffs gedrückt . Die mit der Stirnplatte 6 in kraftschlüssiger Verbindung stehende Ventilnadel 9 bewegt sich ebenfalls entgegen der Abströmrichtung, so daß der Ventilschließkörper 11 auf der Ventilsitzfläche 13 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z. B. auch für Brennstoffeinspritzventile 1 mit magnetostriktiven Aktoren oder für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile 1 geeignet .

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor
(2), der in einem Aktorgehäuse (3) gekapselt ist, einer mit dem Aktor in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (9) , an der ein Ventilschließkörper (11) ausgebildet ist, der mit einer Ventilsitzfläche (13) einen Dichtsitz bildet, und einem Düsenkörper (12), dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (3) in den Düsenkörper (12) eingeschoben ist und daß das Aktorgehäuse (3) und der Düsenkörper (12) durch ein gemeinsames Anschlußteil (4) abgeschlossen sind, wobei das Anschlußteil (4) eine erste Durchmesserstufe (19) , die mit dem Aktorgehäuse (3) verbunden ist, und eine zweite Durchmesserstufe (20), die mit dem Düsenkörper (20) verbunden ist, aufweist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (3) auf die erste Durchmesserstufe (19) aufgesteckt ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper" (12) auf die zweite Durchmesserstufe (20) aufgesteckt ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Durchmesserstufe (20) einen größeren Durchmesser aufweist als die erste Durchmesserstufe (19) .
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Düsenkörper (12) und dem Aktorgehäuse (3) ein ringförmiger Zwischenraum (14) ausgebildet ist, der der Zuleitung des Brennstoffs zu dem Dichtsitz dient.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil (4) eine Brennstoffzufuhr (5) aufweist, die über einen Brennstoffkanal (15) mit dem Zwischenraum
(14) verbunden ist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Aktor (2) zulaufseitig an dem Anschlußteil (4) abstützt .
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Aktor (2) abströmseitig an einer Stirnplatte (6) abstützt .
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatte (6) in kraftschlüssiger Verbindung mit der Ventilnadel (9) steht.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet; o daß zwischen der Stirnplatte (6) und einer Schulter (8) des Aktorgehäuses (3) eine Schließfeder (7) angeordnet ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (3) mit dem Anschlußteil (4) über eine
Schweißnaht (17) verbunden ist.
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (12) mit dem Anschlußteil (4) über eine
Schweißnaht (18) verbunden ist.
13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, das Anschlußteil (4) durch Drehen hergestellt ist.
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