EP1442210B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1442210B1
EP1442210B1 EP02767123A EP02767123A EP1442210B1 EP 1442210 B1 EP1442210 B1 EP 1442210B1 EP 02767123 A EP02767123 A EP 02767123A EP 02767123 A EP02767123 A EP 02767123A EP 1442210 B1 EP1442210 B1 EP 1442210B1
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EP
European Patent Office
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fuel
fuel injection
injection valve
actuator
actuator housing
Prior art date
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EP02767123A
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English (en)
French (fr)
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EP1442210A1 (de
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Hubert Stier
Elmar Okrent
Ulrich DÖBLER
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
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Publication date
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Classifications

    • 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 injection valve according to the preamble of the main claim, as in the closest prior art DE 19943142 A disclosed.
  • a fuel injection valve which has an axially movable valve needle in a nozzle body, which can be actuated by a piezoelectric actuator and is held by a compression spring in the closed position.
  • the fuel is supplied from an external source with freely adjustable pressure.
  • the valve needle has a central bore.
  • the piezoelectric actuator surrounds the valve needle concentrically and is sealed by sealing surfaces against the fuel pressure.
  • a disadvantage of the DE 195 34 445 C2 known fuel injection valve 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 complicated and expensive. The compensation of thermal changes in length of the actuator and subsequent malfunction of the fuel injection valve is difficult to achieve.
  • the fuel injection valve according to the invention with the features of the independent 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, are jointly lockable by a connection part, which has diameter steps, with the actuator housing and the nozzle body are connectable.
  • the piezoelectric actuator is acted upon by a closing spring which is arranged between an end plate of the actuator and a shoulder of the actuator housing.
  • FIG. 1 illustrated embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention is carried out in the form of a fuel injection valve 1 for fuel injection systems of mixture-compression, spark-ignited internal combustion engines.
  • the fuel injection valve 1 is suitable in particular for the direct injection of fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 comprises a piezoelectric actuator 2, which is encapsulated in an actuator housing 3.
  • the actuator housing 3 is completed on the inlet side by a connecting part 4, which is for example inexpensive to produce by turning.
  • the connector 4 has a fuel inlet 5 and an electrical connection, not shown, for actuating the piezoelectric actuator 2.
  • the piezoelectric actuator 2 is supported on the downstream side of an end plate 6, on whose other side 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 standing with the end plate 6 in non-positive connection valve needle 9 with a closing force which keeps the fuel injector 1 in the de-energized state of the piezoelectric actuator 2 closed.
  • 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 which forms a sealing seat with a formed on a nozzle body 12 valve seat surface 13.
  • the actuator housing 3 With the inlet side inserted therein connector part 4th arranged.
  • the nozzle body 12 is also attached to the connection part 4.
  • connection part 4 in this case has a first diameter step 19, on which the actuator housing 3 is plugged, and a second diameter step 20, on which the nozzle body 12 is plugged. Characterized in that the radial diameter of the first diameter stage 19 is smaller than that of the second diameter stage 20, an annular gap 14 is formed between the actuator housing 3 and the nozzle body 12 through which the supplied via the fuel supply 5 fuel is passed to the sealing seat. In the connection part 4, at least one fuel channel 15 is formed for the connection between the fuel supply 5 and the intermediate space 14.
  • connection part 4 The described encapsulation of the piezoelectric actuator 2 in the actuator housing 3 and the common termination of the actuator housing 3 and the nozzle body 12 through the connection part 4 is characterized in particular by its simple and inexpensive construction.
  • the seal can be done without additional elastomer seals.
  • the connection part 4 can be produced in a simple manner by turning and, in addition to the fuel supply 5, can also receive the electric line for exciting the piezoelectric actuator 2, so that bores in the housing can be dispensed with.
  • the waste heat produced during operation of the piezoelectric actuator 2 can also be dissipated by the fuel flowing past the actuator housing 3 and used, for example, for preheating the fuel.
  • the actuator housing 3 is pushed so far onto the connecting part 4 until the required spring force is reached. In this case, an adjustment gap 16 is established. Subsequently, the actuator housing 3 is connected, for example, by means of a weld 17 with the connection part 4. Also, the nozzle body 12 is also connected to the connection part 4, for example via a weld 18.
  • the piezoelectric actuator 2 If the piezoelectric actuator 2 is excited by an electrical voltage that can be fed 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 end plate 6 shifts with the valve needle 9, which is in operative connection, likewise in the outflow direction.
  • the standing with the valve needle 9 in non-positive connection valve closing body 11 lifts from the valve seat surface 13, whereby fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, not shown.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment and z. B. also suitable for fuel injection valves 1 with magnetostrictive actuators or for inwardly opening fuel injectors 1.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs, wie im nächstgelegenen Stand der Technik DE 19943142 A offenbart.
  • 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 Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des unabhängigen 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 Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • Vorteilhafterweise wird der piezoelektrische Aktor durch eine Schließfeder beaufschlagt, die zwischen einer Stirnplatte des Aktors und einer Schulter des Aktorgehäuses angeordnet 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 Brennstoffeinspritzventils.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 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 Brennstoffzulauf 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 Brennstoffeinspritzventil 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, welcher 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 ebenfalls 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 derjenige der zweiten Durchmesserstufe 20, ist zwischen dem Aktorgehäuse 3 und dem Düsenkörper 12 ein ringförmiger Zwischenraum 14 ausgebildet, durch welchen der über die Brennstoffzufuhr 5 zugeführte Brennstoff zum Dichtsitz geleitet wird. In dem Anschlußteil 4 ist zur Verbindung zwischen der Brennstoffzufuhr 5 und dem Zwischenraum 14 zumindest ein Brennstoffkanal 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 Anschlußteil 4 ist in einfacher Weise durch Drehen herstellbar und kann neben der Brennstoffzufuhr 5 auch die elektrische Leitung zur Erregung des piezoelektrischen Aktors 2 aufnehmen, so daß Bohrungen im Gehäuse entfallen können. Auch die beim Betrieb des piezoelektrischen Aktors 2 entstehende Abwärme kann durch den am Aktorgehäuse 3 vorbeiströmenden Brennstoff abgeführt werden und beispielsweise zur Vorheizung des Brennstoffs genutzt 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 (7)

  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),
    wobei das Aktorgehäuse (3) in den Düsenkörper (12) eingeschoben ist
    wobei 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,
    wobei das Aktorgehäuse (3) auf die erste Durchmesserstufe (19) und der Düsenkörper (12) auf die zweite Durchmesserstufe (20) aufgesteckt sind und
    wobei die zweite Durchmesserstufe (20) einen größeren Durchmesser aufweist als die erste Durchmesserstufe (19)
    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,
    und daß das Anschlußteil (4) eine Brennstoffzufuhr (5) und einen Brennstoffkanal (15) aufweist, wobei die Brennstoffzufuhr (5) über den Brennstoffkanal (15) mit dem Zwischenraum (14) verbunden ist.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich der Aktor (2) zulaufseitig an dem Anschlußteil (4) abstützt.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1. bis 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich der Aktor (2) abströmseitig an einer Stirnplatte (6) abstützt.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Stirnplatte (6) in kraftschlüssiger Verbindung mit der Ventilnadel (9) steht.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen der Stirnplatte (6) und einer Schulter (8) des Aktorgehäuses (3) eine Schließfeder (7) angeordnet ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Aktorgehäuse (3) mit dem Anschlußteil (4) über eine Schweißnaht (17) verbunden ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Düsenkörper (12) mit dem Anschlußteil (4) über eine Schweißnaht (18) verbunden ist.
EP02767123A 2001-10-31 2002-08-23 Brennstoffeinspritzventil Expired - Lifetime EP1442210B1 (de)

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