EP1454056A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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EP1454056A1
EP1454056A1 EP02805246A EP02805246A EP1454056A1 EP 1454056 A1 EP1454056 A1 EP 1454056A1 EP 02805246 A EP02805246 A EP 02805246A EP 02805246 A EP02805246 A EP 02805246A EP 1454056 A1 EP1454056 A1 EP 1454056A1
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EP
European Patent Office
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fuel injection
valve
injection valve
fuel
valve needle
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EP02805246A
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EP1454056B1 (de
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Fevzi Yildirim
Guenther Hohl
Michael Huebel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
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
    • F02M61/04—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
    • F02M61/08—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 the valves opening in direction of fuel flow
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations

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 nozzle needle in a nozzle body, which is actuated by a piezoelectric actuator and is held by a compression spring in • closed position.
  • the fuel is supplied from an external source with freely adjustable pressure.
  • the nozzle needle has a 'central bore, wherein the actuator surrounds the Düsennade ⁇ concentrically and is sealed against the fuel pressure by means of sealing surfaces.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the structural design of the valve needle allows relief of the actuator by pressure compensation of the valve needle.
  • the valve needle experiences in the closed state of the
  • Fuel injection valve in the axial direction no pressure force component. This relieves the actuator.
  • the zero force of the valve needle can be brought about in that the valve needle is connected to a flexible seal and the connection point with the flexible seal is at the same radial distance from the central axis of the fuel injector as the sealing seat.
  • a throttle gap is formed between the valve needle and a valve needle guide, which intercepts the dynamic portion of the pressure. As a result, pressure vibrations no longer reach the corrugated pipe seal.
  • a throttle point formed between an annular valve needle guide and the housing of the fuel injection valve ensures that pressure vibrations cannot be transmitted to the valve needle by the fuel flowing through the fuel injection valve.
  • the actuator is also free of mechanical pressure loads from the fuel.
  • Actively connected actuators are axially guided and thereby offsets of the valve needle and
  • Fig. 1 shows a schematic section through an embodiment of a fuel injector designed according to the invention.
  • a first 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 are particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • the fuel injector 1 comprises a housing 2, in which an actuator 3 is arranged.
  • the actuator 3 consists, for example, of several layers 4, which consist of a piezoelectrically excitable material and are glued together, for example.
  • the actuator 3 is supported on the inlet side on a housing component 5 and on the downstream side on an actuator head 6.
  • valve needle 10 On the downstream side of the actuator head 6 is a valve needle. 10 arranged. Between the actuator head 6 and the valve needle 10 an air gap 11 is formed. The valve needle 10 passes through the intermediate component 9, the valve needle 10 with the intermediate component 9 being sealed via a flexible seal 12, preferably a flexible corrugated tube seal 12, against the fuel flowing through the fuel injection valve 1.
  • the corrugated tube seal 12 is with the
  • the valve needle 10 passes through the intermediate component 9, which is provided, for example, with a U-shaped cross section, such that an outflow-side leg 14 of the intermediate component 9 serves as a valve needle guide.
  • the valve needle 10 can have a recess 15, for example, for reasons of better switching dynamics.
  • An actuating body 16 is arranged on the outflow side of the valve needle 10 and has a valve closing body 17 on its outflow end.
  • the valve closing body 17 interacts with a valve seat surface 28 to form a sealing seat 25.
  • the valve seat surface 28 can in particular be formed on a ring-shaped valve seat body 18, which is either made in one piece with the housing 2 or is connected to it in a suitable manner.
  • a return spring 20 is arranged * which keeps the fuel injector 1 closed in the non-polluted state of the actuator 3.
  • the fuel injector 1 further comprises a valve needle guide 21, which may be carried out, for example, annular, and whose radial extension is chosen such that a restrictor 22 is formed between the annular valve needle guide 21 and the housing '. 2
  • the fuel flowing through the fuel injection valve 1 is supplied via a fuel supply (not shown) and via a fuel line 23, which runs for example in the housing 2, is guided past the actuator 3.
  • a fuel supply not shown
  • a fuel line 23 which runs for example in the housing 2
  • an interior space 24 of the fuel injection valve 1 ′ is completely filled with fuel.
  • This fuel is under fuel pressure, the so-called system pressure.
  • the fact that the fuel can only throttle the throttling point 22 and thus pass under a considerably lower pressure means that, on the one hand, pressure vibrations cannot reach the corrugated tube 12 and thus the actuator 3 remains unaffected by pressure vibrations, and on the other hand that the mechanical load on the Valve needle 10 and the actuating body 16 remains small due to the fuel pressure and therefore no resonance vibrations can be built up by pressure vibrations.
  • the piezoelectric layers 4 expand, so that the actuator foot 6 ' moves in the direction of the valve needle 10 in an outflow direction of the fuel.
  • the air gap 11 between the actuator base 6 and the valve needle 10 is thereby .gov ⁇ ⁇ .
  • the actuator 3 presses the valve needle 10 and thus also the actuating body 16 in the outflow direction of the fuel, so that the valve closing body 17 formed on the actuating body 16 lifts off the valve seat surface 28 which is formed on the valve seat body 18.
  • the fuel injection valve 1 is opened and fuel is sprayed into the combustion chamber of the internal combustion engine, which is not shown in detail.
  • connection point 26 at which the valve needle 10 is connected to the flexible seal 12, which is preferably designed as a corrugated tube seal 12, has the same radial distance ' from " the "" central axis "" 27 ⁇ of the fuel injector 1 as the sealing seat 25, then the valve needle 10 is not applied in the closed state by the fuel pressure and • is a result of the valve needle 10 no forces are transmitted to the actuator 3 thus even with a closed air gap 11, pressure balanced.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown and can also be used, for example, for fuel injectors 1 or magnetostrictive actuators 3 that open inwards.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Brennstoffeinspritz entil
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 eine in einem Düsenkörper axial bewegliche Düsennadel, welche durch ein piezoelektrisches Stellglied betätigbar ist und durch eine Druckfeder in • Schließstellung gehalten wird. Die Brennstoffzufuhr erfolgt dabei von einer externen Quelle mit frei einstellbarem Druck. Die Düsennadel weist eine' Zentralbohrung auf, wobei das Stellglied die Düsennadeϊ konzentrisch umgibt und mittels Dichtflächen gegen den Brennstoffdruck abgedichtet ist .
Nachteilig an dem aus. der DE 195 34 445 C2 bekannten Einspritzventil ist insbesondere, daß der Hub des Aktors durch den Einfluß des Brennstoffdruckes trotz der Dichtflächen so stark variieren kann, daß ein zur Kompensation der thermischen Längenänderungen vorgesehener Luftspalt zwischen dem Aktor und der Ventilnadel so groß wird, daß das Ventil nicht geöffnet werden kann. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoff einspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil , daß die konstruktive Gestaltung der Ventilnadel eine Entlastung des Aktors durch Druckausgleich der Ventilnadel erlaubt . Die Ventilnadel erfährt im geschlossenen Zustand des
Brennstoff einspritzventils in axialer Richtung keine Druckkraftkomponente . Dadurch wird der Aktor entlastet .
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoff einspritzventils möglich .
Die Kräftefreiheit der Ventilnadel kann dadurch herbeigeführt werden, daß die Ventilnadel mit einer flexiblen Dichtung in Verbindung steht und die Verbindungsstelle mit der flexiblen Dichtung den gleichen radialen Abstand von der Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils aufweist wie der Dichtsitz.
Insbesondere ist von Vorteil, daß zwischen der Ventilnadel und einer Ventilnadelführung ein Drosselspalt ausgebildet ist, welcher den dynamischen Anteil des Druckes abfängt. Dadurch erreichen Druckschwingungen die Wellrohrdichtung nicht mehr.
Vorteilhafterweise sorgt eine zwischen einer ringförmigen Ventilnadelführung und dem Gehäuse des Brennstoffeinspritzventils ausgebildete Drosselstelle dafür, daß Druckschwingungen durch den das Brennstoffeinspritzventil durchströmenden Brennstoff nicht auf die Ventilnadel übertragen werden können. Dadurch ist auch der Aktor frei von mechanischen Druckbelastungen durch den Brennstoff .
Weiterhin ist von Vorteil, daß der Innendurchmesser der Ventilnadelführung dem Innendurchmesser des Dichtsitzes entspricht, so daß die Ventilnadel und der mit ihr in
Wirkverbindung stehende Betätigungskörper axial geführt sind und dadurch Versätze der Ventilnadel und des
Betätigungskörpers vermieden werden.
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 erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist in Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraf maschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt ein Gehäuse 2, in de ein Aktor 3 angeordnet ist. Der Aktor 3 besteht dabei beispielsweise aus mehreren Schichten 4, die aus einem piezoelektrisch erregbaren Material bestehen und beispielsweise miteinander verklebt sind. Der Aktor 3 stützt sich zulaufseitig an einem Gehäusebauteil 5 und abströmseitig an einem Aktorkopf 6 ab. Eine Vorspannfeder 7, welche sich einerseits an einer Schulter 8 des Aktorkopfes 6 und andererseits an einem Zwischenbauteil 9 abstützt, bringt den Aktor 3 auf Vorspannung.
Abströmseitig des Aktorkopfes 6 ist eine Ventilnadel. 10 angeordnet. Zwischen dem Aktorkopf 6 und der Ventilnadel 10 ist dabei ein Luftspalt 11 ausgebildet. Die Ventilnadel 10 durchgreift das Zwischenbauteil 9, wobei die Ventilnadel 10 mit dem Zwischenbauteil 9 über eine flexible Dichtung 12 , vorzugsweise eine flexible Wellrohrdichtung 12, gegen den das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff abgedichtet ist. Die Wellrohrdichtung 12 ist mit dem
Zwischenbauteil 9 und der Ventilnadel 10 jeweils verschweißt. Das ' Gehäuse 2 nd das "Zwischenbauteil" 9 sind mittels eines Dichtrings 13 gegeneinander abgedichtet.
Die Ventilnadel 10 durchgreift das beispielsweise mit einem U-förmigen Querschnitt versehene Zwischenbauteil 9 so, daß ein abströmseitiger Schenkel 14 des Zwischenbauteils 9 als Ventilnadelführung dient. Die Ventilnadel 10 kann beispielsweise aus Gründen der besseren Schaltdynamik eine Ausnehmung 15 aufweisen.
Abströmseitig der Ventilnadel 10 ist ein Betätigungskörper 16 angeordnet, der an seinem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 17 aufweist. Der Ventilschließkörper 17 wirkt mit einer Ventilsitzfläche 28 zu einem Dichtsitz 25 zusammen. Die Ventilsitzfläche 28 kann insbesondere an einem ringförmig ausgebildeten Ventilsitzkörper 18 ausgebildet sein, der entweder einstückig mit dem Gehäuse 2 ausgeführt oder in geeigneter Weise mit diesem verbunden ist . Zwischen dem Ventilsitzkörper 18 und einem abströmseitigen Ende 19 der Ventilnadel 10 ist eine Rückstellfeder 20 angeordnet* welche das Brennstoffeinspritzventil 1 im nicht bestro ten Zustand des Aktors 3 geschlossen hält.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt weiterhin eine Ventilnadelführung 21, welche beispielsweise ringförmig ausgeführt sein kann und deren radiale Ausdehnung so gewählt ist, daß zwischen der ringförmigen Ventilnadelführung 21 und dem Gehäuse ' 2 eine Drosselstelle 22 ausgebildet ist.
Der das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmende Brennstoff, wird über eine nicht weiter dargestellte Brennstoffzufuhr zugeleitet und über eine Brennstoffleitung 23, welche beispielsweise in dem Gehäuse 2 verläuft, an dem Aktor 3 vorbeigeführt. Abströmseitig des Wellrohrs 12 ist ein Innenraum 24 des Brennstoffeinspritzventils 1 ' vollständig mit Brennstoff gefüllt. Dieser Brennstoff steht unter Brennstoffdruck, dem sog. Systemdruck. Dadurch, daß der Brennstoff die Drosselstelle 22 nur gedrosselt und damit unter einem erheblich niedrigerem Druck passieren kann, wird erreicht, daß einerseits Druckschwingungen das Wellrohr 12 nicht erreichen können und damit der Aktor 3 von Druckschwingungen unbeeinflußt bleibt, und andererseits, daß die mechanische Belastung der Ventilnadel 10 und des Betätigungskörpers 16 durch den Brennstoffdruck klein bleibt und dadurch keine Resonanzschwingungen durch Druckschwingungen aufgebaut werden können.
Wird dem Aktor 3 über eine nicht weiter dargestellte elektrische Leitung eine elektrische Spannung zugeführt, dehnen sich die piezoelektrischen Schichten 4 aus, so daß sich der Aktorfuß 6' in Richtung auf die Ventilnadel 10 in einer Abströmrichtung des Brennstoffs bewegt. Der Luftspalt 11 zwischen dem Aktorfuß 6 und der Ventilnadel 10 wird dadurch^ ^.geschlossen. Bei weiterer Ausdehnung der piezoelektrischen Schichten 4 drückt der Aktor 3 die Ventilnadel 10 und damit auch den Betätigungskörper 16 in Abströmrichtung des Brennstoffs, so daß der an dem Betätigungskörper 16 ausgebildete Ventilschließkδrper 17 von der Ventilsitzfläche 28, welche an dem Ventilsitzkörper 18 ausgebildet ist, abhebt, das Brennstoffeinspritzventil 1 geöffnet wird und Brennstoff in den nicht weiter dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine abgespritzt wird.
Wird die den Aktor 3 erregende Spannung abgeschaltet, ziehen sich die piezoelektrischen Schichten 4 zusammen. Dadurch hebt der Aktorfuß 6 von der Ventilnadel 10 ab, wodurch die Ventilnadel 10 entlastet wird. Die Rückstellfeder 20 drückt die Ventilnadel 10 entgegen der Abströmrichtung des Brennstoffs in ihre Ausgangslage zurück, wodurch auch der Betätigungskörper 16 und der daran ausgebildete Ventilschließkörper 17 ebenfalls in ihre Ausgangslage zurückkehren. Das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
Hat die Verbindungsstelle 26, an welcher die Ventilnadel 10 mit der vorzugsweise als Wellrohrdichtung 12 ausgeführten flexiblen Dichtung 12 verbunden ist, den gleichen radialen Abstand ' von " der " " Mittelachse "" 27 ~ des Brennstoffeinspritzventils 1 wie der Dichtsitz 25, so wird die Ventilnadel 10 im geschlossenen Zustand durch den Brennstoffdruck nicht beaufschlagt • und ist druckausgeglichen. Durch die Ventilnadel 10 werden somit auch bei geschlossenem Luftspalt 11 keine Kräfte auf den Aktor 3 übertragen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und zum Beispiel auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile 1 oder magnetostriktive Aktoren 3 anwendbar.

Claims

Ansprüche
1.' Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor
(3), einer durch den Aktor (3) betätigbaren Ventilnadel
(10) , welche mit einem Ventilschließkörper (17) zusammenwirkt, der mit einem Ventilsitzkörper (18) einen Dichtsitz (25) bildet, und einer Rückstellfeder (20) , durch welche die Ventilnadel (10) in einer Schließrichtung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (10) druckausgeglichen ist, indem die Kraft, die der Brennstoffdruck in Öffnungsrichtung auf die Ventilnadel (10) ausübt, etwa gleich der Kraft ist, die der Brennstoffdruck in Schließrichtung auf die Ventilnadel (10) ausübt .
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (10) mit einer flexiblen Dichtung (12) in Verbindung steht und die Verbindungsstelle (26) mit der flexiblen Dichtung (12) den gleichen radialen Abstand wie der Dichtsitz (25) von einer Mittelachse (27) des Brennstoffeinspritzventils (1) aufweist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilnadelführung (21) vorgesehen ist, welche mit einem Gehäuse (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) eine Drosselstelle (22) bildet.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innendurchmesser der Ventilnadelführung7 (21) gleich einem Innendurchmesser des Ventilsitzkörpers (18) ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (10) ein Zwischenbauteil (9) durchgreift, welches in dem Gehäuse (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) angeordnet ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenbauteil (9) durch einen Dichtring (13) gegen das Gehäuse (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) abgedichtet ist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (10) und das Zwischenbauteil (9) durch eine Wellrohrdichtung (12) gegen den Brennstoff, welcher das Brennstoffeinspritzventil (1) durchströmt, abgedichtet sind.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellröhrdichtung (12) mit der Ventilnadel (10) und dem Zwischenbauteil (9) verschweißt ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (3) durch eine VorSpannfeder (7) auf Vorspannung gebracht ist .
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis
9 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aktorfuß (6) und der Ventilnadel (10) ein
Luftspalt (11) ausgebildet ist.
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KR (1) KR100935810B1 (de)
AT (1) ATE306614T1 (de)
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