EP1606509B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1606509B1
EP1606509B1 EP04704537A EP04704537A EP1606509B1 EP 1606509 B1 EP1606509 B1 EP 1606509B1 EP 04704537 A EP04704537 A EP 04704537A EP 04704537 A EP04704537 A EP 04704537A EP 1606509 B1 EP1606509 B1 EP 1606509B1
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EP
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fuel injection
actuator
injection valve
valve according
hydraulic coupler
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EP04704537A
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Hubert Stier
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/005—Arrangement of electrical wires and connections, e.g. wire harness, sockets, plugs; Arrangement of electronic control circuits in or on fuel injection apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
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    • 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
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim, as from the document DE 101 33 265 A known.
  • a metering valve for metering of liquids or gases in particular an injection valve for fuel injection systems in internal combustion engines, which has a piezo stack actuator, the change in length is transmitted upon application of an excitation voltage to a metering opening controlling valve needle and determines the stroke of the valve needle.
  • the substance to be metered is supplied via a supply line, which is designed in the form of a deep hole in the valve body.
  • a disadvantage of the from the DE 35 33 085 A1 known metering valve is the floating bearing of the hydraulic coupler between fuel inlet and actuator, whereby the coupler is exposed to fluctuations in the fuel pressure.
  • the need for contacting the actuator electrical lines must be laid consuming, so as not to be claimed by the changes in position on train.
  • the cables must be routed around the coupler, making them both longer and more installation space claim.
  • the valve housing is thus voluminous and in turn requires a larger installation space in the cylinder head.
  • the hydraulic coupler is fixedly arranged between the actuator and a valve group, so that the electrical contact of the actuator does not have to take place on the actuator and account for changes in length caused by changes in position of the coupler.
  • the fuel injection valve should be further developed.
  • the fuel injection valve according to the invention has the features of the main claim.
  • the actuator is fixedly connected to the valve housing, whereby a stationary relative position of the actuator is achieved with respect to the housing.
  • Another advantage is that the electrical wires pass through holes in an actuator base and are fixed and protected by a plastic extrusion.
  • the plug in which the electrical lines are arranged, integrally formed on the plastic extrusion.
  • the coupler acts advantageously on a dome on the valve needle, so that offsets can be compensated.
  • a fuel injector 1 shown in Figs. 1 and 2 in two mutually perpendicular sectional views along a longitudinal axis is embodied in the form of a fuel injection valve 1 for fuel injection systems of mixture-compression, spark-ignition 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 housing 2 in which one provided with an Aktorumspritzung 3 piezoelectric or magnetostrictive actuator 4 is arranged.
  • the actuator 4 is biased by a tube spring 5 to allow a non-destructive installation and a reproducible operation of the actuator 4.
  • the actuator 4 can be supplied by means of an electrical line 6, an electrical voltage.
  • the actuator 4 is supported on the inflow side on an actuator base 7 and downstream on an actuator head 8.
  • the actuator 4 is encapsulated in an actuator housing 9.
  • the fuel injection valve 1 downstream of the actuator 4 has a hydraulic coupler 10 which is mounted without pressure between the actuator 4 and a valve module 11.
  • the hydraulic coupler 10 is designed as a second medium coupler 10 and comprises a master piston 12 and a slave piston 13, which are acted upon by a coupler spring 14 against each other.
  • the hydraulic coupler 10 is sealed by an example corrugated gasket 15 against an interior 16 of the fuel injection valve 1.
  • the slave piston 13 of the hydraulic coupler 10 bears against a calotte 17, which cooperates via an actuating element 18 with a valve needle 19.
  • the calotte 17 ensures the compensation of offsets of the valve needle 19 during operation of the fuel injection valve 1.
  • the valve needle 19 has at its downstream end a valve closing body 20 which cooperates with a valve seat surface 21 to a sealing seat.
  • the exemplary embodiment is an outwardly opening fuel injection valve 1.
  • the actuator 4 Due to the fact that the actuator 4 is not floating, but fixed, it is possible to achieve a fixed thermal connection of the actuator 4 to the housing 2, whereby a gap between the actuator 4 and the housing 2 can be omitted. Thereby, the temperature of the actuator 4 can be lowered by better heat dissipation.
  • the electrical line 6 passes through the actuator foot 7 through holes 22 which are formed in the actuator base 7. Characterized in that the hydraulic coupler 10 is arranged downstream of the actuator 4, the electrical lines 6 can be laid shorter and without motion-compensating cable guides on the actuator 4. The valve housing 2 can thereby be made slimmer, since the electrical lines 6 do not have to be guided around the hydraulic coupler 10.
  • the fuel supply via a central inlet port 23, in which a filter 24 may be arranged. About holes 25 and formed between the actuator housing 9 and the valve housing 2 gap 26, the fuel is passed to the sealing seat.
  • the inlet nozzle 23 is provided in Fig. 2 with a plastic extrusion 27, on which a plug 28 is formed for the electrical lines 6.
  • 3A and 3B show detailed views of the plug 28 in a plan view of the fuel injection valve 1 in the outflow direction of the fuel.
  • FIG. 3A the fuel injection valve 1 without plastic extrusion 27 is shown in FIG. 1.
  • the electrical lines 6 are guided directly and straight into the actuator base 7 and extend parallel to the bore 25, through which the fuel from the inlet port 23 is supplied.
  • Fig. 3B the plug 28 is shown after the extrusion coating of the inlet nozzle 23 with plastic 27 in the same view.
  • the plastic extrusion 27 and the plug 28 are simple and inexpensive to produce in one process step.
  • the electrical lines 6 are through the plastic extrusion 27 on the inlet nozzle 23 and fixed on the actuator base 7 and protected from damage.
  • the coupler 10 is pivotally mounted between the actuator head 8 and the valve needle 19 by means of a calotte 17.
  • the cap 17 is in Fig. 1 and 2 between the hydraulic coupler 10 and an actuating element 18 which is in operative connection with the valve needle 19, respectively.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment and suitable for any designs of fuel injectors 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs, wie aus der Druckschrift DE 101 33 265 A bekannt.
  • Aus der DE 35 33 085 A1 ist ein Zumeßventil zur Dosierung von Flüssigkeiten oder Gasen, insbesondere ein Einspritzventil für Kraftstoff-Einspritzsysteme in Brennkraftmaschinen bekannt, welches einen Piezo-Stapelaktor aufweist, dessen Längenänderung bei Anlegen einer Erregerspannung auf eine eine Zumeßöffnung steuernde Ventilnadel übertragen wird und den Hubweg der Ventilnadel bestimmt. Der zuzumessende Stoff wird über eine Zuleitung zugeführt, welche in Form einer Tieflochbohrung im Ventilkörper ausgeführt ist.
  • Nachteilig an dem aus der DE 35 33 085 A1 bekannten Zumeßventil ist die schwimmende Lagerung des hydraulischen Kopplers zwischen Brennstoffzulauf und Aktor, wodurch der Koppler Schwankungen im Brennstoffdruck ausgesetzt ist. Die zur Kontaktierung des Aktors benötigten elektrischen Leitungen müssen aufwendig verlegt werden, um nicht durch die Lageänderungen auf Zug beansprucht zu werden. Zudem müssen die Leitungen um den Koppler herum verlegt werden, wodurch sie sowohl länger werden als auch mehr Einbauraum beanspruchen. Das Ventilgehäuse wird dadurch voluminös und beansprucht seinerseits einen größeren Einbauraum im Zylinderkopf.
  • Bei dem Brennstoff einspritzventil der DE 101 33 265 A ist der hydraulische Koppler fest zwischen dem Aktor und einer Ventilgruppe angeordnet, so daß die elektrische Kontaktierung des Aktors nicht am Aktor vorbei erfolgen muß und durch Lageänderungen des Kopplers verursachte Längenänderungen entfallen. Dem gegenüber soll das Brennstoffeinspritzventil weiter entwickelt werden.
  • Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil hat die Merkmale des Hauptanspruchs.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • Vorteilhafterweise ist der Aktor fest mit dem Ventilgehäuse verbunden, wodurch eine ortsfeste relative Lage des Aktors bezüglich des Gehäuses erzielt wird.
  • Von Vorteil ist außerdem, daß die elektrischen Leitungen durch Bohrungen in einem Aktorfuß verlaufen und durch eine Kunststoffumspritzung fixiert und geschützt sind.
  • Vorteilhafterweise ist der Stecker, in welchem die elektrischen Leitungen angeordnet sind, an der Kunststoffumspritzung angeformt.
  • Der Koppler wirkt vorteilhafterweise über eine Kalotte auf die Ventilnadel ein, so daß Versätze ausgeglichen werden können.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils entlang einer ersten Schnittebene,
    Fig. 2
    einen schematischen Schnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils entlang einer zweiten Schnittebene,
    Fig. 3A-B
    Ansichten des Steckkontaktes des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils ohne und mit Kunststoffumspritzung, und
    Fig. 4
    eine ausschnittsweise Darstellung der schwenkbaren Lagerung des Kopplers zwischen Aktor und Ventilnadel des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils gemäß Fig. 1 und 2.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
  • Ein in den Fig. 1 und 2 in zwei zueinander senkrechten Schnittansichten entlang einer Längsachse dargestelltes Brennstoffeinspritzventil 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 ein Gehäuse 2, in welchem ein mit einer Aktorumspritzung 3 versehener piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor 4 angeordnet ist. Der Aktor 4 ist durch eine Rohrfeder 5 vorgespannt, um eine zerstörungsfreie Montage und eine reproduzierbare Betätigung des Aktors 4 zu ermöglichen. Dem Aktor 4 kann mittels einer elektrischen Leitung 6 eine elektrische Spannung zugeführt werden. Der Aktor 4 stützt sich zuströmseitig an einem Aktorfuß 7 und abströmseitig an einem Aktorkopf 8 ab. Der Aktor 4 ist in einem Aktorgehäuse 9 gekapselt.
  • Erfindungsgemäß weist das Brennstoffeinspritzventil 1 abströmseitig des Aktors 4 einen hydraulischen Koppler 10 auf, welcher drucklos zwischen dem Aktor 4 und einem Ventilmodul 11 gelagert ist. Der hydraulische Koppler 10 ist als Zweitmediumskoppler 10 ausgebildet und umfaßt einen Geberkolben 12 und einen Nehmerkolben 13, die durch eine Kopplerfeder 14 gegeneinander beaufschlagt sind. Der hydraulische Koppler 10 ist durch eine beispielsweise wellrohrförmige Dichtung 15 gegen einen Innenraum 16 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet.
  • Der Nehmerkolben 13 des hydraulischen Kopplers 10 liegt an einer Kalotte 17 an, die über ein Betätigungselement 18 mit einer Ventilnadel 19 zusammenwirkt. Die Kalotte 17 sorgt für den Ausgleich von Versätzen der Ventilnadel 19 während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils 1. Die Ventilnadel 19 weist an ihrem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 20 auf, der mit einer Ventilsitzfläche 21 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1.
  • Bedingt dadurch, daß der Aktor 4 nicht schwimmend, sondern fest gelagert ist, ist es möglich, eine feste thermische Anbindung des Aktors 4 an das Gehäuse 2 zu erreichen, wodurch ein Spalt zwischen dem Aktor 4 und dem Gehäuse 2 entfallen kann. Dadurch kann die Temperatur des Aktors 4 durch bessere Wärmeableitung gesenkt werden. Zudem können durch die feste Lagerung des Aktors 2 bewegliche Kabelführungen zwischen dem Aktor 4 und dem elektrischen Steckkontakt 6 entlang des Kopplers 10 entfallen.
  • Die elektrische Leitung 6 durchgreift den Aktorfuß 7 durch Bohrungen 22, die in dem Aktorfuß 7 ausgebildet sind. Dadurch, daß der hydraulische Koppler 10 abströmseitig des Aktors 4 angeordnet ist, können die elektrischen Leitungen 6 kürzer und ohne bewegungskompensierende Kabelführungen am Aktor 4 verlegt werden. Das Ventilgehäuse 2 kann dadurch schlanker ausfallen, da die elektrischen Leitungen 6 nicht um den hydraulischen Koppler 10 herumgeführt werden müssen.
  • Die Brennstoffzuleitung erfolgt über einen zentralen Zulaufstutzen 23, in welchem ein Filter 24 angeordnet sein kann. Über Bohrungen 25 und einen zwischen dem Aktorgehäuse 9 und dem Ventilgehäuse 2 ausgebildeten Spalt 26 wird der Brennstoff zum Dichtsitz geleitet. Der Zulaufstutzen 23 ist in Fig. 2 mit einer Kunststoffumspritzung 27 versehen, an welcher ein Stecker 28 für die elektrischen Leitungen 6 angeformt ist.
  • Die Fig. 3A und 3B zeigen Detailansichten des Steckers 28 in Aufsicht auf das Brennstoffeinspritzventil 1 in Abströmrichtung des Brennstoffs.
  • In Fig. 3A ist dabei das Brennstoffeinspritzventil 1 ohne Kunststoffumspritzung 27 wie in Fig. 1 dargestellt. Die elektrischen Leitungen 6 werden direkt und gerade in den Aktorfuß 7 geführt und verlaufen parallel zu der Bohrung 25, durch welche der Brennstoff vom Zulaufstutzen 23 zugeleitet wird.
  • In Fig. 3B ist in gleicher Ansicht der Stecker 28 nach der Umspritzung des Zulaufstutzens 23 mit Kunststoff 27 dargestellt. Die Kunststoffumspritzung 27 und der Stecker 28 sind dabei in einem Verfahrensschritt einfach und kostengünstig herstellbar. Die elektrischen Leitungen 6 werden durch die Kunststoffumspritzung 27 am Zulaufstutzen 23 und am Aktorfuß 7 fixiert und vor Beschädigungen geschützt.
  • Wie bereits aus Fig. 1 und 2 hervorgehend ist der Koppler 10 zwischen dem Aktorkopf 8 und Ventilnadel 19 mittels einer Kalotte 17 schwenkbar gelagert. Die Kalotte 17 ist dabei in Fig. 1 und 2 zwischen dem hydraulischen Koppler 10 und einem Betätigungselement 18, welches mit der Ventilnadel 19 in Wirkverbindung steht, angeordnet.
  • In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit der Anordnung der Kalotte 17 zwischen dem hydraulischen Koppler 10 und dem Aktorkopf 8 dargestellt. Beide Möglichkeiten sorgen für den Ausgleich von Versätzen der Ventilnadel 19 beim Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1, welche sonst zu Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 1 durch Verklemmen der Ventilnadel 19 oder durch Zerstörung des Aktors 4 durch Scherkräfte bei Versätzen führen können.
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und für beliebige Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 1 geeignet.

Claims (12)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem über zumindest eine elektrische Leitung (6) erregbaren piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), der einen in einem Gehäuse (2) angeordneten VentilschliefSkörper (20) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (21) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und mit einem hydraulischen Koppler (10),
    wobei der hydraulische Koppler (10) ortsfest zwischen dem Aktor (4) und einer den Ventilschließkörper (20) und die Ventilsitzfläche (21) umfassenden Ventilbaugruppe (11) angeordnet ist, und
    wobei der hydraulische Koppler (10) auf einer Ventilnadel (19) mittels einer Kalotte (17) schwenkbar gelagert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Aktor (4) durch eine um den Aktor (4) angeordnete Rohrfeder (5) vorgespannt ist.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Aktor (4) sich mit einem zuströmseitigen Ende an einem Aktorfuß (7) abstützt.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Aktorfuß (7) mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Aktor (4) sich mit einem abströmseitigen Ende an einem Aktorkopf (8) abstützt.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Aktorkopf (7) mit dem hydraulischen Koppler (10) verbunden ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der hydraulische Koppler (10) auf dem Aktorkopf (8) mittels einer Kalotte (17) schwenkbar gelagert ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem Aktorfuß (7) zumindest eine axiale Bohrung (22) ausgebildet ist.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die elektrischen Leitungen (6) in der zumindest einen axialen Bohrung (22) angeordnet sind.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Brennstoffeinspritzventil (1) an einem zulaufseitigen Ende von einer Kunststoffumspritzung (27) versehen ist.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der Kunststoffumspritzung (27) ein Stecker (28) angeformt ist.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die elektrischen Leitungen (6) in dem Stecker (28) ausmünden.
  12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zumindest eine elektrische Leitung (6) achsparallel zu einer Längsachse des Brennstoffeinspritzventils (1) und des Aktors (4) verläuft.
EP04704537A 2003-03-12 2004-01-23 Brennstoffeinspritzventil Expired - Lifetime EP1606509B1 (de)

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PCT/DE2004/000098 WO2004081367A1 (de) 2003-03-12 2004-01-23 Brennstoffeinspritzventil

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EP1606509A1 EP1606509A1 (de) 2005-12-21
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EP (1) EP1606509B1 (de)
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