WO2000017507A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2000017507A1
WO2000017507A1 PCT/DE1999/000839 DE9900839W WO0017507A1 WO 2000017507 A1 WO2000017507 A1 WO 2000017507A1 DE 9900839 W DE9900839 W DE 9900839W WO 0017507 A1 WO0017507 A1 WO 0017507A1
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valve needle
fuel
fuel injection
actuator
valve
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PCT/DE1999/000839
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Inventor
Friedrich Boecking
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to US09/787,976 priority patent/US6585171B1/en
Priority to EP99923380A priority patent/EP1115970B1/de
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • 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
    • 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
    • F02M2200/70—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 injector according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injection valve according to the preamble of claim 1 is already known.
  • a valve closing body forms a sealing seat together with a valve seat surface.
  • the fuel injector is alternatively designed either as an outwardly opening fuel injector or as an inwardly opening fuel injector.
  • the valve closing body is connected in one piece to a valve needle which can be actuated by means of a piezoelectric actuator. Piezoelectric actuators only have a relatively small actuation stroke. In this document it is therefore proposed to arrange a hydraulic translation device between the piezoelectric actuator and the valve needle, which increases the actuation stroke exerted by the actuator.
  • a disadvantage of this known fuel injection valve is the relatively complex design, which is not optimized in terms of compactness.
  • Another disadvantage is that a special hydraulic medium is used for the hydraulic transmission device, the due to leakage losses evaporates over time, which can affect the operation and life of the fuel injector.
  • a fuel injector with a piezoelectric actuator in a different design is known from DE 43 06 073 Cl. But this design is also not very compact and requires a relatively large volume.
  • a hydraulic translation device is also provided in order to transform the relatively small stroke of the piezoelectric actuator into a larger stroke of the valve needle.
  • a special pressure accumulator for example in the form of an externally provided pressure reservoir, is used to compress the hydraulic medium of the transmission device and to compensate for leakage losses. This requires an additional connection for this pressure reservoir or other measures to implement the pressure accumulator.
  • the previously known fuel injection valves with piezoelectric actuators are used primarily for injecting fuel into a self-igniting internal combustion engine, in particular for injecting diesel fuel.
  • the operating pressures that occur are relatively high and have hitherto prevented a more compact, space-saving design.
  • the fuel injector according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that an extremely compact design results due to the routing of the fuel line through the tubular actuator. While the fuel in the known fuel injection valves is guided past the actuator, which leads to a wider design, or is supplied downstream of the actuator, which is generally unfavorable for the connection of the fuel line, the configuration according to the invention results in a centrally guided fuel line with the possibility of providing the fuel inlet connection at the end of the fuel injector opposite the valve closing body.
  • the housing can be formed with a relatively small wall thickness, since the fuel line does not have to be guided past the actuator in the housing, as in the prior art.
  • the compact design also results in short suction paths for the fuel, so that cavitation problems are avoided.
  • the valve needle advantageously extends through the tubular actuator, an axial longitudinal opening of the valve needle forming a section of the fuel line.
  • the valve needle takes on both the function of actuating the valve closing body and the function of the fuel line.
  • valve needle it is particularly advantageous to form the valve needle in two parts and to connect it by means of a weld seam or a coupling piece.
  • an injection-side valve needle section on the injection side can be inserted into the fuel injection valve and an inlet-side valve needle section on the inlet side in the fuel injection valve, the two valve needle sections then being connected to one another.
  • a flange, which serves to support a return spring, can already be pre-assembled on the inlet-side valve needle section.
  • the actuator is advantageously surrounded radially by a biasing element. Compared to the axial arrangement of the prestressing element which is customary in the prior art, this measure results in a more compact design. It is particularly advantageous to use the fuel carried in the fuel line as the hydraulic medium for the transmission device. A special hydraulic medium, for example oil, is then not required for the translation device. Any leakage losses are compensated for by an automatic refill process. In addition, there is no risk of the fuel being contaminated with a different type of hydraulic medium, for example hydraulic oil.
  • Fig. 1 shows an axial section through a first embodiment of an inventive
  • Fig. 2 shows an axial section through a second embodiment of a fuel injector according to the invention
  • FIG. 3 shows section III in FIG. 2.
  • the fuel injection valve 1 shows an axial sectional view of a fuel injection valve 1 according to the invention.
  • the fuel injection valve 1 is used in particular for the direct injection of fuel, in particular gasoline, into a combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engine as a so-called gasoline direct injection valve.
  • the fuel injector 1 according to the invention is of course also suitable for other applications.
  • the fuel injection valve 1 has a valve closing body 3 which can be actuated by means of a valve needle 2.
  • the valve needle 2 is divided into an inlet-side valve needle section 2a and a spray-side valve needle section 2b.
  • the valve closing body 3 is formed in one piece with the spray-side valve needle section 2b.
  • the fuel injector shown in FIG. 1 is an outwardly opening fuel injector 1.
  • the valve closing body 3 has a truncated cone-shaped section 4 which widens in the spraying direction.
  • the valve closing body 3 interacts with a valve seat surface 27 formed on a first housing body
  • the fuel is supplied via a fuel inlet connector 7 formed in a second housing body 6.
  • the fuel flows through a chamber 8 provided in the second housing body 6 for receiving a return spring 9 into the tubular inlet valve section 2a.
  • the inlet-side valve needle section 2a and the spray-side valve needle section 2b have a longitudinal opening 10, the longitudinal opening 10 extending over the entire axial longitudinal extent of the inlet-side valve needle section 2a and only in sections axially in the spray-side valve needle section 2b.
  • a radial bore 11 connects to the longitudinal opening 10 and connects the longitudinal opening 10 to a recess 12 in the first housing body 5.
  • the valve needle 2 therefore forms a section of a fuel line leading from the fuel inlet connector 7 to the sealing seat formed by the valve closing body 3 and the valve seat surface 27.
  • the fuel flows in the recess 12 from the radial bore 11 of the valve needle 2 to the sealing seat formed by the valve closing body 3 and the valve seat surface 27 and is sprayed off there when the fuel injection valve 1 is actuated.
  • An actuator 13 of tubular design according to the invention is used to actuate the fuel injection valve 1.
  • the actuator 13 surrounds the inlet-side valve needle section 2a and thus a section of the fuel line guided in the valve needle 2.
  • the tubular actuator 13 consists of a plurality of stacked piezoelectric ceramic plates which are each provided with electrodes in order to apply an electrical voltage to the individual ceramic plates of the actuator 13.
  • the actuator 13 When an electrical voltage is applied, the actuator 13 expands. The actuator 13 pushes off against the second housing body 6 via a first flange 14 and acts on a booster piston 16 via a second flange 15.
  • the inlet-side valve needle section 2a and the spray-side valve needle section 2b are connected to one another by a weld seam 17. So that the weld seam 17 is accessible for a welding tool during assembly, the booster piston 16 has a plurality of radial bores 18 arranged around the circumference.
  • the actuator 13 is radially surrounded by a biasing element 19 which is designed as a corrugated tension spring band in the exemplary embodiment.
  • the prestressing element 19 is clamped between the first flange 14 and the second flange 15 and generates an axial prestress for the actuator 13.
  • the translation device 20 consists of a translation chamber 21 filled with a hydraulic medium, to which the translation piston 16 adjoins with a first surface AI and the valve needle 2 with a second surface A2.
  • the second area A2 of the valve needle 2 is smaller than the first area AI of the booster piston 16.
  • the stroke of the valve needle 2 being greater than the actuation stroke of the booster piston 16 due to the ratio of the areas AI and A2 .
  • the actuator 13 contracts again or is compressed by the prestressing element 19.
  • the valve needle 2 is therefore no longer subjected to an actuating force acting in the opening direction and the return spring 9 clamped between the second housing body 6 and a flange 23 connected to the valve needle 2 via a weld seam 22 moves the valve needle 2 and the valve closing body 3 in FIG. 1 back up into the closed position of fuel injector 1.
  • the fuel injection valve 1 according to the invention is characterized by an extremely compact design.
  • the fuel line is guided in the area of the actuator 13 concentrically to the longitudinal axis 24 through the tubular actuator 13. It is therefore not necessary to integrate the fuel line in the housing bodies 5 and 6, as is customary in the prior art, so that the overall result is a leaner and more compact design.
  • the actuating force exerted by the tubular actuator 13 is comparatively less than in the case of an actuator with ceramic plates which are not drilled through centrally, those which occur in fuel injection valves for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a mixture-compressing, externally ignited internal combustion engine, in particular so-called gasoline direct injection valves
  • Fuel pressures are lower than in the case of fuel injection valves for self-igniting internal combustion engines, for example diesel injection valves. Accordingly, the required actuating force is less, so that the actuating force exerted by the tubular actuator 13 is completely sufficient, at least for this preferred application.
  • the fuel carried in the fuel injection valve 1 is advantageously used as the hydraulic medium for the transmission device 20.
  • This has the advantage that a special hydraulic medium, for example hydraulic oil, is not required and cannot contaminate the fuel. Hydraulic medium escaping through leakage losses can be refilled automatically.
  • the refilling takes place quasi-statically via a guide gap 26 between the valve needle 2 and the first housing body 5.
  • the guide gap 26 is to be dimensioned so narrow that when the fuel injector 1 is actuated, the hydraulic medium located in the translation chamber 21 is above the guide gap 26 can not escape or only practically negligible.
  • FIG. 2 shows in a longitudinal section a second exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 2 is an inward opening fuel injector 1.
  • Elements which have already been described are provided with matching reference numerals to facilitate the assignment. In this respect, a repeated description is dispensed with.
  • the valve needle 2 is composed in two parts of an inlet-side valve needle section 2a and a spray-side valve needle section 2b.
  • the valve closing body 3 is integrally formed on the spray-side valve needle section 2b.
  • the valve closing body 3 has a cylindrical section 40, on which at least one swirl groove 41 is provided for better circumferential distribution of the fuel.
  • On the cylindrical Section 40 is followed in the flow direction by a conical section 42 of the valve closing body 3, which cooperates with a valve seat surface 27 formed on a nozzle body 43 to form a sealing seat.
  • the valve closing body 3 lifts upward from the valve seat surface 27 in FIG. 2 and opens a spray opening 45.
  • the nozzle body 43 is clamped against an intermediate disk 48 by means of a clamping nut 46, which is screwed to the housing body 6 via a thread 47.
  • the fuel flows in via a fuel inlet connector 7 provided in an inlet section 49.
  • the fuel flows further into the chamber 8 for receiving the return spring 9 for the valve needle 2.
  • the return spring 9 is between the inlet section 49 which can be screwed into the housing body 6 via a thread 50 and a flange 23 fixedly connected to the valve needle 2 and biases the valve needle 2 and the valve closing body 3 against the valve seat surface 27 in the closing direction of the fuel injection valve 1.
  • the valve needle 2 has a longitudinal opening 10 which forms a section of the fuel line.
  • the fuel flows via radial bores 60 into a recess 51 of the nozzle body 43 and further via the at least one swirl groove 41 to the sealing seat.
  • the actuator 13 is tubular and clamped between a first flange 14 and a second flange 15 by a biasing element 19.
  • the actuator 13 expands and displaces a booster piston 16 in FIG. 2 upwards in the direction of the fuel inlet port 7.
  • the hydraulic medium in a booster chamber 21 of a hydraulic booster 20 is therefore displaced and shifts the flange 23 and thus the valve needle 2 in Fig. 2 upwards, so that the valve closing body 3 of the Valve seat surface 27 lifts and 4.5 opens the spray opening.
  • the fuel injection valve 1 designed according to the invention enables very short switching times to be achieved both when opening and when closing.
  • the fuel injector 1 shown in FIG. 2 is assembled in such a way that all the components accommodated in the housing body 6 are preassembled. Finally, the injection-side valve needle section 2b is connected to the inlet-side valve needle section 2a via a coupling piece 52 to be described in more detail. Subsequently, the nozzle body 43 is placed on and clamped by means of the clamping nut 46.
  • FIG. 3 shows section III in FIG. 2.
  • the inlet-side valve needle section 2a has an axial longitudinal opening 10 which opens out via radial bores 60.
  • the radial bores 60 open into grooves 53, which are each formed in the adjoining area between the two valve needle sections 2a and 2b, in order to ensure a better radial distribution of the fuel.
  • Radial bores 54 are passed through the coupling piece 52, so that the fuel ultimately reaches the recess 51 in the nozzle body 43.
  • the inlet-side valve needle section 2a has a first groove 55, while the spray-side valve needle section 2b has a second groove 56, which are each provided on the outer circumference.
  • the coupling piece 52 has inwardly projecting locking lugs 57 and 58 which engage in the grooves 55 and 56 in a latching manner. This provides a snap-in connection between the two valve needle sections 2a and 2b, which enables the fuel injector 1 to be assembled in an assembly-friendly manner.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments shown.
  • the concept of centrally guiding the fuel line through the tubular actuator 13 can also be implemented in the case of a large number of structurally differently designed fuel injection valves.
  • a magnetostrictive actuator can also be used.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen weist einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (13) auf. Der Aktor (13) betätigt mittels einer Ventilnadel (2) einen Ventilschließkörper (3), der mit einer Ventilsitzfläche (27) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Eine Brennstoffleitung (8, 10, 11, 12) führt von einem Brennstoffeinlaßstutzen (7) zu dem Dichtsitz. Der Aktor (13) ist rohrförmig ausgebildet und umschließt zumindest abschnittsweise die Brennstoffleitung (8, 10, 11, 12).

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der DE 19500706 AI ist bereits ein Brennεtoff- einspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 bekannt. Bei dem aus dieser Druckschrift hervorgehenden Brennstoffeinspritzventil bildet ein Ventilschließkörper zusammen mit einer Ventilsitzfläche einen Dichtsitz. Das Brennstoff- einspritzventil ist alternativ entweder als nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil oder als nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil ausgebildet. Der Ventilschließkörper ist einteilig mit einer Ventilnadel verbunden, die mittels eines piezoelektrischen Aktors betätigbar ist. Piezoelektrische Aktoren haben einen nur relativ geringen Betätigungshub. In dieser Druckschrift wird daher vorgeschlagen, zwischen dem piezoelektrischen Aktor und der Ventilnadel eine hydraulische Übersetzungseinrichtung anzuordnen, die den von dem Aktor ausgeübten Betätigungshub vergrößert .
Nachteilig ist bei diesem bekannten Brennstoff- einspritzventil die relativ aufwendige und hinsichtlich der Kompaktheit nicht optimierte Bauform. Ferner ist nachteilig, daß für die hydraulische Übersetzungseinrichtung ein spezielles hydraulisches Medium Verwendung findet, das aufgrund von Leckage-Verlusten sich im Laufe der Zeit verflüchtigt, was die Betätigung und die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils beeinträchtigen kann.
Ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor in einer anderen Bauweise ist aus der DE 43 06 073 Cl bekannt. Aber auch diese Bauform ist wenig kompakt und benötigt ein relativ großes Bauvolumen. Bei dem aus dieser Druckschrift hervorgehenden Brennstoffeinspritzventil ist ebenfalls eine hydraulische Übersetzungseinrichtung vorgesehen, um den relativ geringen Hub des piezoelektrischen Aktors zu einem größeren Hub der Ventilnadel zu transformieren. Zur Kompression des hydraulischen Mediums der Übersetzungseinrichtung und zum Ausgleich von Leckage- Verlusten dient ein spezieller Druckspeicher, beispielsweise in Form eines extern vorgesehenen Druckreservoirs . Dies erfordert einen zusätzlichen Anschluß für dieses Druckreservoir oder andere Maßnahmen zur Realisierung des Druckspeichers .
Die bisher bekannten Brennstoffeinspritzventile mit piezoelektrischen Aktoren dienen hauptsächlich zum Einspritzen von Brennstoff in eine selbstzündende Brennkraftmaschine, insbesondere zum Einspritzen von Dieselbrennstoff. Die dabei auftretenden Betriebsdrücke sind relativ hoch und verhinderten bislang eine kompaktere, platzsparende Bauweise.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich aufgrund der Führung der Brennstoffleitung durch den rohrförmig ausgebildeten Aktor hindurch eine äußerst kompakte Bauweise ergibt. Während der Brennstoff bei den bekannten Brennstoffeinspritzventilen seitlich an dem Aktor vorbeigeführt wird, was zu einer breiteren Bauform führt, oder stromabwärts des Aktors zugeführt wird, was für den Anschluß der Brennstoffleitung in der Regel ungünstig ist, ergibt sich mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung eine zentral geführte Brennstoffleitung mit der Möglichkeit, den Brennstoffeinlaßstutzen an dem dem Ventilschließkörper gegenüberliegenden Ende des Brennstoffeinspritzventils vorzusehen. Das Gehäuse kann mit relativ geringer Wandstärke ausgebildet werden, da die Brennstoffleitung nicht wie beim Stand der Technik in dem Gehäuse seitlich an dem Aktor vorbeigeführt werden muß.
Durch die kompakte Bauweise ergeben sich ferner kurze Ansaugwege für den Brennstoff, so daß Kavitationsprobleme vermieden werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In vorteilhafter Weise erstreckt sich die Ventilnadel durch den rohrförmigen Aktor hindurch, wobei eine axiale Längs- Öffnung der Ventilnadel einen Abschnitt der Brennstoff- leitung bildet. Die Ventilnadel übernimmt dabei sowohl die Funktion der Betätigung des Ventilschließkörpers als auch die Funktion der Brennstoffleitung.
Es ist besonders vorteilhaft, die Ventilnadel zweiteilig auszubilden und mittels einer Schweißnaht oder eines Kupplungsstücks zu verbinden. Auf diese Weise kann ein abspritzseitiger Ventilnadelabschnitt abspritzseitig in das Brennstoffeinspritzventil und ein Zulaufseitigerr Ventilnadelabschnitt zulaufseitig in das Brennstoffeinspritzventil eingesetzt werden, wobei die beiden Ventilnadelabschnitte anschließend miteinander verbunden werden. Dabei kann ein Flansch, welcher der Abstützung einer Rückstellfeder dient, an dem zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt bereits vormontiert werden.
Vorteilhaft ist der Aktor von einem Vorspannelement radial umgeben. Gegenüber der beim Stand der Technik üblichen axialen Anordnung des Vorspannelements ergibt sich durch diese Maßnahme eine kompaktere Bauweise. Es ist besonders vorteilhaft, als hydraulisches Medium für die Übersetzungseinrichtung den in der Brennstoffleitung geführten Brennstoff zu verwenden. Ein spezielles, hydrau- lisches Medium, beispielsweise Öl, ist für die Übersetzungseinrichtung dann nicht erforderlich. Eventuelle Leckage-Verluste werden durch einen automatischen NachfüllVorgang ausgeglichen. Außerdem besteht nicht die Gefahr einer Verunreinigung des Brennstoffs mit einem andersartigen hydraulischen Medium, beispielsweise Hydrauliköl .
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils ;
Fig. 2 einen axialen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und
Fig. 3 den Ausschnitt III in Figur 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt in einer axialen Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff, insbesondere von Benzin, in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine als sogenanntes Benzin-Direkt- Einspritzventil. Das erfindungsgemäße Brennstoff- einspritzventil 1 eignet sich jedoch selbstverständlich auch für andere Anwendungsfälle. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen mittels einer Ventilnadel 2 betätigbaren Ventilschließkörper 3 auf. Die Ventilnadel 2 gliedert sich in einen zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a und einen abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b. Der Ventilschließkörper 3 ist im Ausführungsbeispiel mit dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b einteilig ausgebildet. Das in Figur 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil ist ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Der Ventilschließkörper 3 weist einen kegelstumpfför igen, sich in Abspritzrichtung erweiternden Abschnitt 4 auf. Der Ventilschließkörper 3 wirkt mit einer an einem ersten Gehäusekörper 5 ausgebildeten Ventilsitzfläche 27 zu einem Dichtsitz zusammen.
Die Zuführung des Brennstoffs erfolgt über einen in einem zweiten Gehäusekδrper 6 ausgebildeten Brennstoffeinlaßstutzen 7. Der Brennstoff strömt über eine in dem zweiten Gehäusekörper 6 zur Aufnahme einer Rückstellfeder 9 vorgesehene Kammer 8 in den rohrförmig ausgebildeten zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a. Der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt 2a und der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt 2b weisen eine Längsöffnung 10 auf, wobei sich die Längsöffnung 10 über die gesamte axiale Längserstreckung des zulaufseitigen VentilnadelabSchnitts 2a und nur abschnittsweise axial in dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b erstreckt. An die Längsöffnung 10 schließt sich eine Radialbohrung 11 an, die die Längsöffnung 10 mit einer Ausnehmung 12 in dem ersten Gehäusekörper 5 verbindet. Die Ventilnadel 2 bildet daher einen Abschnitt einer von dem Brennstoffeinlaßstutzen 7 zu dem von dem Ventilschließkörper 3 und der Ventilsitzfläche 27 gebildeten Dichtsitz führenden Brennstoffleitung. Der Brennstoff strömt in der Ausnehmung 12 von der Radialbohrung 11 der Ventilnadel 2 bis zu dem von dem Ventilschließkörper 3 und der Ventilsitzfläche 27 gebildeten Dichtsitz und wird dort bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 abgespritzt. Zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 dient ein erfindungsgemäß rohrförmig ausgebildeter Aktor 13. Der Aktor 13 umschließt den zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a und somit einen in der Ventilnadel 2 geführten Abschnitt der Brennstoffleitung. Der rohrförmige Aktor 13 besteht aus mehreren gestapelt angeordneten piezoelektrischen Keramikplättchen, die jeweils mit Elektroden versehen sind, um die einzelnen Keramikplättchen des Aktors 13 mit einer elektrischen Spannung zu beaufschlagen. Bei Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung dehnt sich der Aktor 13 aus. Der Aktor 13 stößt sich dabei über einen ersten Flansch 14 an dem zweiten Gehäusekörper 6 ab und wirkt über einen zweiten Flansch 15 auf einen Übersetzerkolben 16 ein. Der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt 2a und der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt 2b sind im Ausführungsbeispiel durch eine Schweißnaht 17 miteinander verbunden. Damit die Schweißnaht 17 bei der Montage für ein Schweißwerkzeug zugänglich ist, weist der Übersetzerkolben 16 mehrere umfänglich verteilt angeordnete Radialbohrungen 18 auf.
Der Aktor 13 wird radial von einem Vorspannelement 19 umgeben, das im Ausführungsbeispiel als gewelltes Zugfederband ausgebildet ist. Das Vorspannelement 19 ist zwischen dem ersten Flansch 14 und dem zweiten Flansch 15 eingespannt und erzeugt eine axiale Vorspannung für den Aktor 13.
Beim Betätigen des Aktors 13 dehnt sich der Aktor 13 aus und verschiebt über den zweiten Flansch 15 den Übersetzerkolben 16 in Richtung auf den Ventilschließkörper 3 in Fig. 1 nach unten. Der Übersetzerkolben 16 und die Ventilnadel 2 wirken über eine Übersetzungseinrichtung 20 zusammen. Die Übersetzungseinrichtung 20 besteht aus einer mit einem hydraulischen Medium gefüllten Übersetzerkammer 21, an welche der Übersetzerkolben 16 mit einer ersten Fläche AI und die Ventilnadel 2 mit einer zweiten Fläche A2 angrenzen. Dabei ist die zweite Fläche A2 der Ventilnadel 2 kleiner als die erste Fläche AI des Übersetzerkolbens 16. Das bei einer Verschiebung des Übersetzerkolbens 16 verdrängte hydraulische Medium führt daher zu einer Verschiebung der Ventilnadel 2 in Richtung auf den Ventilschließkörper 3 in Fig. 1 nach unten, wobei der Hub der Ventilnadel 2 gegenüber dem Betätigungshub des Übersetzerkolbens 16 aufgrund des Verhältnisses der Flächen AI und A2 größer ist. Auf diese Weise läßt sich ein befriedigender Ventilhub erzielen. Nach Abschalten der den Aktor 13 betätigenden elektrischen Spannung zieht sich der Aktor 13 wieder zusammen bzw. wird durch das Vorspannelement 19 zusammengepreßt. Die Ventilnadel 2 wird deshalb nicht weiter mit einer in Öffnungsrichtung wirkenden Betätigungskraft beaufschlagt und die zwischen dem zweiten Gehäusekörper 6 und einem über eine Schweißnaht 22 mit der Ventilnadel 2 verbundenen Flansch 23 eingespannte Rückstellfeder 9 verschiebt die Ventilnadel 2 und den Ventilschließkörper 3 in Fig. 1 nach oben in die Schließstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 zurück.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 zeichnet sich durch eine äußerst kompakte Bauweise aus. Die Führung der Brennstoffleitung erfolgt im Bereich des Aktors 13 konzentrisch zu der Längsachse 24 durch den rohrförmig ausgebildeten Aktor 13 hindurch. Es ist daher nicht erforderlich, in den Gehäusekörpern 5 und 6, wie beim Stand der Technik üblich, die Brennstoffleitung zu integrieren, so daß sich insgesamt eine schlankere und kompaktere Bauweise ergibt .
Zwar ist die von dem rohrfδrmigen Aktor 13 ausgeübte Betätigungskraft vergleichsweise geringer als bei einem Aktor mit nicht zentral durchbohrten Keramikplättchen, jedoch sind die bei Brennstoffeinspritzventilen zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, insbesondere sogenannten Benzin-Direkt-Einspritzventilen, auftretenden Brennstoffdrücke geringer als bei Brennstoffeinspritzventilen für selbstzündende Brennkraftmaschinen, beispielsweise Diesel-Einspritzventilen. Entsprechend ist die erforderliche Betätigungskraft Vergleichs- weise geringer, so daß die von dem rohrförmigen Aktor 13 ausgeübte Betätigungskraft zumindest für diesen bevorzugten Anwendungsfall vollkommen ausreichend ist.
Als hydraulisches Medium für die Übersetzungseinrichtung 20 kommt vorteilhaft der in dem Brennstoffeinspritzventil 1 geführte Brennstoff zum Einsatz. Dies hat den Vorteil, daß ein spezielles hydraulisches Medium, beispielsweise Hydrauliköl, nicht erforderlich ist und den Brennstoff nicht verunreinigen kann. Über Leckage-Verluste entweichendes hydraulisches Medium kann automatisch nachgefüllt werden. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Nachfüllung quasi-statisch über einen Führungsspalt 26 zwischen der Ventilnadel 2 und dem ersten Gehäusekörper 5. Der Führungsspalt 26 ist dabei jedoch so eng zu bemessen, daß bei der Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 das sich in der Übersetzerkammer 21 befindliche hydraulische Medium über den Führungsspalt 26 nicht oder nur praktisch vernachlässigbar entweichen kann.
Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoff- einspritzventils 1. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, um die Zuordnung zu erleichtern. Auf eine wiederholende Beschreibung wird insoweit verzichtet .
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ventilnadel 2 zweiteilig aus einem zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a und einem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b zusammengesetzt. An dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b ist im Ausführungsbeispiel einstückig der Ventilschließkörper 3 angeformt. Der Ventilschließkörper 3 weist einen zylinder- förmigen Abschnitt 40 auf, an welchem zur besseren umfänglichen Verteilung des Brennstoffs wenigstens eine Drallnut 41 vorgesehen ist. An den zylinderförmigen Abschnitt 40 schließt sich in Strömungsrichtung ein kegelförmiger Abschnitt 42 des Ventilschließkδrpers 3 an, der mit einer an einem Düsenkörper 43 ausgebildeten Ventilsitzfläche 27 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 hebt der Ventilschließkörper 3 von der Ventilsitzfläche 27 in Fig. 2 nach oben ab und gibt eine Abspritzöffnung 45 frei. Der Düsenkörper 43 ist mittels einer Spannmutter 46, welche über ein Gewinde 47 mit dem Gehäusekörper 6 verschraubt ist, gegen eine Zwischenscheibe 48 verspannt.
Der Zufluß des Brennstoffs erfolgt über einen in einem Zulaufabschnitt 49 vorgesehenen Brennstoffeinlaßstutzen 7. Der Brennstoff strömt weiter in die Kammer 8 zur Aufnahme der Rückstellfeder 9 für die Ventilnadel 2. Die Rückstellfeder 9 ist zwischen dem in den Gehäusekörper 6 über ein Gewinde 50 einschraubbaren Zulaufabschnitt 49 und einem mit der Ventilnadel 2 fest verbundenen Flansch 23 eingespannt und spannt die Ventilnadel 2 und den Ventilschließkörper 3 gegen die Ventilsitzfläche 27 in Schließrichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 vor. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Ventilnadel 2 eine Längsöffnung 10 auf, die einen Abschnitt der Brennstoffleitung bildet. Über Radialbohrungen 60 strömt der Brennstoff in eine Ausnehmung 51 des Düsenkörpers 43 und über die wenigstens eine Drallnut 41 weiter zu dem Dichtsitz .
Auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aktor 13 rohrförmig ausgebildet und durch ein Vorspannelement 19 zwischen einem ersten Flansch 14 und einem zweiten Flansch 15 eingespannt. Bei Beaufschlagen des Aktors 13 mit einer elektrischen Spannung dehnt sich dieser aus und verschiebt einen Übersetzerkolben 16 in Fig. 2 nach oben in Richtung auf den Brennstoffeinlaßstutzen 7. Das hydraulische Medium in einer Übersetzerkammer 21 eines hydraulischen Übersetzers 20 wird daher verdrängt und verschiebt den Flansch 23 und somit die Ventilnadel 2 in Fig. 2 nach oben, so daß der Ventilschließkörper 3 von der Ventilsitzfläche 27 abhebt und die Abspritzöffnung 4.5 freigibt .
Nach Abschalten der den Aktor 13 beaufschlagenden elektrischen Spannung zieht sich dieser wieder zusammen bzw. wird von dem den Aktor 13 umgebenden Vorspannelement 19 zusammengedrückt, und die Ventilnadel 2 wird durch die Rückstellfeder 9 in Fig. 2 nach unten verschoben, bis der Ventilschließkörper 3 wieder an der Ventilsitzfläche 27 anliegt. Zu betonen ist, daß durch das erfindungsgemäß ausgebildete Brennstoffeinspritzventil 1 sich sowohl beim Öffnen als auch Schließen sehr kurze Schaltzeiten realisieren lassen.
Die Montage des in Fig. 2 dargestellten Brennstoff- einspritzventils 1 erfolgt in der Weise, daß zunächst sämtliche von dem Gehäusekörper 6 aufgenommenen Bauteile vormontiert werden. Schließlich wird der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt 2b über ein noch näher zu beschreibendes Kupplungsstück 52 mit dem zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a verbunden. Nachfolgend wird der Düsenkörper 43 aufgesetzt und mittels der Spannmutter 46 verspannt .
Die Verbindung des zulaufseitigen Ventilnadelabschnitts 2a mit dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt. Dabei zeigt Fig. 3 den Ausschnitt III in Fig. 2.
ie bereits beschrieben weist der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt 2a eine axiale Längsöffnung 10 auf, die über Radialbohrungen 60 ausmündet. Wie aus Fig. 3 besser zu erkennen, münden die Radialbohrungen 60 in Nuten 53 aus, die jeweils im Angrenzungsbereich zwischen den beiden Ventilnadelabschnitten 2a und 2b ausgebildet sind, um eine bessere radiale Verteilung des Brennstoffs zu gewährleisten. Durch das Kupplungsstück 52 sind Radialbohrungen 54 hindurchgeführt, so daß der Brennstoff letztlich in die Ausnehmung 51 des Düsenkörpers 43 gelangt. Zur Verbindung der beiden Ventilnadelabschnitte 2a und 2b weist der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt 2a eine erste Nut 55 auf, während der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt 2b eine zweite Nut 56 aufweist, die jeweils am äußeren Umfang vorgesehen sind. Das Kupplungsstück 52 hat nach innen vorspringende Rastnasen 57 und 58, die in die Nuten 55 und 56 rastend eingreifen. Somit ist eine Rastverbindung zwischen den beiden Ventilnadelabschnitten 2a und 2b gegeben, der die montagefreundliche Zusammensetzung des Brennstoffeinspritzventils 1 ermöglicht.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs- beispiele beschränkt. Das Konzept der zentralen Führung der Brennstoffleitung durch den rohrförmig ausgebildeten Aktor 13 hindurch ist auch bei einer Vielzahl baulich anders ausgestalteter Brennstoffeinspritzventile realisierbar. Anstatt des piezoelektrischen Aktors 13 kann auch ein magnetostriktiver Aktor verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraft- maschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (13) , einem von dem Aktor (13) mittels einer Ventilnadel (2) betätigbaren Ventilschließkörper (3) , der mit einer Ventilsitzfläche (27) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einer von einem Brennstoffeinlaßstutzen (7) bis zu dem Dichtsitz führenden Brennstoffleitung (8, 10, 11, 12, 51, 60) , dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (13) rohrförmig ausgebildet ist und die Brennstoffleitung (8, 10, 11, 12, 51, 60) zumindest abschnittsweise umschließt.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ventilnadel (2) durch den rohrförmigen Aktor (13) hindurch erstreckt und eine axiale Längsöffnung (10) aufweist, so daß die Ventilnadel (2) einen Abschnitt der Brennstoffleitung (8, 10, 11, 12, 51, 60) bildet.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (2) zweiteilig ausgebildet ist und einen zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt (2a) sowie einen mit dem Ventilschließkörper (3) verbundenen oder mit diesem einteilig ausgebildeten abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt (2b) aufweist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt (2a) einen Flansch (23) aufweist, an welchem sich eine Rückstellfeder (9) abstützt.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt (2a) und der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt (2b) durch eine
Schweißnaht (17) miteinander verbunden sind.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt (2a) und dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt (2b) ein Kupplungsstück (52) vorgesehen ist, das eine erste Rastnase
(57) , die in eine Nut (55) des zulaufseitigen Ventilnadelabschnitts (2a) einrastet, und eine zweite Rastnase
(58) , die in eine Nut (56) des abspritzseitigen Ventilnadelabschnitts (2b) einrastet, aufweist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (13) vom einem Vorspannelement (19) radial umgeben ist .
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aktor (13) und der Ventilnadel (2) eine hydraulische Übersetzungseinrichtung (20) vorgesehen ist, auf welche der Aktor (13) über einen Übersetzerkolben (16) einwirkt .
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungseinrichtung (20) ein hydraulisches
Medium aufweist, das über eine erste Fläche (AI) mit dem Übersetzerkolben (16) und über eine gegenüber der ersten
Fläche (AI) kleinere zweite Fläche (A2) mit der Ventilnadel
(2) in Verbindung steht.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Medium der Übersetzungseinrichtung (20) in der Brennstoffleitung (8, 10, 11, 12, 51, 60) geführter Brennstoff ist.
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