WO2000079121A1

WO2000079121A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: WO2000079121A1
Application number: PCT/DE2000/001727
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Ruehle; Hubert Stier; Matthias Boee; Guenther Hohl; Norbert Keim
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1999-06-19
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2000-12-28
Also published as: EP1105638B1; DE50009023D1; US6517014B1; JP2003502574A; EP1105638A1; DE19928205A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, weist einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (32) und einen von dem Aktor (32) mittels einer Ventilnadel (10) betätigbaren Ventilschließkörper (11), der mit einer Ventilsitzfläche (12) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Dabei liegt der Aktor (32) an einer ersten Stirnseite (33) an einem Stützkörper (20) an, der zumindest eine Aussparung (24a, 24b, 24c) aufweist, durch die zumindest ein Segment (25a, 25b, 25c) einer Betätigungshülse (26) ragt. Die Betätigungshülse (26) wirkt an einem ersten Ende (27) auf die Ventilnadel (10) ein und umgreift an einem zweiten Ende (29) den Aktor (32) an einer von der ersten Stirnseite (33) des Aktors (32) abgewandten zweiten Stirnseite (34) des Aktors (32).

Claims

BrennstoffemspπtzventilStand der TechnikDie Erfindung geht aus von einem Brennstoffemspπtzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .Aus der DE 195 34 445 C2 ist ein Brennstoffemspπtzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs bekannt. Das aus dieser Druckschrift hervorgehende Brennstoffemspritzventil weist einen m einem Aktorraum angeordneten Aktor und einen von dem Aktor mittels einer Ventilnadel betatigbaren Ventilschließkorper, der mit einer Ventilsitzflache zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Die Ventilnadel ist formschlussig mit einer Druckschulter verbunden, über welche der Aktor entgegen der Kraft einer Druckfeder auf -die Ventilnadel einwirkt. Dabei sind die Druckschulter und die Ventilnadel m einem Ventilgehause gefuhrt. Der Aktor weist e le mittige Aussparung auf, ^urch welche die Ve-tilnadel hindurch ragt, wobei sich der Aktor einerseits an einer Druckplatte und andererseits an der Druckschulter abstutzt. Bei einer Ausdehnung des Aktors wird die Ventilnadel entgegen der Abspritzrichtung betätigt.Nachteilig bei dem aus der DE 195 34 445 C2 bekannten Brennstoffemspritzventil ist, daß der Aktor zum Erreichen der Bewegungsumkehr eine mittige Aussparung aufweist. Für diese Ausfuhrungsform müssen daher spezielle Aktoren gefertigt werden, wobei diese Fertigung zudem aufwendig ist. Außerdem muß der Aktor insbesondere m Bezug auf Stabilität und Betatigungskraft bestimmte vorgegebene Kennwerte erreichen, was durch die mittige Bohrung erschwert wird, so daß der kreisπngformige Aktor im Vergleich zu einem massiven Aktor einen erheblich größeren Durchmesser aufweist .Zusammengefaßt ist die bekannte mechanische Ubersetzungsemrichtung zum Betatigen eines innenoffnenden Brennstoffemspritzventils mittels eines Aktors aufwendig.Vorteile der ErfindungDas erfmdungsgemaße Brennstoffemspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß beliebige Aktoren, insbesondere massive Aktoren ohne Innenbohrung verwendet werden können. Außerdem laßt sich das erfmdungsgemaße Brennstoffemspritzventil mit einfachen Bauteilen realisieren, so daß sich zudem Produktionskosten einsparen lassen.Durch die den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffemspritzventils möglich.In vorteilhafter Weise ist der Stutzkorper scheibenförmig ausgebildet. Dadurch liegt der Aktor mit einer ebenen ersten Stirnsei e plan an einer Flache des Stutzkorpers an.In vorteilhafter Weise ist der Stutzkorper, vorzugsweise durch Schweißen, an einem Ventilgehause des Brennstoffemspritzventils befestigt. Dadurch st eine einfache Ausfuhrungsform gegeben, bei der sich be einer Betätigung des Aktors die Betatigungshulse gegen den ortsfest im Ventilgehause befestigten Stutzkorper bewegt.Vorteilhaft ist es, daß die Betatigungshulse drei Bezug auf eine Achse der Betatigungshulse zumindest naherungsweise um 120° versetzt zueinander angeordnete Segmente aufweist. Dadurch ist eine Betatigungshulse gegeben, bei der mit einem geringen baulichen Aufwand eine gleichmaßige Verteilung einer Betatigungskraft des Aktors über den Umfang der Betatigungshulse gegeben ist.Vorteilhaft ist es auch, daß der Stutzkorper drei Bezug zu einer Ventilachse des Brennstoffemspritzventils zumindest naherungsweise um 120° versetzt zueinander angeordnete Aussparungen aufweist und daß durch jede Aussparung zumindest ein Segment der Betatigungshulse ragt. Dadurch ist ein Stutzkorper gegeben, der über den Umfang der Betatigungshulse gleichmäßig verteilte Aussparungen und gleichzeitig eine hohe Stabilität zur Aufnahme der Betatigungskraft des Aktors aufweist.In vorteilhafter Weise sind die Segmente der Betatigungshulse an dem ersten Ende der Betatigungshulse mit einer mit der Ventilnadel verbundenen Ventilnadelplatte verbunden. Dadurch ist eine einfache Ausfuhrungsform gegeben, bei der der Aktor direkt über die Betatigungshulse auf die Ventilnadel einwirkt.Vorteilhaft ist es, daß die Betatigungshulse an dem zweiten Ende der Betatigungshulse eine Anlageplatte aufweist, die mit den Segmenten der Betatigungshulse verbunden ist.Dadurch ist eine Ausgestaltung der Betatigungshulse gegeben, die baulich einfach zu realisieren ist. Außerdem bildet dieAnlageplatte eine ebene Flache, ar der ein Aktor mit e ner ebenen zweiten Stirnseite plan anliegt, wodurch eine vorteilhafte Übertragung der Betatigungskraft des Aktors auf die Betatigungshulse gegeben ist.In vorteilhafter Weise ist der Aktor von einer über die Anlageplatte der Betatigungshulse auf den Aktor einwirkenden Vorspannfeder mit einer Vorspannung beaufschlagt . Dadurch ist eine kompakte Bauweise des Brennstoffemspritzventils gegeben. In vorteilhafter Weise sind die Betätigungshülse und/oder die Druckplatte durch Kaltumformung eines metallischen Werkstoffes hergestellt. Dadurch sind die Betätigungshülse und/oder die Druckplatte alterungsbeständig und hitzeunempfindlich ausgeführt, wobei zusätzlich eine vorteilhafte Abfuhr der beim Betätigen des Aktors entstehenden Wärme von dem Aktor an ein Ventilgehause des Brennstoffemspritzventils und den Brennstoff gegeben ist. Außerdem ist diese Herstellung kostengünstig.ZeichnungEin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils , undFig. 2 einen Schnitt entlang der in Fig. 1 mit II bezeichneten Schnittlinie.Beschreibung des AusführungsbeispielsFig. 1 zeigt in - einer auszugsweisen 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 Benzindirekteinsprit zventil . Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfalle .Um bei einem Brennstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraυ einer Brennkraftmaschine eine gewünschte Brennstoffmenge und eine gewünschte Brennstoffverteilung in dem Brennxaum der Brennkraftmaschine zu erreichen, ist es sinnvoll, das Brennstoffeinspritzventil 1 als innenöffnendes Einsprit zventil 1 auszuführen.Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2, einen an dem abspritzseitigen Ende des Ventilgehäuses 2 befestigten Ventilsitzkörper 3 und einen Ventildeckel 4, der mit dem Ventilgehause 2 an dem dem Ventilsitzkörper 3 gegenüberliegenden Ende des Ventilgehäuses 2 verbunden ist, auf. Das Ventilgehäuse 2 weist außerdem eine Aussparung 5 auf, durch die ein seitlich an dem Brennstoffeinspritzventil 1 angeordneter Brennstoffeinlaßstutzen gegeben ist. Um einen über die Aussparung 5 in einen Brennstoffräum 6 des Ventilgehäuses 2 einfließenden Brennstoff am Eindringen in einen Aktorraum 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 zu hindern, ist der Brennstoffräum 6 gegenüber dem Aktorraum 7 mit einem Dichtelement 8, insbesondere mit einer ringförmigen Kunststoffdichtung, die aus einem Elastomer bestehen kann, abgedichtet. Dabei liegt das Dichtelement 8 an einer Innenfläche 9 des Ventilgehäuses 2 und an einer Ventilnadel 10 an. Die Ventilnadel 10 ist mit einem Ventilschließkörper 11 verbunden, der mit einer an dem Ventilsitzkörper 3 ausgebildeten Ventilsitzfläche 12 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei einer Betätigung der Ventilnadel 10 hebt der Ventilschließkörper 11 von der Ventilsitzfläche 12 des Ventilsitzkörpers 3 ab, wodurch der Brennstoff aus dem Brennstoffräum 6 vorzugsweise über nicht eingezeichnete Drallnuten, die in der Ventilnadel 10 und/oder .dem Ventilschließkörper 11 ausgebildet sind, in. eine Abspritzöffnung 13 fließt und aus dieser aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 abgespritzt wird.In dem Aktorraum 7 befindet sich ein scheibenförmiger Stützkörper 20, der mit einer Schweißnaht 21 an das Ventilgehäuse 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 angeschweißt ist. Dabei ist eine Anlagefläche 22 des Ξtützkörpers 20 senkrecht zu einer Ventilachse 23 des Brennstoffeinspritzventils 1 orientiert. Der Stützkörper 20 weist drei Aussparungen 24a, 24b, 24c auf, von denen in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 nur die Aussparung 24a sichtbar ist. Durch jede der Aussparungen 24a, 24b, 24c ragt eines der Segmente 25a, 25b, 25c einer Betatigungshulse 26, wobei in der Schnittdarstellung nur das Segment 25a sichtbar ist. Die Betatigungshulse 26 ist an einem ersten Ende 27 der Betätigungshülse 26 mit einer Ventilnadelplatte 28 verbunden, wobei die Ventilnadelplatte 28 mit der Ventilnadel 10 verbunden ist. An einem zweiten Ende 29 der Betatigungshulse 26 weist die Betatigungshulse 26 eine Anlageplatte 30 auf, die mit den Segmenten 25a, 25b, 25c der Betatigungshulse 26 verbunden ist. Dabei ist eine Anlagefläche 31 der Anlageplatte 30 senkrecht zu der Ventilachse 23 orientiert.In dem Aktorraum 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist ein piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor 32, der längs der Ventilachse 23 orientiert ist, zwischen dem Stützkörper 20 und der Anlageplatte 30 angeordnet. An einer ebenen ersten Stirnseite 33 des Aktors 32 liegt der Aktor 32 plan an der ebenen Anlagefläche 22 des Stützkörpers 20 an. An der ebenen zweiten Stirnseite 34 des Aktors 32 liegt der Aktor 32 plan an der ebenen Anlagefläche 31 der Anlageplatte 30 an. Dabei sind die erste Stirnseite 33 und die zweite Stirnseite 34 voneinander abgewandt und jeweils senkrecht zu der Ventilachse 23 orientiert. Die Segmente 25a, 25b, 25c der -Betatigungshulse 26 sind um eine Mantelfläche 35 des Aktors 32 angeordnet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Segmente 25a, 25b, 25c an der Mantelfläche 35 des Aktors 32 anliegen. Oϊ. die Segmente 25a, 25b, 25c zumindest n herungsweise parallel zu der Ventilachse 23 orientiert sind, sind die Segmente 25a, 25b, 25c zumindest naherungsweise senkrecht zu der Anlageplatte 30 und dem scheibenförmigen Stützkörper 20 orientiert, wodurch die Betätigungshülse 26 den Aktor 32 an der zweiten Stirnseite 34 des Aktors 32 mit der Anlageplatte 30 der Betätigungshülse 26 umgreift.In dem Aktorraum 7 ist außerdem eine Druckfeder 40 angeordnet, die sich einerseits an dem mit dem Ventilgehäuse 2 verbundenen Ventildeckel 4 und andererseits an der Anlageplatte 30 der Betatigungshulse 26 abstützt. Mit der Druckfeder 40 wird der Aktor 32 mit einer Vorspannung beaufschlagt, wobei die Druckfeder 40 auf die Anlageplatte 30 der Betätigungshülse 26 Richtung des aus dem Ventilschließkörper 11 und der Vent-ilsitzflache 12 des Ventilsitzkörpers 3 gebildeten Dichtsitzes einwirkt .Bei Betätigung des Aktors 32 dehnt sich dieser aus, wobei er sich an dem mit dem Ventilgehause 2 des Brennstoffe spritzventils 1 verbundenen Stützkörper 20 abstützt und somit die Betätigungshülse 26 entgegen der Kraft der Druckfeder 40 m dem Aktorraum 7 verschiebt. Dabei wirkt der Aktor 32 auf die Anlageplatte 30 der Betatigungshulse 26 ein, die über die Segmente 25a, 25b, 25c mit der Vencilnadelplatte 28 verbunden ist. Daher wirkt der Aktor 32 über die Betatigungshulse 26 auf den Ventilschließkörper 11 der Ventilnadel 10 ein, wodurch sich bei einer Betätigung des Aktors 32 der Ventilschließkörper 11 von der Ventilsitzfläche 12 des Ventilsitzkόrpers 3 abhebt und der Dichtsitz geöffnet wird. Da bei einer Betätigung des Aktors 32 die Betatigungshulse 26 entgegen der Abspritzrichtung 41 des Brennstoffemspritzventils 1 bewegt wird, wird auch der Ventilschließkörper 11 entgegen der Abspritzrichtung 41 beweg .Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffemspritzventil 1 wird daher eine Betätigungsrichtung 42 des Aktors 32 dem Sinne umgekehrt, daß die Betatigungsπchtung 42 des Aktors 32 entgegen der Abspritzrichtung 41 orientiert ist.Fig. 2 zeigt einen senkrecht zu der Ventilachse 23 orientierten Schnitt durch das Brennstoffe spritzventil 1 entlang der Fig. 1 mit II bezeichneten Schnittlinie. Dabei sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.Der scheibenförmige Stützkörper 20 ist mit einer diesem Ausführungsbeispiel dreiteilig ausgebildeten Schweißnaht 21 8 mit dem Ventilgehause 2 des Brennstoffemspritzventils 1 verbunden. Die Verbindung kann auch über einzelne Schweißpunkte oder auf andere Weise, z. B. durch Hartlöten bzw. Bördeln, erfolgen. Außerdem kann in dem Ventilgehäuse 2 ein Bund ausgebildet sein, der eine Abstützflache aufweist, an dem der Stützkörper 20 entgegen der Betatigungskraf des Aktors 32 abgestützt wird, so daß der Stützkörper 32 auch ohne eine Stoffschlüssige Befestigung in dem Ventilgehäuse 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet sein kann.Der Stützkörper 20 weist Aussparungen 24a, 24b, 24c auf, die in Bezug auf die Ventilachse 23 zumindest naherungsweise um 120° versetzt zueinander angeordnet sind. Durch die Aussparungen 24a, 24b, 24c ragt je eines der Segmente 25a, 25b, 25c der Betatigungshulse 26. Dabei sind die Segmente 25a, 25b, 25c der Betätigungshülse 26 Bezug auf eine in diesem Ausführungsbeispiel mit der Ventilachse 23 zusammenfallende Achse der Betatigungshulse 26 zumindest näherungsweise um 120° versetzt zueinander angeordnet. Es können auch mehrere Segmente der Betatigungshulse 26 durch eine Aussparung des Stützkörpers 20 ragen. Außerdem kann eine andere Anzahl an Aussparungen des Stützkörpers 20 und/oder an Segmenten der Betatigungshulse 26 vorgesehen sein. Um den Stützkörper 20 besonders materialsparend auszubilden, kann der Stützkörper 20 auch profiliert, insbesondere als profiliertes Metallblech ausgebildet sein, so daß die Anlagefläche 22 des Stützkörpers 20 nicht mehr vollständig eben ausgebildet ist.Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann die Erfindung auch bei einem außenöffnenden Brennstoffeinspritzventil 1 zur Anwendung kommen. Außerdem ist ein besonderer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß verschiedenste Aktoren verwendet werden können. Dabei kann je nach Ausbildung der ersten Stirnseite 33 und der zweiten Stirnseite 34 des Aktors 32 eine Anpassung der Anlagefläche 22 des Stützkörpers 20 und der Anlagefläche 31 der Anlageplatte 30 erfolgen, so daß ein beliebig ausgebildeter Aktor 32 zuverlässig zwischen der Betätigungshülse 26 und dem Stützkörper 20 eingespannt werden kann. Ansprüche

1. Brennstoffe spritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (32) und einem von dem Aktor (32) mittels einer Ventilnadel (10) betatigbaren Ventilschließkörper (11) , der mit einer Ventilsitzflache (12) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (32) an einer ersten Stirnseite (33) an einem Stutzkorper (20) anliegt, der zumindest eine Aussparung (24a, 24b, 24c) aufweist, durch die zumindest ein Segment (25a, 25b, 25c) einer Betatigungshulse (26) ragt, daß die Betatigungshulse (26) an einem ersten Ende (27) auf die Ventilnadel (10) einwirkt und an einem zweiten Ende (29) den Aktor (32) an einer von der ersten Stirnseite (33) des Aktors (32) abgewandten zweiten Stirnseite (34) des Aktors (32) umgreift

2. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzkorper (20) scheibenförmig ausgebildet ist.

3. Brennstoffe spritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzkorper (20), vorzugsweise durch Schweißen, an einem Ventilgehause (2) des Brennstoffemspritzventils (1) befestigt ist.

4. Brennstoffe spritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betatigungshulse (26) drei m Bezug auf eine Achse der Betatigungshulse (26) zumindest naherungsweise um 120° versetzt zueinander angeordnete Segmente (25a, 25b, 25c) aufweist .

5. Brennstoffe spritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzkorper (20) drei Bezug auf eine Ventilachse (23) des Brennstoffemspritzventils (1) zumindest näherungsweise um 120° versetzt zueinander angeordnete Aussparungen (24a, 24b, 24c) aufweist und daß durch jede Aussparung (24a, 24b, 24c) zumindest ein Segment (25a, 25b, 25c) der Betätigungshülse (26) ragt.

6. Brennstoffemspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (25a, 25b, 25c) der Betatigungshulse (26) an dem ersten Ende (27) der Betatigungshulse (26) mit einer mit der Ventilnadel (10) verbundenen Ventilnadelplatte (28) verbunden sind.

7. Brennstoffemspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungshülse (26) an dem zweiten Ende (29) der Betätigungshülse (26) eine Anlageplatte (30) aufweist, die mit den Segmenten (25a, 25b, 25c) der Betätigungshülse (26) verbunden ist .

8 . Brennstof femspritzventil nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , daß der Aktor (32) von einer über die Anlageplatte (30) der Betätigungshülse (26) auf den Aktor (32) einwirkenden Druckfeder (40) mit einer Vorspannung beaufschlagt ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungshülse (26) und/oder der Stützkörper (20) durch Kaltumformung eines metallischen Werkstoffes hergestellt sind.