WO2001012978A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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fuel injection
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Wolfgang Ruehle
Hubert Stier
Matthias Boee
Guenther Hohl
Norbert Keim
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Robert Bosch Gmbh
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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
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • the fuel injector resulting from this document has an actuator arranged in an actuator space and a valve closing body which can be actuated by the actuator by means of a valve needle and which cooperates with a valve seat surface to form a sealing seat.
  • the valve needle is positively connected to a pressure shoulder, via which the actuator acts against the force of a compression spring on the valve needle.
  • the pressure shoulder and the valve needle are guided in a valve housing.
  • the actuator has a central recess in which the valve needle is arranged centrally. The actuator is supported on the one hand on a pressure plate and on the other hand on the pressure shoulder. When the actuator expands, the valve needle is actuated counter to the spray direction.
  • a disadvantage of the fuel injector known from DE 195 34 445 C2 is that the actuator has a central recess through which the movement reversal is achieved.
  • special Actuators are manufactured, the manufacture of which is also complex.
  • the central bore makes it difficult to achieve predetermined parameters in terms of stability and operating force.
  • a ring-shaped actuator must therefore have a considerably larger diameter than an actuator without a recess.
  • the fuel in order to take into account the aggressive composition of the fuel supplied, the fuel must be routed to the spray opening through separate fuel lines to avoid direct contact with the actuator. The manufacturing effort and the cost of manufacturing are increased.
  • the fuel injector according to the invention with the features of the main claim has the advantage that any actuators, in particular solid actuators without a central bore, can be used.
  • the fuel injector according to the invention has a rotationally symmetrical design with a central fuel supply, which leads to savings in production.
  • the sealing of the actuator housing against the supplied fuel can also be achieved inexpensively by means of simple sealing elements.
  • the measures listed in the subclaims allow advantageous further developments of the fuel injector specified in the main claim. Because the biasing spring partially surrounds the actuator, the fuel injector can be reduced in length compared to an arrangement with a central recess and can be made more compact.
  • the actuator can be preassembled outside the valve housing and then installed as a structural unit in the fuel injector, which protects the actuator from damage during installation and operation.
  • the actuator housing is on the one hand very stable and on the other hand not subject to tilting. This arrangement also favors the uniform transmission of the actuator stroke to the second actuator housing part and thus to the valve needle.
  • Fig. 1 shows an axial section through a
  • Fig. 2 shows a section along the section line labeled II-II in Fig. 1.
  • Fig. 1 shows an axial sectional view of an embodiment of the invention
  • Fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel, in particular gasoline, directly into the combustion chamber of a fuel injector preferably mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engine.
  • the fuel injector 1 shown schematically in FIG. 1 is an inwardly opening fuel injector 1.
  • the fuel injector 1 has a valve housing 2 and a valve closing body 15, which cooperates with a valve seat surface 16 formed on a valve seat body 14 to form a sealing seat.
  • the valve closing body 15 is formed in one piece with a valve needle 13.
  • An actuator 4 is composed of disk-shaped elements 5, which consist of a piezoelectric or magnetostrictive material and can be glued together.
  • An actuator housing 3 consists of a first actuator housing part 6, a second actuator housing part 7, which comprises an actuator housing cover 8, and a sealing element 9.
  • the first actuator housing part 6 surrounds the disk-shaped elements 5 of the actuator 4 on a first end face 23 and thereby forms a sleeve around the Actuator 4.
  • the second actuator housing part 7 consists of an end plate 19 and, in the exemplary embodiment, three at equal angular intervals, for. B. 120 °, attached to the end plate 19 segments 20 which connect the end plate 19 with the actuator housing cover 8.
  • the actuator housing cover 8 encloses the disc-shaped elements 5 of the actuator 4 on a second end face 24.
  • the actuator housing cover 8 is connected to the segments 20, for B. connected by welds 25 non-positively and materially. Between the first actuator housing part 6 and the actuator housing cover 8 there is a sealing element 9 which seals the actuator housing 3 against the fuel flowing past.
  • the actuator housing 3 is fixed to the valve housing 2 with at least three holding segments 18, preferably by welding.
  • the three holding segments 18 in the exemplary embodiment are located also at equal angular intervals, e.g. B. 120 °, from each other and engage between the segments 20 of the second actuator housing part 7.
  • a biasing spring 10 simultaneously fulfills the purpose of biasing the actuator 4 and that of the valve reset. It is supported on the actuator housing cover 8 and a connecting flange 11.
  • the connecting flange 11 connected to the valve housing 2 has a central recess 12 for supplying fuel to the fuel injection valve 1.
  • the biasing spring 10 advantageously surrounds the actuator housing cover 8 and is supported on a radial projection 26. As a result, the overall length of the valve housing 2 can be reduced.
  • the disk-shaped elements 5 of the actuator 4 expand.
  • the stroke caused thereby can only be transferred to the actuator housing cover 8, since the sleeve formed by the first actuator housing part 6 is fixed to the valve housing 2 by the holding segments 18.
  • the stroke accordingly leads to a spreading apart of the first actuator housing part 6 and the actuator housing cover 8, as a result of which the first end face 23 and the second end face 24 of the actuator 4 move apart and the segments 20 of the second actuator housing part 7 fastened to the actuator housing cover 8 in the direction of the expansion the disc-shaped elements 5 of the actuator 4 generated stroke are moved. This is done against the pressure of the pre-tensioning spring 10, which is further compressed.
  • the valve needle 13 is fixed directly to the end plate 19 of the second actuator housing part 7. Characterized the valve needle 13 is also guided in the direction of the stroke and lifts the valve closing body 15 from the valve seat surface 16.
  • the fuel is sprayed into the combustion chamber through at least one spray opening 17.
  • FIG. 2 shows a section through the fuel injection valve 1 oriented perpendicular to the valve axis 21 along the section line designated II-II in FIG. 1. Elements already described are provided with the same reference numerals.
  • the actuator housing 3 is in this embodiment by three holding segments 18, which, for. B. are welded to the valve housing 2 and the first actuator housing part 6, fixed in a central valve recess 22.
  • the holding segments 18 are advantageously at equal angular intervals, for. B. 120 °, arranged from each other. Between the holding segments 18 which also engage at equal angular intervals, for. B. 120 °, arranged segments 20 of the second actuator housing part 7.
  • the holding segments 18 and the segments 20 of the second actuator housing part 7 are designed so that they do not hinder the fuel flow through the central recess 22 of the fuel injector 1.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment described in FIGS. 1 and 2.
  • the arrangement can also be used in the case of an outwardly opening fuel injector. Another advantage is the possibility of using any actuator.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), weist in einem Ventilgehäuse (2) einen von dem Aktor (4) mittels einer Ventilnadel (13) betätigbaren Ventilschliesskörper (15) auf, der mit einer Ventilsitzfläche (16) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Aktor (4) liegt an einer ersten Stirnseite (23) an einem ersten Aktorgehäuseteil (6) und an einer zweiten Stirnseite (24) an einem an einem zweiten Aktorgehäuseteil (7) ausgebildeten Aktorgehäusedeckel (8) an. Umfangsmässig verteilte Segmente (20) des zweiten Aktorgehäuseteils (7) wirken über eine Abschlussplatte (19) auf die Ventilnadel (13) ein. Der Aktorgehäusedeckel (8) ist gegenüber dem ersten Aktorgehäuseteil (6) abgedichtet.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruches.
Aus der DE 195 34 445 C2 ist ein Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs bekannt. Das aus dieser Druckschrift hervorgehende Brennstoffeinspritzventil weist einen in einem Aktorraum angeordneten Aktor und einen von dem Aktor mittels einer Ventilnadel betätigbaren Ventilschließkörper, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Die Ventilnadel ist formschlüssig mit einer Druckschulter verbunden, über welche der Aktor entgegen der Kraft einer Druckfeder auf die Ventilnadel einwirkt. Dabei sind die Druckschulter und die Ventilnadel in einem Ventilgehäuse geführt. Der Aktor weist eine zentrale Ausnehmung auf, in welcher die Ventilnadel zentral angeordnet ist. Der Aktor stützt sich einerseits an einer Druckplatte und andererseits an der Druckschulter ab. Bei einer Ausdehnung des Aktors wird die Ventilnadel entgegen der Abspritzrichtung betätigt.
Nachteilig bei dem aus der DE 195 34 445 C2 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist, daß der Aktor eine zentrale Ausnehmung aufweist, über welche die Bewegungsumkehr erreicht wird. Für diese Ausführungsform müssen spezielle Aktoren gefertigt werden, deren Herstellung zudem aufwendig ist. Außerdem wird das Erreichen vorgegebener Kennwerte in Bezug auf Stabilität und Betätigungskraft durch die zentrale Bohrung erschwert. Ein ringförmiger Aktor muß somit im Vergleich zu einem Aktor ohne Ausnehmung einen erheblich größeren Durchmesser aufweisen.
Zudem muß, um der aggressiven Zusammensetzung des zugeführten Brennstoffs Rechnung zu tragen, der Brennstoff zur Vermeidung direkten Kontaktes mit dem Aktor durch separate Brennstoffleitungen zur Abspritzöffnung geführt werden. Der Herstellungsaufwand sowie die Kosten zur Fertigung werden dadurch erhöht.
Insgesamt ist eine mechanische Einrichtung zum Betätigen eines innenöffnenden Brennstoffeinspritzventils mittels eines Aktors mit zentraler Bohrung platz- und konstruktionsaufwendig.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß beliebige Aktoren, insbesondere massive Aktoren ohne zentrale Bohrung, verwendet werden können.
Außerdem weist das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil eine rotationssymmetrische Bauweise mit zentraler Brennstoffzufuhr auf, was zu Einsparungen bei der Herstellung führt.
Die Abdichtung des Aktorgehäuses gegen den zugeführten Brennstoff ist mittels einfacher Dichtelemente ebenfalls kostengünstig zu erreichen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich. Dadurch, daß die Vorspannfeder den Aktor teilweise umgibt, kann das Brennstoffeinspritzventil in der Länge gegenüber einer Anordnung mit zentraler Ausnehmung reduziert und kompakter gestaltet werden.
Der Aktor kann außerhalb des Ventilgehäuses vormontiert und dann als Baueinheit in das Brennstoffeinspritzventil eingebaut werden, was den Aktor vor Beschädigungen beim Einbau und beim Betrieb schützt.
Wenn die Anordnung der Haltesegmente und Ausnehmungen am Aktorgehäuse in gleichmäßigen Winkelabständen erfolgt und die Anzahl der Haltesegmente und der Segmente des zweiten Aktorgehäuseteils jeweils mindestens drei beträgt, ist das Aktorgehäuse zum einen sehr stabil und zum anderen keinen Verkantungen unterworfen. Diese Anordnung begünstigt außerdem die gleichmäßige Übertragung des Aktorhubs auf das zweite Aktorgehauseteil und somit auf die Ventilnadel.
Zeichnung
Ein 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, und
Fig. 2 einen Schnitt entlang der in Fig. 1 mit II-II bezeichneten Schnittlinie.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt in einer axialen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff, insbesondere von Benzin, in den Brennraum einer vorzugsweise gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine. Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 sowie einen Ventilschließkörper 15 auf, welcher mit einer an einem Ventilsitzkörper 14 ausgebildeten Ventilsitzfläche 16 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Ventilschließkörper 15 ist im Ausführungsbeispiel einstückig mit einer Ventilnadel 13 ausgebildet.
Ein Aktor 4 ist aus scheibenförmigen Elementen 5 zusammengesetzt, welche aus einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Material bestehen und miteinander verklebt sein können.
Ein Aktorgehäuse 3 besteht aus einem ersten Aktorgehauseteil 6, einem zweiten Aktorgehauseteil 7, welches einen Aktorgehäusedeckel 8 umfaßt, und einem Dichtelement 9. Das erste Aktorgehauseteil 6 umgibt die scheibenförmigen Elemente 5 des Aktors 4 an einer ersten Stirnseite 23 und bildet dadurch eine Hülse um den Aktor 4. Das zweite Aktorgehauseteil 7 besteht aus einer endseitigen Abschlußplatte 19 und im Ausführungsbeispiel drei in gleichen Winkelabständen, z. B. 120°, an der Abschlußplatte 19 angebrachten Segmenten 20, die die Abschlußplatte 19 mit dem Aktorgehäusedeckel 8 verbinden. Der Aktorgehäusedeckel 8 umschließt die scheibenförmigen Elemente 5 des Aktors 4 an einer zweiten Stirnseite 24. Der Aktorgehäusedeckel 8 ist mit den Segmenten 20 z. B. durch Schweißnähte 25 kraft- und Stoffschlüssig verbunden. Zwischen dem ersten Aktorgehauseteil 6 und dem Aktorgehäusedeckel 8 befindet sich ein Dichtelement 9, welches das Aktorgehäuse 3 gegen den vorbeiströmenden Brennstoff abdichtet.
Das Aktorgehäuse 3 ist mit mindestens drei Haltesegmenten 18 am Ventilgehäuse 2 vorzugsweise durch Schweißen fixiert. Die im Ausführungsbeispiel drei Haltesegmente 18 befinden sich ebenfalls in gleichen Winkelabständen, z. B. 120°, voneinander und greifen zwischen die Segmente 20 des zweiten Aktorgehäuseteils 7.
Eine Vorspannfeder 10 erfüllt gleichzeitig den Zweck des Vorspannens des Aktors 4 und den der Ventilrückstellung. Sie stützt sich am Aktorgehäusedeckel 8 und einem Anschlußflansch 11 ab. Der mit dem Ventilgehäuse 2 verbundene Anschlußflansch 11 verfügt über eine zentrale Ausnehmung 12 zur Brennstoffzufuhr in das Brennstoffeinspritzventil 1. Die Vorspannfeder 10 umgibt vorteilhaft den Aktorgehäusedeckel 8 und stützt sich an einem radialen Überstand 26 ab. Hierdurch kann die Baulänge des Ventilgehäuses 2 reduziert werden.
Wird an den Aktor 4 eine elektrische Spannung angelegt, dehnen sich die scheibenförmigen Elemente 5 des Aktors 4 aus. Der dadurch verursachte Hub kann sich nur auf den Aktorgehäusedeckel 8 übertragen, da die durch das erste Aktorgehauseteil 6 gebildete Hülse durch die Haltesegmente 18 am Ventilgehäuse 2 fixiert ist. Der Hub führt demnach zu einer Auseinanderspreizung des ersten Aktorgehäuseteils 6 und des Aktorgehäusedeckels 8, wodurch sich die erste Stirnfläche 23 und die zweite Stirnfläche 24 des Aktors 4 voneinander entfernen und die am Aktorgehäusedeckel 8 befestigten Segmente 20 des zweiten Aktorgehäuseteils 7 in Richtung des durch die Ausdehnung der scheibenförmigen Elemente 5 des Aktors 4 erzeugten Hubes bewegt werden. Dies geschieht gegen den Druck der bereits unter Spannung stehenden Vorspannfeder 10, welche weiter zusammengedrückt wird. Die Ventilnadel 13 ist direkt an der Abschlußplatte 19 des zweiten Aktorgehäuseteils 7 fixiert. Dadurch wird die Ventilnadel 13 ebenfalls in Richtung des Hubes geführt und hebt den Ventilschließkörper 15 von der Ventilsitzfläche 16 ab. Der Brennstoff wird durch wenigstens eine Abspritzöffnung 17 in die Brennkammer abgespritzt.
Fig. 2 zeigt einen senkrecht zu der Ventilachse 21 orientierten Schnitt durch das Brennstoffeinsprit zventil 1 entlang der in Fig. 1 mit II-II bezeichneten Schnittlinie. Dabei sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Das Aktorgehäuse 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch drei Haltesegmente 18, welche z. B. mit dem Ventilgehäuse 2 und dem ersten Aktorgehauseteil 6 verschweißt sind, in einer zentralen Ventilausnehmung 22 fixiert. Die Haltesegmente 18 sind zweckmäßigerweise in gleichen Winkelabständen, z. B. 120°, voneinander angeordnet. Zwischen die Haltesegmente 18 greifen die ebenfalls in gleichen Winkelabständen, z. B. 120°, angeordneten Segmente 20 des zweiten Aktorgehäuseteils 7. Die Haltesegmente 18 und die Segmente 20 des zweiten Aktorgehäuseteils 7 sind dabei in ihrer Anordnung so konzipiert, daß sie den Brennstoffdurchfluß durch die zentrale Ausnehmung 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 nicht behindern.
Die Erfindung ist nicht auf das in Fig. 1 und 2 beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann die Anordnung auch bei einem nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventil zur Anwendung kommen. Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit der Verwendung beliebiger Aktoren.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), einem von dem Aktor (4) mittels einer Ventilnadel (13) betätigbaren Ventilschließkörper
(15), der mit einer Ventilsitzfläche (16) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einem Ventilgehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (4) an einer ersten Stirnseite (23) an einem ersten Aktorgehauseteil (6) anliegt, daß der Aktor (4) an einer zweiten Stirnseite (24) an einem Aktorgehäusedeckel (8) eines zweiten Aktorgehäuseteils (7) anliegt und zumindest ein auf die Ventilnadel (13) einwirkendes Segment (20) des zweiten Aktorgehäuseteils (7) durch eine Aussparung hindurchgreift, die zumindest ein Haltesegment (18) freiläßt, das das erste Aktorgehauseteil (6) mit dem Ventilgehäuse (2) verbindet, und daß der Aktorgehäusedeckel (8) gegenüber dem ersten Aktorgehauseteil (6) durch ein Dichtelement (9) abgedichtet ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei in Bezug auf die Ventilachse (21) in gleichen Winkelabständen angeordnete Haltesegmente (18) vorgesehen sind, durch die das erste Aktorgehauseteil (6) mit dem Ventilgehäuse (2) des Brennstoffeinspritzventils (1) verbunden ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Aktorgehauseteil (7) mindestens drei in Bezug auf die Ventilachse (21) in gleichen Winkelabständen verteilte Segmente (20) und eine Abschlußplatte (19) aufweist, welche an den Segmenten (20) befestigt ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Aktorgehauseteil (6) und der Aktorgehäusedeckel (8) des zweiten Aktorgehäuseteils (7) zusammen mit dem Dichtelement (9) ein abgeschlossenes Aktorgehäuse (3) bilden, welches den Aktor (4) aufnimmt.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Aktorgehauseteil (6) mit dem Aktorgehäusedeckel (8) des zweiten Aktorgehäuseteils (7) durch eine Vorspannfeder (10) zusammengepreßt ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannfeder (10) den Aktorgehäusedeckel (8) des zweiten Aktorgehäuseteils (7) zumindest teilweise umgibt.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigung des Aktors (4) das erste Aktorgehauseteil (6) und das zweite Aktorgehauseteil (7) auseinandergedrückt werden, wodurch die am zweiten Aktorgehauseteil (7) fixierte Ventilnadel (13) den Ventilschließkörper (15) von der Ventilsitzfläche (16) abhebt.
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