WO2003064847A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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Hubert Stier
Elmar Okrent
Ulrich Doebler
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • a displacement transformer for a piezoelectric actuator in which the actuator transmits a lifting force to a master cylinder, which is completed by a cylinder carrier.
  • a slave piston is guided in this master cylinder, which also closes the master cylinder and thereby forms the hydraulic chamber.
  • a spring is arranged in the hydraulic chamber, which presses the master cylinder and the slave piston apart.
  • the slave piston mechanically transmits a stroke movement to, for example, a valve needle.
  • a disadvantage of the fuel injection valves known from the abovementioned publications is, in particular, that the pretensioning of a spring, which determines the width of the coupler gap between the master cylinder and the slave piston, takes place by means of an adjusting disk which is inserted into the housing of the fuel injection valve. Due to its small thickness, the adjustment plate is prone to wear and malfunction, and on the other hand it can have large manufacturing inaccuracies which make it difficult to correctly set the coupler gap.
  • the inven tion fuel injection valve m t the characterizing features of the main claim has the advantage that the bias of the spring by means of the position of the Fuhrungszylmders relative to the housing can be adjusted very precisely. The component of the setting plate can thus be omitted.
  • the spring is preferably clamped between the Fuhrungszyl and a flange of the slave piston.
  • a second spring can be clamped between a flange of the valve needle and the housing. This results in a particularly compact design of the fuel injection valve.
  • the Fuhrungszylmder is advantageously connected to the housing for fixation in a suitable manner, for example by welding.
  • a further advantage is that the simple construction of the fuel injection valve according to the invention allows the use of fuel as hydraulic fluid, as a result of which complex sealing measures can be dispensed with.
  • Fig. 1 shows a highly schematic section through an exemplary embodiment of a fuel injection valve according to the invention.
  • the fuel injection valve 1 shows a highly schematic view of a section through an exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 designed according to the invention.
  • the fuel injection valve 1 is particularly suitable for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a mixture-compressing, externally ignited internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 comprises a piezoelectric or magnetostrictive actuator 2, which is encapsulated in a housing 3.
  • the actuator 2 acts via an actuator 4 on a hydraulic coupler 5, which has a master piston 6 and a slave piston 7.
  • the master piston 6 and the slave piston 7 are guided in a Fuhrungszylmder 8.
  • a coupler gap 9 is formed between the master piston 6 and the slave piston 7.
  • the fuel is passed through a fuel channel 18 past the guide cylinder 8.
  • the hydraulic coupler 5 can advantageously be used to translate the stroke of the actuator 2 by coordinating the surfaces of the master piston 6 and the slave piston 7 with one another accordingly.
  • the slave piston 7 has a first flange 11a.
  • a valve needle 10 Downstream of the slave piston 7, a valve needle 10 is arranged, which has a second flange 11b.
  • a first spring 12 is arranged between the first flange 11a and the guide cylinder 8, which ensures that the flange 11a of the slave piston 7 bears against the flange 11b of the valve needle 10 and that the coupler gap 9 is given a defined width.
  • the first spring 12 is clamped between the Fuhrungszylmder 8 and the first flange 11a.
  • a second spring 13 is arranged, which holds a valve closing body 14 m sealingly connected to the valve needle 10 in a sealing arrangement on a valve seat surface 15 formed on the housing 3.
  • the second spring 13 is clamped between the housing 3 and the second flange 11b.
  • the fuel injection valve 1 opens outwards.
  • the actuator 2 exerts a lifting movement due to its extension to the adjusting slide 4, which is then transmitted to the master piston 6 of the coupler 5.
  • the master piston 6 is printed inside the Fuhrungszylmders 8.
  • the hydraulic fluid, in the present exemplary embodiment fuel, inside the coupler gap 9 formed between the master piston 6 and the slave piston 7 is almost not compressible.
  • This incompressibility of the fuel causes slow pressure changes, which are caused by temperature changes are caused during the operation of the internal combustion engine, or changes in length of the housing 3 due to pressure and temperature influences are not transmitted to the valve needle 10, but are compensated for by displacing fuel from the coupler gap 9.
  • the force of the spring 12, which serves to maintain the coupler gap 9 is set by means of an adjusting disk. This procedure is imprecise and involves an additional component.
  • the guide cylinder 8 of the hydraulic coupler 5 is pushed into the housing 3 until the desired spring tension of the spring 12 is reached when the fuel injection valve 1 is mounted. Then the Fuhrungszylmder 8 with the Housing 3 of fuel injector 1 welded to weld 17.
  • This has the advantage that the setting accuracy is not determined by a component which, due to its small thickness, is sensitive to wear and subsequent malfunctions due to a change in the stroke and can also have high manufacturing inaccuracies.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment shown and can also be used, for example, for fuel injection valves 1 for mixture-compressing, self-igniting internal combustion engines.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine weist einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2) auf, der über einen hydraulischen Koppler (5) einen an einer Ventilnadel (10) angeordneten Ventilschliesskörper (14) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (15) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Koppler (5) weist einen Führungszylinder (8) auf, in welchem ein Geberkolben (6) und ein Nehmerkolben (7) geführt sind, wobei zwischen dem Geberkolben (6) und dem Nehmerkolben (7) ein Kopplerspalt (9) ausgebildet ist. Eine erste Feder (12) übt eine Vorspannkraft auf den Nehmerkolben (7) aus. Die Führungshülse (8) ist in einem Gehäuse (3) des Brennstoffeinspritzventils (1) vor ihrer Fixierung so verschiebbar, dass durch ihre Position die Kraft der ersten Feder (12) einstellbar ist.

Description

Brennstoffemspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffemspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Aus der EP 0 477 400 AI ist ein Wegtransformator für einen piezoelektrischen Aktor bekannt, bei der der Aktor eine Hubkraft auf einen Geberzylinder übertragt, der durch einen Zylmdertrager abgeschlossen ist. In diesem Geberzylinder wird ein Nehmerkolben gefuhrt, der den Geberzylinder ebenfalls abschließt und hierdurch die Hydraulikkammer bildet. In der Hydraulikkammer ist eine Feder angeordnet, die den Geberzylinder und den Nehmerkolben auseinander druckt. Der Nehmerkolben übertragt eine Hubbewegung mechanisch auf beispielsweise eine Ventilnadel. Wenn der Aktor auf den Geberzylinder einen Hubbewegung bertragt, wird diese Hubbewegung durch den Druck eines Hydraulikfluids m der Hydraulikkammer auf den Nehmerkolben übertragen, da das Hydraulikfluid m der Hydraulikkammer sich nicht zusammenpressen laßt und nur ein ganz geringer Anteil des Hydraulikfluids durch den Rmgspalt wahrend des kurzen Zeitraumes eines Hubes entweichen kann. In der Ruhephase, wenn der Aktor keine Druckkraft auf den Geberzylinder ausübt, wird durch die Feder der Nehmerkolben aus dem Zylinder herausgedruckt und durch den entstehenden Unterdruck dringt über den Ringspalt das Hydraulikfluid m den Hydraulikraum ein und füllt diesen wieder auf. Dadurch stellt der Wegtransformator sich automatisch auf Langenausdehnungen und druckbedingte Dehnungen eines Brennstoffemspritzventils ein.
Nachteilig an den aus den oben genannten Druckschriften bekannten Brennstoffemspritzventilen ist insbesondere, daß die Vorspannung einer Feder, welche die Weite des Kopplerspaltes zwischen dem Geberzylinder und dem Nehmerkolben bestimmt, mittels einer Emstellscheibe erfolgt, welche das Gehäuse des Brennstoffemspritzventils eingelegt wird. Die Emstellscheibe ist bedingt durch ihre geringe Dicke zum einen verschleiß- und storungsanfallig, zum anderen kann sie große Fertigungsungenauigkeiten aufweisen, welche die korrekte Einstellung des Kopplerspalts erschweren.
Vorteile der Erfindung
Das erf dungsgemaße Brennstoffemspritzventil m t den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Vorspannung der Feder mittels der Position des Fuhrungszylmders relativ zum Gehäuse sehr genau einstellbar ist. Das Bauteil Emstellscheibe kann somit entfallen.
Durch die m den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffemspritzventils möglich.
Die Feder ist vorzugsweise zwischen dem Fuhrungszyl der und einem Flansch des Nehmerkolbens eingespanm. Eine zweite Feder kann zwischen einem Flansch der Ventilnadel und dem Gehäuse eingespannt sein. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise des Brennstoffemspritzventils . Vorteilhafterweise ist der Fuhrungszylmder mit dem Gehäuse zur Fixierung in geeigneter Weise beispielsweise durch Schweißen verbunden.
Weiterhin ist von Vorteil, daß die einfache Konstruktion des erfmdungsgemaßen Brennstoffemspritzventils die Verwendung von Brennstoff als Hydraulikfluid erlaubt, wodurch aufwendige Abdichtungsmaßnahmen entfallen können.
Zeichnung
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist m der Zeichnung vereinfacht dargestellt und m der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen stark schematisierten Schnitt durch ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfmdungsgemaßen Brennstoffemspritzventils .
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Fig. 1 zeigt einer stark schematisierten Ansicht einen Schnitt durch ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaß ausgestalteten Brennstoffemspritzventils 1. Das Brennstoffemspritzventil 1 ist insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezundeten Brennkraftmaschine geeignet .
Das Brennstoffemspritzventil 1 umfaßt einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor 2, der einem Gehäuse 3 gekapselt ist. Der Aktor 2 wirkt über ein Stellglied 4 auf einen hydraulischen Koppler 5 ein, welcher einen Geberkolben 6 und einen Nehmerkolben 7 aufweist. Der Geberkolben 6 und der Nehmerkolben 7 sind in einem Fuhrungszylmder 8 gefuhrt. Zwischen dem Geberkolben 6 und dem Nehmerkolben 7 ist ein Kopplerspalt 9 ausgebildet. Der Brennstoff wird durch einen Brennstoffkanal 18 an dem Fuhrungszylmder 8 vorbei gefuhrt. Der hydraulische Koppler 5 kann dabei vorteilhaft zur Hububersetzung des Aktors 2 verwendet werden, indem die Flachen des Geberkolbens 6 und des Nehmerkolbens 7 enstprechend aufeinander abgestimmt werden. Der Nehmerkolben 7 weist einen ersten Flansch 11a auf.
Abstro seitig des Nehmerkolbens 7 ist eine Ventilnadel 10 angeordnet, welche einen zweiten Flansch 11b aufweist. Zwischen dem ersten Flansch 11a und dem Fuhrungszylmder 8 ist eine erste Feder 12 angeordnet, welche dafür sorgt, daß der Flansch 11a des Nehmerkolbens 7 an dem Flansch 11b der Ventilnadel 10 anliegt und der Kopplerspalt 9 eine definierte Weite erhalt. Die erste Feder 12 ist dabei zwischen dem Fuhrungszylmder 8 und dem ersten Flansch 11a eingespannt.
An der abstromseitigen Seite des zweiten Flansches 11b ist eine zweite Feder 13 angeordnet, welche einen mit der Ventilnadel 10 Wirkverbindung stehenden Ventilschließkorper 14 m dichtender Anlage an einer an dem Gehäuse 3 ausgebildeten Ventilsitzflache 15 halt. Die zweite Feder 13 ist dabei zwischen dem Gehäuse 3 und dem zweiten Flansch 11b eingespannt. Im Ausfuhrungsbeispiel handelt es sich um ein nach außen öffnendes Brennstoffemspritzventil 1.
Wenn an den Aktor 2 über eine nicht weiter dargestellte elektrische Zuleitung eine Spannung angelegt wird, übt der Aktor 2 durch seine Ausdehnung auf das Stellgleid 4 eine Hubbewegung aus, die sich weiter auf den Geberkolben 6 des Kopplers 5 übertragt. Der Geberkolben 6 wird das Innere des Fuhrungszylmders 8 gedruckt. Das Hydraulikfluid, im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel Brennstoff, im Inneren des zwischen dem Geberkolben 6 und dem Nehmerkolben 7 ausgebildeten Kopplerspalts 9 ist fast nicht kompressibel .
Durch diese Inkompressibilitat des Brennstoffs werden langsame Druckanderungen, welche durch Temperaturanderungen wahrend des Betriebs der Brennkraftmaschine hervorgerufen werden, oder Langenanderungen des Gehäuses 3 durch Druck- und Temperatureinfl sse nicht auf die Ventilnadel 10 übertragen, sondern durch Verdrängung von Brennstoff aus dem Kopplerspalt 9 ausgeglichen.
Bei Erregung des Aktors 2 kommt es somit zu einem schnellen Druckanstieg, durch den sich der Nehmerkolben 7 im Fuhrungszylmder 8 in Richtung der Ventilnadel 10 bewegt und auf diese eine Hubkraft ausübt. Durch einen zwischen dem Geberkolben 6 und dem Fuhrungszylinder 8 bzw. zwischen dem Nehmerkolben 7 und dem Fuhrungszylinder 8 zwangsläufig bestehenden Ringspalt 16 kann aufgrund der schnellen Ausdehnung des Aktors 2 nur eine geringe Menge Brennstoff aus dem Kopplerspalt 9 entweichen. Der Hub des Aktors 2 wird somit praktisch verlustfrei über die Flansche 11a, 11b auf die Ventilnadel 10 des Brennstoffemspritzventils 1 übertragen, wodurch die Ventilnadel 10 in Abstroiτirichtung gedruckt wird und der Ventilschließkorper 14 von der Ventilsitzflache 15 abhebt, wodurch das Brennstoffeinspritzventil 1 geöffnet wird.
Nach dem Abfallen der Spannung an dem Aktor 2 zieht dieser sich wieder zusammen, wodurch der hydraulische Koppler 5 entlastet wird. Durch die Kraft der Ruckstellfeder 13 kehrt die Ventilnadel 10 m ihre Ausgangslage zurück, wodurch der Ventilschließkorper 14 auf der Ventilsitzflache 15 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
Gemäß dem Stand der Technik wird die Kraft der Feder 12, welche dem Erhalt des Kopplerspalts 9 dient, mittels einer Einstellscheibe eingestellt. Dieses Verfahren ist ungenau und mit einem zusatzlichen Bauteil verbunden.
Erfindungsgemaß wird daher der Fuhrungszylinder 8 des hydraulischen Kopplers 5 bei der Monarjge des Brennstoffemspritzventils 1 in das Gehäuse 3 so weit eingeschoben, bis die gewünschte Federspannung der Feder 12 erreicht ist. Danach wird der Fuhrungszylmder 8 mit dem Gehäuse 3 des Brennstoffeinspritzventils 1 an der Schweißnaht 17 verschweißt. Dies hat den Vorteil, daß die Einstellgenauigkeit nicht von einem Bauteil bestimmt wird, welches aufgrund seiner geringfügigen Dicke empfindlich gegenüber Verschleiß und nachfolgenden Störungen durch eine Änderung des Hubs ist und zudem hohe Fertigungsungenauigkeiten aufweisen kann.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und beispielsweise auch für Brennstoffeinspritzventile 1 für gemischverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen anwendbar.

Claims

Anspr che
1. Brennstoffemspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor
(2), der über einen hydraulischen Koppler (5) einen an einer
Ventilnadel (10) angeordneten Ventilschließkorper (14) betätigt, der mit einer Ventilsitzflache (15) zu einem
Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Koppler (5) einen Fuhrungszyl der (8) aufweist, welchem ein Geberkolben
(6) und ein Nehmerkolben (7) gefuhrt sind, wobei zwischen dem Geberkolben (6) und dem Nehmerkolben (7) ein
Kopplerspalt (9) ausgebildet ist, und einer ersten Feder
(12), welche eine Vorspannkraft auf den Nehmerkolben (7) ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuhrungshulse (8) m einem Gehäuse (3) des Brennstoffemspritzventils (1) vor ihrer Fixierung so verschiebbar ist, daß durch ihre Position die Kraft der ersten Feder (12) einstellbar ist.
2. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nehmerkolben (7) einen ersten Flansch (11a) und die Ventilnadel (10) einen zweiten Flansch (llo) aufweist, wobei die erste Feder (12) so zwischen dem Funrungszyl der (8) und dem ersten Flansch (11a) eingespannt ist, daß der erste Flansch (11a) an dem zweiten Flansch (11b) in Anlage gehalten wird.
3. Brennstoffemspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (3) des Brennstoffeinspritzventils
(1) und dem zweiten Flansch (11b) eine zweite Feder (13) so eingespannt ist, daß der Ventilschließkorper (14) ohne
Betätigung des Aktors (2) an der Ventilsitzfläche (15) in Anlage gehalten wird.
4. Brennstoffemspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydraulikmedium, welches den Kopplerspalt (9) füllt, der das Brennstoffemspritzventil (1) durchströmende Brennstoff dient.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuhrungshulse (8) an dem Gehäuse (3) durch eine
Schweißnaht (17) fixiert ist.
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