WO2005024223A1 - Einspritzventil für die einspritzung von kraftstoff in eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Einspritzventil für die einspritzung von kraftstoff in eine verbrennungskraftmaschine Download PDF

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WO2005024223A1
WO2005024223A1 PCT/EP2004/052030 EP2004052030W WO2005024223A1 WO 2005024223 A1 WO2005024223 A1 WO 2005024223A1 EP 2004052030 W EP2004052030 W EP 2004052030W WO 2005024223 A1 WO2005024223 A1 WO 2005024223A1
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Willibald SCHÜRZ
Martin Simmet
Joachim Wagner
Hanspeter Zink
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/26—Fuel-injection apparatus with elastically deformable elements other than coil springs

Definitions

  • Injection valve for injecting fuel into an internal combustion engine
  • the invention relates to an injection valve for injecting fuel into an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Accumulator injection systems are increasingly used for the fuel supply of internal combustion engines, in which very high injection pressures are used.
  • Such injection systems are known as common rail systems (for diesel engines) and HPDI injection systems (for gasoline engines).
  • the fuel is common to all cylinders of the engine using a high-pressure pump
  • Pressure accumulator promoted from which the injectors on the individual cylinders are supplied with fuel.
  • the opening and closing of the injection valves is usually controlled electromagnetically.
  • the injection valves in such systems are equipped with switchable actuators, in particular piezoelectric actuators, which control the opening and closing of the nozzle needle of the injection valve, that is to say in particular the timing of the start and the end of the injection process.
  • a hydraulic transmitter of an injector is known, for example, from O98 / 15018.
  • the object of the invention is to provide an injection valve, the actuator of which has only a small mass to be moved with few contact surfaces.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of the actuator of an injection valve according to the invention.
  • Figure 2 is a partially sectioned enlarged view of detail II of FIG. 2003P08940
  • Figure 1 shows an actuator 1 of an injection valve, which essentially consists of a piezoelectric element 2, a so-called piezo stack, a spring element 3 designed as a tubular spring, at least partially coaxially surrounding the piezoelectric element 2, and a head plate 4 and a base plate 5.
  • the actuator 1 is used to move a nozzle needle 7, which is axially movably mounted in a bore of a nozzle body of the injection valve and is biased in the closing direction via a spring element 6, between a position that releases injection bores at the front end of the bore and a position that closes these injection bores.
  • the piezoelectric element 2 As soon as the piezoelectric element 2 is electrically excited, it expands. The energization of the piezoelectric element 2 thus causes the entire assembly of the actuator 1 to be lengthened, so that the actuator 1 presses downward via its base plate 5 onto the spring element 6 mounted on a collar 7a of the nozzle needle 7, which in turn causes the nozzle needle 7 to extend its closed position is pressed and an injection hole is released.
  • a hydraulic play compensation 8 cooperating with the actuator 1 is provided.
  • the actuator 1 shown is characterized in that the hydraulic play compensation 8 is designed as a component of the actuator 1, namely as a base plate 5.
  • This embodiment has the advantage that, on the one hand, the number of contact surfaces to be manufactured with a precise fit is reduced and, on the other hand, by dispensing with a solid base plate 5, as is known from the prior art, the moving mass of the components can be significantly reduced, which has an advantageous effect on the dynamic behavior of the overall system.
  • the actuator 1 additionally has an intermediate plate 9 arranged between the piezoelectric element 2 and the hydraulic lash adjuster 8 forming the base plate 5, which serves to compensate for misalignment and a precisely fitting contact between the piezoelectric element 2 and the to ensure hydraulic clearance compensation 8.
  • the abutting contact surfaces 8a and 9a of the hydraulic lash adjuster 8 and the intermediate plate 9 are designed to be correspondingly curved, as can be seen in FIG. 2 is.
  • the actuator 1 shown in FIG. 1 is assembled as follows:
  • the head plate 4 and the spring element 3 are connected to one another via weld seams 10.
  • the piezoelectric element 2 is then inserted into the spring element 3, which is designed as a tubular spring, until it rests directly on the top plate 4.
  • the intermediate plate 9, which now has only a small mass, is placed under the piezo stack and the hydraulic lash adjuster 8 is then mounted thereon.
  • the hydraulic lash adjuster 8 forming the base plate 5 is mounted in such a way that the spring element 3 2003P08940

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine. Um zu gewährleisten, dass der Aktor (1) bei wenigen Kontaktflächen eine nur geringe zu bewegende Masse aufweist, wird vorgeschlagen, dass der Spielausgleich (8) als Komponente des Aktors (1) ausgebildet ist.

Description

2003P08940
Beschreibung
Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für die Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren werden zunehmend Speichereinspritzsysteme verwendet, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme (für Dieselmotoren) und HPDI-Einspritzsysteme (für Ottomotoren) bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen wird der Kraftstoff mit einer Hoch- druckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen
Druckspeicher gefördert, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern mit Kraftstoff versorgt werden. Das Öffnen und Schließen der Einspritzventile wird dabei in der Regel elektromagnetisch gesteuert.
Zu diesem Zweck sind die Einspritzventile bei solchen Systemen mit schaltbaren Aktoren, insbesondere piezoelektrischen Aktoren, ausgerüstet, die das Öffnen und Schließen der Düsennadel des Einspritzventils steuern, das heißt insbesondere den Beginn und das Ende des Einspritzvorgangs zeitlich festlegen.
Da bei Dieselmotoren der Kraftstoff mit einem Druck von bis über 1500 bar in eine Brennkammer des Motors eingespritzt wird, haben bei einem hochdynamischen Antrieb eines Einspritzventils die bewegten Massen sowie die Anzahl der Kontaktflächen, über die ein Impuls übertragen wird, einen erheblichen Einfluss auf die Dynamik des Gesamtsystems.
Bei den aus der Praxis bekannten Einspritzventilen wird deshalb versucht, die einzelnen Komponenten mit möglichst hoher 2003P08940
Präzision in Reihe hintereinander anzuordnen und die Kontaktflächen zwischen den einzelnen Bauteilen möglichst passgenau auszubilden, um so eine gute Kraftübertragung bei günstigen dynamischen Eigenschaften des Systems zu erzielen. Diese Maßnahmen sind in der Regel jedoch fertigungstechnisch sehr aufwendig und somit auch entsprechend teuer .
Aus O98/15018 ist beispielweise ein hydraulischer Überträger eines Injektors bekannt.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil bereitzustellen, dessen Aktor bei wenigen Kontaktflächen eine nur geringe zu bewegende Masse aufweist.
Die Merkmale eines erfindungsgemäßen Einspritzventils werden im Patentanspruch 1 genannt .
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Einspritzventils werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch das erfindungsgemäße Ausbilden des hydraulischen Spielausgleichs als Komponente des Aktors gelingt es auf einfache Art und Weise durch eine Maßnahme gleichzeitig die vom Aktor zu bewegende Masse zu reduzieren und die Anzahl der Kontakt- flächen zu verringern. Beide Maßnahmen wirken sich günstig auf die Dynamik des Gesamtsystems aus.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einspritzventils dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 einen schematischen perspektivische Ansicht des Aktors eines erfindungsgemäßen Einspritzventils und
Figur 2 eine teilweise geschnittene vergrößerte Ansicht des Details II gemäß Figur. 2003P08940
Die Abbildung Figur 1 zeigt einen Aktor 1 eines Einspritzventils, der im wesentlichen aus einem piezoelektrischen Element 2, einem sogenannten Piezostack, einem das piezoelektrische Element 2 zumindest teilweise koaxial umgebenden, als Rohrfeder ausgebildeten Federelement 3 sowie einer Kopfplatte 4 und einer Bodenplatte 5 besteht.
Der Aktor 1 dient dazu, eine in einer Bohrung eines Düsenkör- pers des Einspritzventils axial beweglich gelagerte und über ein Federelement 6 in Schließrichtung vorgespannte Düsennadel 7 zwischen einer Einspritzbohrungen am vorderen Ende der Bohrung freigebenden Stellung und einer diese Einspritzbohrungen verschließenden Stellung zu verlagern.
Sobald das piezoelektrische Element 2 elektrisch angeregt wird, dehnt sich dieses aus. Die Bestromung des piezoelektrischen Elements 2 bewirkt somit eine Verlängerung der gesamten Baueinheit des Aktors 1, so dass der Aktor 1 über seine Bo- denplatte 5 nach unten auf das auf einem Bund 7a der Düsennadel 7 gelagerte Federelement 6 drückt, wodurch wiederum die Düsennadel 7 aus ihrer Schließstellung gedrückt wird und eine Einspritzbohrung freigibt.
Um zu gewährleisten, dass die Kontaktflächen der einzelnen
Bauteile des Aktors 1 sowie der über den Aktor 1 angetriebenen Bauteile möglichst spielfrei und passgenau aneinander liegen, um eine optimale Kraftübertragung sicherzustellen, ist ein mit dem Aktor 1 zusammenwirkender hydraulischer Spielausgleich 8 vorgesehen.
Wie aus den Abbildungen Figur 1 und 2 ersichtlich, zeichnet sich der dargestellte Aktor 1 dadurch aus, dass der hydraulische Spielausgleich 8 als Komponente des Aktors 1 ausgebildet ist, nämlich als Bodenplatte 5. 2003P08940
Diese Ausgestaltungsform weist den Vorteil auf, dass einerseits die Anzahl der passgenau zu fertigenden Kontaktflächen verringert wird und andererseits durch den Verzicht auf eine massive Bodenplatte 5, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt ist, die bewegte Masse der Bauteile deutlich reduziert werden kann, was sich vorteilhaft auf das dynamische Verhalten des Gesamtsystems auswirkt.
Bei der dargestellten Ausfü rungs orm des Aktors 1 weist der Aktor 1 zusätzlich eine zwischen dem piezoelektrischen Element 2 und dem die Bodenplatte 5 bildenden hydraulischen Spielausgleich 8 angeordnete Zwischenplatte 9 auf, die dazu dient Fluchtungsfehler auszugleichen und einen passgenauen Kontakt zwischen dem piezoelektrischen Element 2 und dem hyd- raulischen Spielausgleich 8 zu gewährleisten. Um die Zwischenplatte 9 einerseits und den hydraulischen Spielausgleich 8 andererseits optimal zueinander auszurichten und so eine bestmögliche Kraftübertragung sicherzustellen, sind die aneinander anliegenden Kontaktflächen 8a und 9a des hydrauli- sehen Spielausgleichs 8 und der Zwischenplatte 9 einander entsprechend gewölbt ausgebildet, wie dies Figur 2 zu entnehmen ist.
Die Montage des in Figur 1 dargestellten Aktors 1 geschieht wie folgt:
Die Kopfplatte 4 und das Federelement 3 werden über Schweißnähte 10 miteinander verbunden. Anschließend wird das piezoelektrische Element 2 in das als Rohrfeder ausgebildete Fe- derelement 3 eingesetzt, bis es direkt an der Kopfplatte 4 anliegt. An der Unterseite des piezoelektrischen Elements 2 wird die nun die nur eine geringe Masse aufweisende Zwischenplatte 9 unter den Piezostack gelegt und daran anschließend der hydraulische Spielausgleich 8 montiert.
Die Montage des die Bodenplatte 5 bildenden hydraulischen Spielausgleichs 8 erfolgt dabei so, dass das Federelement 3 2003P08940
unter Vorspannung mit dem hydraulischen Spielausgleich 8 verschweißt wird, wie dies die Schweißnähte 10 in Figur 2 zeigen. Die solchermaßen montierte Baugruppe des Aktors 1 kann nun in ein Einspritzventil eingebaut werden.

Claims

2003P08940Patentansprüche
1. Einspritzventil für die Einspritzung von Kra tstoff in eine Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einer axi- al beweglich in einem Ventilgehäuse gelagerten Düsennadel (7) , auf die zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ein Aktor (1) so einwirkt, dass die mindestens eine Düsennadel (7) in Abhängigkeit von Betriebszustand des Aktors (1) Einspritzbohrungen freigibt oder verschließt, wobei der Aktor (1) mit einem hydraulischen Spielausgleich (8) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Spielausgleich (8) als Komponente des Aktors (1) ausgebildet ist.
2. Einspritzveηtil nach Anspruch 1, wobei der Aktor (1) aus einem piezoelektrischen Element (2), einem Federelement (3) sowie eine Kopfplatte (4) und einer Bodenplatte (5) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Spielausgleich (8) die Bodenplatte (5) des Aktors (1) bildet.
3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Spielausgleich (8) und das Federelement (3) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
4. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass das Federelement (3) unter Vorspannung zwischen der Kopfplatte (4) und dem hydraulischen Spielausgleich (8) angeordnet ist.
5. Einspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen dem piezoelektri- 2003P08940
sehen Element (2) und dem hydraulischen Spielausgleich (8) eine Zwischenplatte (9) angeordnet ist.
6. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch g e - kennzeichnet, dass die aneinander anliegenden Kontaktflächen (9a, 8a) der Zwischenplatte (9) einerseits und des hydraulischen Spielausgleichs (8) andererseits einander entsprechend gewölbt ausgebildet sind.
7. Einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen zueinander korrespondierend angeordnet sind und der Spielausgleich (8) eine vorzugsweise konvexe Wölbung aufweist.
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