DE10360451A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents
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Abstract
Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, weist eine piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2), eine mit dem Aktor (2) in Wirkverbindung stehende Ventilnadel (12), die an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (13) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (24) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Der Aktor (2) ist über wenigstens einen Teil seiner axialen Länge wenigstens teilweise radial von einem Federelement (4) umgeben. Zwischen dem Aktor (2) und dem Federelement (4) ist zumindest ein Wärmeleitelement (25) angeordnet.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
- Aus der
DE 195 00 706 A1 ist ein Zumeßventil bekannt, welches über einen piezoelektrischen Aktor und ein Federelement verfügt, welches den Aktor gegen ein Gehäuse vorspannt. Aus fertigungstechnischen Gründen wird herkömmlicherweise der Aktor in einer den Aktor radial umgebenden Plastikhülse in das Brennstoffeinspritzventil montiert, wobei der Raum zwischen dem Aktor und der Plastikhülse mit einer Vergußmasse gefüllt ist um den Aktor vor mechanischen und chemischen Einflüssen zu schützen, insbesondere um ihn vor Transportschäden zu schützen. - Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß die Verlustwärme des Aktors, insbesondere aus dem mittleren Bereich des Aktors, nur unzureichend schnell an das Federelement, bzw. an die den Aktor umgebenden Bereiche oder Bauteile, abgegeben werden kann. Die Länge des Aktors und die Taktfrequenzen mit der der Aktor betrieben wird, müssen daher entsprechend klein gehalten werden. Außerdem treten punktuelle Wärmebelastungen insbesondere in der Mitte des Aktors auf, welche zu unzulässigen Spannungen im Material des Aktors führen können. Die Lebensdauer des Aktors wird dadurch verkürzt. Die Vergußmasse zwischen der Plastikhülse und dem Federelement beeinträchtigt die Funktionsweise des Federelements und ist einer dauernden mechanischen Belastung unterworfen, welche die Lebensdauer der Vergußmasse verkürzt und so insbesondere die Wärmeableitung beeinträchtigen kann.
- Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Verlustwärme des Aktors schnell und zuverlässig an das Federelement beziehungsweise an die den Aktor umgebenden Teile abgegeben wird. Die Wärmeverteilung innerhalb des Aktors ist verbessert. Außerdem kann auf die aufwendige, fehleranfällige und kostenintensive Vergußmasse zwischen dem Federelement und der Plastikhülse verzichtet werden.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist das Wärmeleitelement stabförmig ausgebildet. Die Wärmeleitelemente können so in gegebene geometrische Verhältnisse vorteilhaft eingebunden werden.
- Vorteilhafterweise sind die Wärmeleitelemente um die Längsachse des Aktors symmetrisch verteilt. Dadurch wird eine punktuelle Wärmebelastung des Aktors verhindert.
- In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Wärmeleitelement hülsenförmig oder rohrförmig ausgebildet. Das Wärmeleitelement läßt sich so in einfacher Weise herstellen, montieren und fügen. Außerdem können am Aktor punktuell auftretende Wärmeleistungen besser abgeführt werden. Die mechanische Stabilität ist erhöht und der Aktor in einfacher Weise vor mechanischen Einflüssen geschützt.
- Vorteilhafterweise ist das Wärmeleitelement mit dem Federelement im Bereich des abspritzseitigen Endes des Federelements oder im Bereich des abspritzfernen Endes des Federelements gefügt. Die dadurch entstehende Wärmebrücke kann dadurch in einen Bereich gelegt werden, welcher der gewünschten Temperaturdifferenz entspricht. Außerdem wird dadurch die Funktion des Federelements sichergestellt.
- Weiterhin ist von Vorteil, das Wärmeleitelement durch eine Presspassung oder eine Schweißnaht mit dem Federelement zu fügen. Ein optimaler Wärmeübergang von Wärmeleitelement zu Federelement ist dadurch gewährleistet.
- In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Wärmeleitelement fast über die gesamte Länge des Aktors. Die Funktion des Federelements wird dadurch sichergestellt und die Verlustwärme des Aktors sicher abgeleitet.
- Vorzugsweise besteht das Wärmeleitelement zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Stahl. Ein optimaler Wärmetransport ist dadurch gewährleistet.
- Vorteilhafterweise verlaufen zwischen dem Wärmeleitelement und dem Aktor Pins, über welche der Aktor elektrisch kontaktiert werden kann. Die Pins werden durch das Wärmeleitelement vor mechanischen Einflüssen geschützt.
- Vorteilhaft ist es, den Raum zwischen dem Wärmeleitelement und dem Aktor wenigstens teilweise mit einer elastischen Vergußmasse zu füllen. Insbesondere kann der Aktor dadurch vor mechanischen und chemischen Einflüssen geschützt werden.
- Zeichnung
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Gesamtdarstellung eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik und -
2 eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in1 . - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- Bevor anhand der
2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird, wird anhand von1 ein Brennstoffeinspritzventil1 gemäß dem Stand der Technik in seinen wesentlichen Bauteilen zum besseren Verständnis der Erfindung kurz erläutert. - Das Brennstoffeinspritzventil
1 ist dabei als Brennstoffeinspritzventil1 für Brennstoffeinspritzanlagen für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine geeignet. Das Brennstoffeinspritzventil1 umfaßt dabei ein rundzylindrisches erstes Gehäuse3 , welches in einem zweiten Gehäuse11 koaxial angeordnet ist. Beide Gehäuse3 ,11 schließen abströmseitig mit einem Verbindungskörper16 hermetisch dicht ab. Das erste Gehäuse3 und das zweite Gehäuse11 werden zuströmseitig von einem im wesentlichen zylinderförmigen Anschlußstutzen6 hermetisch dicht abgeschlossen. Ein Aktor2 stützt sich zuströmseitig über einen scheibenförmigen Aktorfuß22 an dem Anschlußstutzen6 ab. - Am abströmseitigen Ende des Aktors
2 ist dem Aktor2 ein scheibenförmiger Aktorkopf9 zugeordnet. Der in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von nicht weiter dargestellten Schichten bestehende, im Querschnitt quadratische, piezoelektrische, elektrostriktive oder magnetostriktive Aktor2 steht über den Aktorkopf9 und einen zum Aktor2 koaxial angeordneten hydraulischen Koppler10 mit einem am abspritzseitigen Ende einer Ventilnadel12 ausgebildeten Ventilschließkörper13 in Wirkverbindung. Die Ventilnadel12 greift dabei durch den Verbindungskörper16 und einen am abspritzseitigen Ende des Verbindungskörpers16 angebrachten Düsenkörper14 hindurch. Der hydraulische Koppler10 dient in diesem Ausführungsbeispiel zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen von Bauteilen, insbesondere des Aktors2 . Der hydraulische Koppler10 kann beispielsweise auch als Hubübersetzungseinrichtung zur Übersetzung eines kleinen Aktorhubs auf einen größeren Ventilnadelhub wirken. Am abspritzseitigen Ende des Düsenkörpers14 ist ein einstückig mit dem Düsenkörper14 ausgebildeter Ventilsitzkörper15 angeordnet. Der Ventilschließkörper13 wirkt mit einer am Ventilsitzkörper15 ausgebildeten Ventilsitzfläche24 zu einem Dichtsitz zusammen. Der Ventilschließkörper13 des nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventils1 wird durch eine Rückstellfeder17 , welche zwischen dem Verbindungskörper16 und einem an der Ventilnadel12 angreifenden Tellerelement18 eingespannt ist, im Ruhezustand in den Dichtsitz gezogen. - Im Anschlußstutzen
7 , zwischen dem ersten Gehäuse3 und dem zweiten Gehäuse11 , im Verbindungskörper16 und zwischen der Ventilnadel12 und dem Düsenkörper14 verläuft ein Brennstoffkanal8 von der zuströmseitigen Seite des Brennstoffeinspritzventils1 zum Dichtsitz. - Ein in diesem Ausführungsbeispiel als Rohrfeder ausgebildetes Federelement
4 , welches mit seinen axialen Enden zum einen am Aktorkopf9 und zum anderen am Aktorfuß22 stoff-, kraft- oder formschlüssig gefügt ist, umgibt den Aktor2 radial und spannt den Aktor2 zwischen dem Aktorkopf9 und dem Aktorfuß22 vor. - Das Brennstoffeinspritzventil
1 weist eine Mittelachse19 auf, zu welcher in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere der Aktor2 , das Federelement4 , der hydraulische Koppler10 und die Ventilnadel12 koaxial angeordnet sind. - Wird der Aktor
2 über einen nicht weiter dargestellten elektrischen Anschluß, welcher durch eine elektrische Leitung5 kontaktiert wird, angeregt, so dehnt sich der Aktor2 aus und drückt über den hydraulischen Koppler10 die Ventilnadel12 in Abspritzrichtung, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder17 . Der Ventilschließkörper13 hebt von der Ventilsitzfläche24 ab und der über den Brennstoffkanal8 zugeführte Brennstoff wird über eine Abspritzöffnung26 in den nicht dargestellten Brennraum abgespritzt. - Nachfolgend wird anhand der
2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. In der2 ist der in1 mit II bezeichnete Ausschnitt dargestellt. -
2 zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils1 im Bereich II in1 . Der Aktor2 ist radial von einem hohlzylinderförmigen, aus Aluminium bestehenden Wärmeleitelement25 umgeben. Das Wärmeleitelement25 kann im Querschnitt entweder rund oder der Form des Querschnitts des Aktors2 angepaßt sein. Die Länge des Wärmeleitelements25 ist dabei geringfügig kürzer als die Länge des Aktors2 . Zwischen dem Wärmeleitelement25 und dem Aktor2 ist eine Vergußmasse20 angeordnet, welche dem Schutz des Aktors2 und zur Wärmeabführung dient. Neben dem Aktor2 , in der Vergußmasse20 , verlaufen zwei stabförmige Pins23 . Die Pins23 weißen nicht dargestellte Kontaktdrähte auf, die den Aktor2 kontaktieren. Radial um das Wärmeleitelement25 ist das Federelement4 mit einem Abstand zum Wärmeleitelement25 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel weist das hohlzylindrische Wärmeleitelement25 an seinem abströmseitigen Ende eine Durchmesseraufweitung auf, welche das Wärmeleitelement25 mit dem Federelement4 nahe dem Aktorkopf9 durch eine Presspassung fügt. - Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch für beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen
1 , insbesondere innen öffnende Brennstoffeinspritzventile, geeignet.
Claims (11)
- Brennstoffeinspritzventil (
1 ), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2 ), einer mit dem Aktor (2 ) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (12 ), die an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (13 ) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (24 ) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (2 ) über wenigstens einen Teil seiner axiale Länge wenigstens teilweise radial von einem Federelement (4 ) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aktor (2 ) und dem Federelement (4 ) zumindest ein Wärmeleitelement (25 ) angeordnet ist. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Wärmeleitelement (
25 ) und dem Aktor (2 ) in allen Querschnittsebenen an allen Stellen der gleiche ist. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitelement (
25 ) mit dem Federelement (4 ) im Bereich des abspritzseitigen Endes des Federelements (4 ) oder im Bereich des abspritzfernen Endes des Federelements (4 ) gefügt ist. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitelement (
25 ) durch eine Presspassung oder Schweißung gefügt ist. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitelement (
25 ) sich zumindest fast über die gesamte Länge des Aktors (2 ) erstreckt. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitelement (
25 ) zumindest zum Teil aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Stahl, besteht. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmeleitelement (
25 ) und dem Aktor (2 ) Pins (23 ) verlaufen, welche den Aktor (2 ) elektrisch kontaktieren. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Wärmeleitelement (
25 ) und dem Aktor (2 ) wenigstens teilweise mit einer elastischen Vergußmasse (20 ) gefüllt ist. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitelement (
25 ) hülsenförmig ausgebildet ist. - Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitelement (
25 ) stabförmig geformt sind. - Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitelemente (
25 ) um die Längsachse des Aktors (2 ) symmetrisch verteilt sind.
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