EP1115970B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1115970B1
EP1115970B1 EP99923380A EP99923380A EP1115970B1 EP 1115970 B1 EP1115970 B1 EP 1115970B1 EP 99923380 A EP99923380 A EP 99923380A EP 99923380 A EP99923380 A EP 99923380A EP 1115970 B1 EP1115970 B1 EP 1115970B1
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EP
European Patent Office
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valve
actuator
needle
fuel injection
fuel
Prior art date
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Application number
EP99923380A
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English (en)
French (fr)
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EP1115970A1 (de
Inventor
Friedrich Boecking
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1115970A1 publication Critical patent/EP1115970A1/de
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Publication of EP1115970B1 publication Critical patent/EP1115970B1/de
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • 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
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    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
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    • 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
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of claim 1.
  • fuel injector forms a valve closing body together with a valve seat a sealing seat.
  • the fuel injector is alternatively either as outward opening fuel injector or as inside opening fuel injection valve formed.
  • the valve closing body is integrally connected to a valve needle, which is actuated by means of a piezoelectric actuator. Piezoelectric actuators have only a relatively small Operating stroke. Therefore, in this document proposed between the piezoelectric actuator and the Valve needle to arrange a hydraulic translation device, the actuation stroke exerted by the actuator increased.
  • a fuel injector with a piezoelectric Actuator in another design is known from DE 43 06 073 C1 known. But even this design is not very compact and requires a relatively large volume of construction.
  • fuel injection valve also provided a hydraulic translation device, around the relatively small stroke of the piezoelectric Actuator to transform to a larger stroke of the valve needle.
  • a hydraulic translation device for compression of the hydraulic medium of Translation device and to compensate for leakage losses serves a special accumulator, for example in the form of an externally provided pressure reservoir. This requires an additional connection for this Pressure reservoir or other measures for the realization of Pressure accumulator.
  • a Fuel injection valve for fuel injection systems of Internal combustion engine is known that with a piezoelectric Actuator is executed.
  • the valve has one of the actuator actuated by means of a one-piece valve needle Valve closing body, with a valve seat to a Tight fit together.
  • a Fuel line leads to the sealing seat.
  • the actor is tubular, and the valve needle extends through the tubular actuator.
  • the valve needle has an axial Llindso réelle, so that the valve needle a Section of the fuel line forms, thus at least is partially enclosed by the actuator.
  • the previously known fuel injection valves with piezoelectric Actuators are mainly used for injection fuel into a self-igniting internal combustion engine, in particular for injecting diesel fuel.
  • the case occurring operating pressures are relatively high and prevented so far a more compact, space-saving design.
  • the fuel injection valve according to the invention with the Features of claim 1 has the advantage that due to the leadership of the fuel line through the tubular shaped actuator through an extremely compact design results. While the fuel at the known fuel injection valves on the side of the actuator is passed, resulting in a wider design, or downstream of the actuator, which is for the Connection of the fuel line is usually unfavorable results from the inventive training a Centrally operated fuel line with the possibility of the Fuel inlet on the valve closing body to provide opposite end of the fuel injection valve.
  • the housing can with relatively small wall thickness be formed, since the fuel line is not like the State of the art in the housing laterally on the actuator must be passed.
  • the compact design also results in short Intake routes for the fuel, so that cavitation problems be avoided.
  • valve needle extends through the tubular actuator, wherein an axial longitudinal opening the valve needle a section of the fuel line forms.
  • the valve needle takes over both the Function of actuation of the valve closing body as well the function of the fuel line.
  • a hydraulic transmission device to be provided on which the actuator acts via a booster piston.
  • a hydraulic medium for the translation device in the fuel line it is particularly advantageous as a hydraulic medium for the translation device in the fuel line to use guided fuel.
  • a special, hydraulic Medium, such as oil, is for the Translation device then not required. Any Leakage losses are caused by an automatic Refilling process balanced. Moreover, there is not the Danger of contamination of the fuel with a different hydraulic medium, for example Hydraulic oil.
  • valve needle in two parts form and by means of a weld or a Coupling piece to connect. This way you can discharge side valve needle section spray side in the Fuel injection valve and a supply-side valve needle section inlet side into the fuel injection valve be used, the two valve needle sections then be connected together. It can be a Flange, which serves to support a return spring, pre-assembled at the inlet-side valve needle section become.
  • the actuator of a biasing element radially surround. Compared to the usual in the prior art axial arrangement of the biasing element results from this measure a more compact design.
  • Fig. 1 shows in an axial sectional view Inventive fuel injection valve 1.
  • the Fuel injector 1 is used in particular for direct Injecting fuel, especially gasoline, in a combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignited Internal combustion engine as so-called gasoline direct injection valve.
  • the fuel injection valve according to the invention Of course, 1 is also suitable for other applications.
  • the fuel injection valve 1 has one by means of a Valve needle 2 operable valve closing body 3.
  • the Valve needle 2 is divided into an inlet side Valve needle section 2a and a discharge-side valve needle section 2 B.
  • the valve closing body 3 is in Embodiment with the discharge-side valve needle section 2b formed in one piece. That in FIG. 1 shown fuel injection valve is an outward opening fuel injector 1.
  • the valve closing body 3 has a frustoconical, in Abspritzcardi extending section 4 on.
  • the valve closing body 3 acts with a on a first housing body 5 trained valve seat 27 to a Tight fit together.
  • the fuel flows over one in the second Housing body 6 for receiving a return spring. 9 provided chamber 8 in the tubular design inlet side valve needle section 2a.
  • the inlet side Valve needle section 2a and the discharge-side valve needle section 2b have a longitudinal opening 10, wherein the Longitudinal opening 10 over the entire axial length of the inlet-side valve needle section 2a and only partially axially in the discharge side Valve needle section 2b extends.
  • a radial bore 11 which is the longitudinal opening 10 with a recess 12 in the first housing body. 5 combines.
  • the valve needle 2 therefore forms a section one of the fuel inlet port 7 to that of the Valve closing body 3 and the valve seat surface 27 formed Sealing seat leading fuel line.
  • the fuel flows in the recess 12 of the radial bore 11 of the Valve needle 2 to that of the valve closing body 3 and the valve seat surface 27 formed sealing seat and is there hosed on actuation of the fuel injection valve 1.
  • tubular actuator 13 For actuating the fuel injection valve 1 is used according to the invention tubular actuator 13.
  • the actuator 13 encloses the inlet-side valve needle section 2a and Thus, a guided in the valve needle 2 section of Fuel line.
  • the tubular actuator 13 consists of a plurality of stacked arranged piezoelectric Ceramic plates, each provided with electrodes, to the individual ceramic plate of the actuator 13 with a to apply electrical voltage. Upon admission with an electrical voltage, the actuator 13 expands.
  • the actuator 13 abuts a first flange 14 on the second housing body 6 and acts on a second flange 15 on a booster piston 16 a.
  • the inlet side valve needle section 2a and the discharge-side valve needle section 2b are in Embodiment by a weld 17 with each other connected. So that the weld 17 during assembly for a Welding tool is accessible, has the booster piston 16 several circumferentially distributed radial bores 18 on.
  • the actuator 13 is radially by a biasing element 19th surrounded, in the embodiment as a corrugated Switzerlandfederband is formed.
  • the biasing element 19 is between the first flange 14 and the second flange 15 clamped and generates an axial preload for the Actuator 13.
  • the Translation device 20 consists of one with a hydraulic medium filled translator chamber 21, to which of the booster piston 16 with a first surface A1 and the valve needle 2 with a second surface A2 adjacent.
  • the second surface A2 of the valve needle 2 is smaller than the first surface A1 of the booster piston 16.
  • the fuel injection valve 1 records characterized by an extremely compact design.
  • the leadership the fuel line takes place in the region of the actuator 13 concentric with the longitudinal axis 24 through the tubular trained actuator 13 through. It is not required, in the housing bodies 5 and 6, as in the state the technique usual to integrate the fuel line, so that overall a slimmer and more compact design results.
  • the fuel injectors for direct Injecting fuel into the combustion chamber of a mixture-compression, spark-ignited internal combustion engine in particular so-called gasoline direct injection valves, occurring fuel pressures lower than fuel injectors for self-igniting internal combustion engines, For example, diesel injection valves.
  • the required operating force comparatively lower so that the of the tubular actuator 13th exerted actuation force at least for this preferred Use case is completely sufficient.
  • Fig. 2 shows in a longitudinal section a second Embodiment of a fuel injection valve according to the invention 1.
  • Embodiment is in contrast to the in Fig. 1 illustrated embodiment to an inward opening fuel injection valve 1.
  • Already described Elements are provided with matching reference numerals, to facilitate the assignment. On a repetitive Description is omitted in this respect.
  • valve needle is the second in two parts from an inlet-side valve needle section 2a and a discharge-side valve needle portion 2b.
  • the valve closing body 3 has a cylindrical Section 40 on which to the better circumferential distribution of the fuel at least one Swirl groove 41 is provided.
  • the cylindrical Section 40 joins in the flow direction tapered portion 42 of the valve closing body 3, the one formed on a nozzle body 43 Valve seat surface 27 cooperates to a sealing seat.
  • Actuation of the fuel injection valve 1 lifts the Valve closing body 3 of the valve seat surface 27 in Fig. 2nd upwards and releases a spray opening 45.
  • Of the Nozzle body 43 is by means of a clamping nut 46, which over a thread 47 is screwed to the housing body 6, braced against an intermediate disc 48.
  • valve needle 2 has a Longitudinal opening 10, which is a section of the Fuel line forms. About radial bores 60 flows the Fuel in a recess 51 of the nozzle body 43 and on the at least one swirl groove 41 on to the Sealing seat.
  • the actuator 13 is tubular and formed by a Biasing element 19 between a first flange 14 and clamped a second flange 15.
  • a Biasing element 19 When applying the Actuator 13 with an electric voltage expands this and shifts a booster piston 16 in FIG. 2 up towards the fuel inlet port 7.
  • the hydraulic medium in a booster chamber 21 of a hydraulic translator 20 is therefore displaced and moves the flange 23 and thus the valve needle 2 in Fig. 2 upward, so that the valve closing body 3 of the Valve seat surface 27 lifts and the spray opening 45th releases.
  • FIG. 3 shows the detail III in Fig. 2.
  • the upstream side Valve needle section 2a an axial longitudinal opening 10, the via radial bores 60 opens.
  • the each in the adjoining area between the two Valve needle sections 2a and 2b are formed to a to ensure better radial distribution of the fuel.
  • the coupling piece 52 are radial bores 54 passed through, so that the fuel ultimately in the Recess 51 of the nozzle body 43 passes.
  • the inlet-side valve needle section 2a has a first one Groove 55, while the discharge-side valve needle section 2b has a second groove 56, each at the outer Scope are provided.
  • the coupling piece 52 has inwards projecting detents 57 and 58 which in the grooves 55 and 56 engage with rest.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments limited.
  • the concept of central leadership of Fuel line through the tubular actuator 13 through is structurally different even in a variety designed fuel injectors realized.
  • the piezoelectric actuator 13 may also be magnetostrictive actuator can be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der DE 19500706 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 bekannt. Bei dem aus dieser Druckschrift hervorgehenden Brennstoffeinspritzventil bildet ein Ventilschließkörper zusammen mit einer Ventilsitzfläche einen Dichtsitz. Das Brennstoffeinspritzventil ist alternativ entweder als nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil oder als nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil ausgebildet. Der Ventilschließkörper ist einteilig mit einer Ventilnadel verbunden, die mittels eines piezoelektrischen Aktors betätigbar ist. Piezoelektrische Aktoren haben einen nur relativ geringen Betätigungshub. In dieser Druckschrift wird daher vorgeschlagen, zwischen dem piezoelektrischen Aktor und der Ventilnadel eine hydraulische Übersetzungseinrichtung anzuordnen, die den von dem Aktor ausgeübten Betätigungshub vergrößert.
Nachteilig ist bei diesem bekannten Brennstoffeinspritzventil die relativ aufwendige und hinsichtlich der Kompaktheit nicht optimierte Bauform. Ferner ist nachteilig, daß für die hydraulische Übersetzungseinrichtung ein spezielles hydraulisches Medium Verwendung findet, das aufgrund von Leckage-Verlusten sich im Laufe der Zelt verflüchtigt, was die Betätigung und die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils beeinträchtigen kann.
Ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor in einer anderen Bauweise ist aus der DE 43 06 073 C1 bekannt. Aber auch diese Bauform ist wenig kompakt und benötigt ein relativ großes Bauvolumen. Bei dem aus dieser Druckschrift hervorgehenden Brennstoffeinspritzventil ist ebenfalls eine hydraulische Übersetzungseinrichtung vorgesehen, um den relativ geringen Hub des piezoelektrischen Aktors zu einem größeren Hub der Ventilnadel zu transformieren. Zur Kompression des hydraulischen Mediums der Übersetzungseinrichtung und zum Ausgleich von Leckage-Verlusten dient ein spezieller Druckspeicher, beispielsweise in Form eines extern vorgesehenen Druckreservoirs. Dies erfordert einen zusätzlichen Anschluß für dieses Druckreservoir oder andere Maßnahmen zur Realisierung des Druckspeichers.
Aus der DE 195 34 445 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, das mit einem piezoelektrischen Aktor ausgeführt ist. Außerdem besitzt das Ventil einen von dem Aktor mittels einer einteiligen Ventilnadel betätigbaren Ventilschließkörper, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Über einen Brennstoffeinlaßstutzen wird dem Ventil Brennstoff zugeführt, wobei eine Brennstoffleitung bis zum Dichtsitz führt. Der Aktor ist rohrförmig ausgebildet, und die Ventilnadel erstreckt sich durch den rohrförmigen Aktor hindurch. Die Ventilnadel hat eine axiale Längsoffnung, so dass die Ventilnadel einen Abschnitt der Brennstoffleitung bildet, die somit zumindest abschnittsweise von dem Aktor umschlossen ist.
Die bisher bekannten Brennstoffeinspritzventile mit piezoelektrischen Aktoren dienen hauptsächlich zum Einspritzen von Brennstoff in eine selbstzündende Brennkraftmaschine, insbesondere zum Einspritzen von Dieselbrennstoff. Die dabei auftretenden Betriebsdrücke sind relativ hoch und verhinderten bislang eine kompaktere, platzsparende Bauweise.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich aufgrund der Führung der Brennstoffleitung durch den rohrförmig ausgebildeten Aktor hindurch eine äußerst kompakte Bauweise ergibt. Während der Brennstoff bei den bekannten Brennstoffeinspritzventilen seitlich an dem Aktor vorbeigeführt wird, was zu einer breiteren Bauform führt, oder stromabwärts des Aktors zugeführt wird, was für den Anschluß der Brennstoffleitung in der Regel ungünstig ist, ergibt sich mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung eine zentral geführte Brennstoffleitung mit der Möglichkeit, den Brennstoffeinlaßstutzen an dem dem Ventilschließkörper gegenüberliegenden Ende des Brennstoffeinspritzventils vorzusehen. Das Gehäuse kann mit relativ geringer Wandstärke ausgebildet werden, da die Brennstoffleitung nicht wie beim Stand der Technik in dem Gehäuse seitlich an dem Aktor vorbeigeführt werden muß.
Durch die kompakte Bauweise ergeben sich ferner kurze Ansaugwege für den Brennstoff, so daß Kavitationsprobleme vermieden werden.
In vorteilhafter Weise erstreckt sich die Ventilnadel durch den rohrförmigen Aktor hindurch, wobei eine axiale Längsöffnung der Ventilnadel einen Abschnitt der Brennstoffleitung bildet. Die Ventilnadel übernimmt dabei sowohl die Funktion der Betätigung des Ventilschließkörpers als auch die Funktion der Brennstoffleitung.
Besonders vorteilhaft ist es, zwischen dem Aktor und der innen durchströmten Ventilnadel eine hydraulische Übersetzungseinrichtung vorzusehen auf welche der Aktor über einen Übersetzerkolben einwirkt.
Es ist besonders vorteilhaft, als hydraulisches Medium für die Übersetzungseinrichtung den in der Brennstoffleitung geführten Brennstoff zu verwenden. Ein spezielles, hydraulisches Medium, beispielsweise Öl, ist für die Übersetzungseinrichtung dann nicht erforderlich. Eventuelle Leckage-Verluste werden durch einen automatischen Nachfüllvorgang ausgeglichen. Außerdem besteht nicht die Gefahr einer Verunreinigung des Brennstoffs mit einem andersartigen hydraulischen Medium, beispielsweise Hydrauliköl.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Es ist besonders vorteilhaft, die Ventilnadel zweiteilig auszubilden und mittels einer Schweißnaht oder eines Kupplungsstücks zu verbinden. Auf diese Weise kann ein abspritzseitiger Ventilnadelabschnitt abspritzseitig in das Brennstoffeinspritzventil und ein zulaufseitiger Ventilnadelabschnitt zulaufseitig in das Brennstoffeinspritzventil eingesetzt werden, wobei die beiden Ventilnadelabschnitte anschließend miteinander verbunden werden. Dabei kann ein Flansch, welcher der Abstützung einer Rückstellfeder dient, an dem zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt bereits vormontiert werden.
Vorteilhaft ist der Aktor von einem Vorspannelement radial umgeben. Gegenüber der beim Stand der Technik üblichen axialen Anordnung des Vorspannelements ergibt sich durch diese Maßnahme eine kompaktere Bauweise.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
Fig. 2
einen axialen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und
Fig. 3
den Ausschnitt III in Figur 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt in einer 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 Benzin-Direkt-Einspritzventil. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch selbstverständlich auch für andere Anwendungsfälle.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen mittels einer Ventilnadel 2 betätigbaren Ventilschließkörper 3 auf. Die Ventilnadel 2 gliedert sich in einen zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a und einen abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b. Der Ventilschließkörper 3 ist im Ausführungsbeispiel mit dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b einteilig ausgebildet. Das in Figur 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil ist ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Der Ventilschließkörper 3 weist einen kegelstumpfförmigen, sich in Abspritzrichtung erweiternden Abschnitt 4 auf. Der Ventilschließkörper 3 wirkt mit einer an einem ersten Gehäusekörper 5 ausgebildeten Ventilsitzfläche 27 zu einem Dichtsitz zusammen.
Die Zuführung des Brennstoffs erfolgt über einen in einem zweiten Gehäusekörper 6 ausgebildeten Brennstoffeinlaßstutzen 7. Der Brennstoff strömt über eine in dem zweiten Gehäusekörper 6 zur Aufnahme einer Rückstellfeder 9 vorgesehene Kammer 8 in den rohrförmig ausgebildeten zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a. Der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt 2a und der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt 2b weisen eine Längsöffnung 10 auf, wobei sich die Längsöffnung 10 über die gesamte axiale Längserstreckung des zulaufseitigen Ventilnadelabschnitts 2a und nur abschnittsweise axial in dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b erstreckt. An die Längsöffnung 10 schließt sich eine Radialbohrung 11 an, die die Längsöffnung 10 mit einer Ausnehmung 12 in dem ersten Gehäusekörper 5 verbindet. Die Ventilnadel 2 bildet daher einen Abschnitt einer von dem Brennstoffeinlaßstutzen 7 zu dem von dem Ventilschließkörper 3 und der Ventilsitzfläche 27 gebildeten Dichtsitz führenden Brennstoffleitung. Der Brennstoff strömt in der Ausnehmung 12 von der Radialbohrung 11 der Ventilnadel 2 bis zu dem von dem Ventilschließkörper 3 und der Ventilsitzfläche 27 gebildeten Dichtsitz und wird dort bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 abgespritzt.
Zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 dient ein erfindungsgemäß rohrförmig ausgebildeter Aktor 13. Der Aktor 13 umschließt den zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a und somit einen in der Ventilnadel 2 geführten Abschnitt der Brennstoffleitung. Der rohrförmige Aktor 13 besteht aus mehreren gestapelt angeordneten piezoelektrischen Keramikplättchen, die jeweils mit Elektroden versehen sind, um die einzelnen Keramikplättchen des Aktors 13 mit einer elektrischen Spannung zu beaufschlagen. Bei Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung dehnt sich der Aktor 13 aus. Der Aktor 13 stößt sich dabei über einen ersten Flansch 14 an dem zweiten Gehäusekörper 6 ab und wirkt über einen zweiten Flansch 15 auf einen Übersetzerkolben 16 ein. Der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt 2a und der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt 2b sind im Ausführungsbeispiel durch eine Schweißnaht 17 miteinander verbunden. Damit die Schweißnaht 17 bei der Montage für ein Schweißwerkzeug zugänglich ist, weist der Übersetzerkolben 16 mehrere umfänglich verteilt angeordnete Radialbohrungen 18 auf.
Der Aktor 13 wird radial von einem Vorspannelement 19 umgeben, das im Ausführungsbeispiel als gewelltes Zugfederband ausgebildet ist. Das Vorspannelement 19 ist zwischen dem ersten Flansch 14 und dem zweiten Flansch 15 eingespannt und erzeugt eine axiale Vorspannung für den Aktor 13.
Beim Betätigen des Aktors 13 dehnt sich der Aktor 13 aus und verschiebt über den zweiten Flansch 15 den Übersetzerkolben 16 in Richtung auf den Ventilschließkörper 3 in Fig. 1 nach unten. Der Übersetzerkolben 16 und die Ventilnadel 2 wirken über eine Übersetzungseinrichtung 20 zusammen. Die Übersetzungseinrichtung 20 besteht aus einer mit einem hydraulischen Medium gefüllten Übersetzerkammer 21, an welche der Übersetzerkolben 16 mit einer ersten Fläche A1 und die Ventilnadel 2 mit einer zweiten Fläche A2 angrenzen. Dabei ist die zweite Fläche A2 der Ventilnadel 2 kleiner als die erste Fläche A1 des Übersetzerkolbens 16. Das bei einer Verschiebung des Übersetzerkolbens 16 verdrängte hydraulische Medium führt daher zu einer Verschiebung der Ventilnadel 2 in Richtung auf den Ventilschließkörper 3 in Fig. 1 nach unten, wobei der Hub der Ventilnadel 2 gegenüber dem Betätigungshub des Übersetzerkolbens 16 aufgrund des Verhältnisses der Flächen A1 und A2 größer ist. Auf diese Weise läßt sich ein befriedigender Ventilhub erzielen. Nach Abschalten der den Aktor 13 betätigenden elektrischen Spannung zieht sich der Aktor 13 wieder zusammen bzw. wird durch das Vorspannelement 19 zusammengepreßt. Die Ventilnadel 2 wird deshalb nicht weiter mit einer in Öffnungsrichtung wirkenden Betätigungskraft beaufschlagt und die zwischen dem zweiten Gehäusekörper 6 und einem über eine Schweißnaht 22 mit der Ventilnadel 2 verbundenen Flansch 23 eingespannte Rückstellfeder 9 verschiebt die Ventilnadel 2 und den Ventilschließkörper 3 in Fig. 1 nach oben in die Schließstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 zurück.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 zeichnet sich durch eine äußerst kompakte Bauweise aus. Die Führung der Brennstoffleitung erfolgt im Bereich des Aktors 13 konzentrisch zu der Längsachse 24 durch den rohrförmig ausgebildeten Aktor 13 hindurch. Es ist daher nicht erforderlich, in den Gehäusekörpern 5 und 6, wie beim Stand der Technik üblich, die Brennstoffleitung zu integrieren, so daß sich insgesamt eine schlankere und kompaktere Bauweise ergibt.
Zwar ist die von dem rohrförmigen Aktor 13 ausgeübte Betätigungskraft vergleichsweise geringer als bei einem Aktor mit nicht zentral durchbohrten Keramikplättchen, jedoch sind die bei Brennstoffeinspritzventilen zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine, insbesondere sogenannten Benzin-Direkt-Einspritzventilen, auftretenden Brennstoffdrücke geringer als bei Brennstoffeinspritzventilen für selbstzündende Brennkraftmaschinen, beispielsweise Diesel-Einspritzventilen. Entsprechend ist die erforderliche Betätigungskraft vergleichsweise geringer, so daß die von dem rohrförmigen Aktor 13 ausgeübte Betätigungskraft zumindest für diesen bevorzugten Anwendungsfall vollkommen ausreichend ist.
Als hydraulisches Medium für die Übersetzungseinrichtung 20 kommt vorteilhaft der in dem Brennstoffeinspritzventil 1 geführte Brennstoff zum Einsatz. Dies hat den Vorteil, daß ein spezielles hydraulisches Medium, beispielsweise Hydrauliköl, nicht erforderlich ist und den Brennstoff nicht verunreinigen kann. Über Leckage-Verluste entweichendes hydraulisches Medium kann automatisch nachgefüllt werden. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Nachfüllung quasi-statisch über einen Führungsspalt 26 zwischen der Ventilnadel 2 und dem ersten Gehäusekörper 5. Der Führungsspalt 26 ist dabei jedoch so eng zu bemessen, daß bei der Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 das sich in der Übersetzerkammer 21 befindliche hydraulische Medium über den Führungsspalt 26 nicht oder nur praktisch vernachlässigbar entweichen kann.
Fig. 2 zeigt in einem Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, um die Zuordnung zu erleichtern. Auf eine wiederholende Beschreibung wird insoweit verzichtet.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ventilnadel 2 zweiteilig aus einem zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a und einem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b zusammengesetzt. An dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b ist im Ausführungsbeispiel einstückig der Ventilschließkörper 3 angeformt. Der Ventilschließkörper 3 weist einen zylinderförmigen Abschnitt 40 auf, an welchem zur besseren umfänglichen Verteilung des Brennstoffs wenigstens eine Drallnut 41 vorgesehen ist. An den zylinderförmigen Abschnitt 40 schließt sich in Strömungsrichtung ein kegelförmiger Abschnitt 42 des Ventilschließkörpers 3 an, der mit einer an einem Düsenkörper 43 ausgebildeten Ventilsitzfläche 27 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 hebt der Ventilschließkörper 3 von der Ventilsitzfläche 27 in Fig. 2 nach oben ab und gibt eine Abspritzöffnung 45 frei. Der Düsenkörper 43 ist mittels einer Spannmutter 46, welche über ein Gewinde 47 mit dem Gehäusekörper 6 verschraubt ist, gegen eine Zwischenscheibe 48 verspannt.
Der Zufluß des Brennstoffs erfolgt über einen in einem Zulaufabschnitt 49 vorgesehenen Brennstoffeinlaßstutzen 7. Der Brennstoff strömt weiter in die Kammer 8 zur Aufnahme der Rückstellfeder 9 für die Ventilnadel 2. Die Rückstellfeder 9 ist zwischen dem in den Gehäusekörper 6 über ein Gewinde 50 einschraubbaren Zulaufabschnitt 49 und einem mit der Ventilnadel 2 fest verbundenen Flansch 23 eingespannt und spannt die Ventilnadel 2 und den Ventilschließkörper 3 gegen die Ventilsitzfläche 27 in Schließrichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 vor. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Ventilnadel 2 eine Längsöffnung 10 auf, die einen Abschnitt der Brennstoffleitung bildet. Über Radialbohrungen 60 strömt der Brennstoff in eine Ausnehmung 51 des Düsenkörpers 43 und über die wenigstens eine Drallnut 41 weiter zu dem Dichtsitz.
Auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aktor 13 rohrförmig ausgebildet und durch ein Vorspannelement 19 zwischen einem ersten Flansch 14 und einem zweiten Flansch 15 eingespannt. Bei Beaufschlagen des Aktors 13 mit einer elektrischen Spannung dehnt sich dieser aus und verschiebt einen Übersetzerkolben 16 in Fig. 2 nach oben in Richtung auf den Brennstoffeinlaßstutzen 7. Das hydraulische Medium in einer Übersetzerkammer 21 eines hydraulischen Übersetzers 20 wird daher verdrängt und verschiebt den Flansch 23 und somit die Ventilnadel 2 in Fig. 2 nach oben, so daß der Ventilschließkörper 3 von der Ventilsitzfläche 27 abhebt und die Abspritzöffnung 45 freigibt.
Nach Abschalten der den Aktor 13 beaufschlagenden elektrischen Spannung zieht sich dieser wieder zusammen bzw. wird von dem den Aktor 13 umgebenden Vorspannelement 19 zusammengedrückt, und die Ventilnadel 2 wird durch die Rückstellfeder 9 in Fig. 2 nach unten verschoben, bis der Ventilschließkörper 3 wieder an der Ventilsitzfläche 27 anliegt. Zu betonen ist, daß durch das erfindungsgemäß ausgebildete Brennstoffeinspritzventil 1 sich sowohl beim Öffnen als auch Schließen sehr kurze Schaltzeiten realisieren lassen.
Die Montage des in Fig. 2 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt in der Weise, daß zunächst sämtliche von dem Gehäusekörper 6 aufgenommenen Bauteile vormontiert werden. Schließlich wird der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt 2b über ein noch näher zu beschreibendes Kupplungsstück 52 mit dem zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt 2a verbunden. Nachfolgend wird der Düsenkörper 43 aufgesetzt und mittels der Spannmutter 46 verspannt.
Die Verbindung des zulaufseitigen Ventilnadelabschnitts 2a mit dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt 2b ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt. Dabei zeigt Fig. 3 den Ausschnitt III in Fig. 2.
Wie bereits beschrieben weist der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt 2a eine axiale Längsöffnung 10 auf, die über Radialbohrungen 60 ausmündet. Wie aus Fig. 3 besser zu erkennen, münden die Radialbohrungen 60 in Nuten 53 aus, die jeweils im Angrenzungsbereich zwischen den beiden Ventilnadelabschnitten 2a und 2b ausgebildet sind, um eine bessere radiale Verteilung des Brennstoffs zu gewährleisten. Durch das Kupplungsstück 52 sind Radialbohrungen 54 hindurchgeführt, so daß der Brennstoff letztlich in die Ausnehmung 51 des Düsenkörpers 43 gelangt.
Zur Verbindung der beiden Ventilnadelabschnitte 2a und 2b weist der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt 2a eine erste Nut 55 auf, während der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt 2b eine zweite Nut 56 aufweist, die jeweils am äußeren Umfang vorgesehen sind. Das Kupplungsstück 52 hat nach innen vorspringende Rastnasen 57 und 58, die in die Nuten 55 und 56 rastend eingreifen. Somit ist eine Rastverbindung zwischen den beiden Ventilnadelabschnitten 2a und 2b gegeben, der die montagefreundliche Zusammensetzung des Brennstoffeinspritzventils 1 ermöglicht.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Das Konzept der zentralen Führung der Brennstoffleitung durch den rohrförmig ausgebildeten Aktor 13 hindurch ist auch bei einer Vielzahl baulich anders ausgestalteter Brennstoffeinspritzventile realisierbar. Anstatt des piezoelektrischen Aktors 13 kann auch ein magnetostriktiver Aktor verwendet werden.

Claims (10)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (13), einem von dem Aktor (13) mittels einer Ventilnadel (2) betätigbaren Ventilschließkörper (3), der mit einer Ventilsitzfläche (27) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einer von einem Brennstoffeinlassstutzen (7) bis zu dem Dichtsitz führenden Brennstoffleitung (8, 10, 11, 12, 51, 60), wobei der Aktor (13) rohrförmig ausgebildet ist und sich die Ventilnadel (2) durch den rohrförmigen Aktor (13) hindurch erstreckt und die Ventilnadel (2) eine axiale Längsöffnung (10) aufweist, so dass die Ventilnadel (2) einen Abschnitt der Brennstoffleitung (8, 10, 11, 12, 51, 60) bildet, die somit zumindest abschnittsweise von dem Aktor (13) umschlossen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aktor (13) und der innen durchströmten Ventilnadel (2) eine hydraulische Übersetzungseinrichtung (20) vorgesehen ist, auf welche der Aktor (13) über einen Übersetzerkolben (16) einwirkt.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (2) zweiteilig ausgebildet ist und einen zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt (2a) sowie einen mit dem Ventilschließkörper (3) verbundenen oder mit diesem einteilig ausgebildeten abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt (2b) aufweist, wobei sich ausschließlich der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt (2a) durch den rohrförmigen Aktor (13) hindurch erstreckt und also die Verbindungsstelle der beiden Ventilnadelabschnitte (2a, 2b) stromabwärts der Durchflusspassage durch den Aktor (13) liegt.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt (2a) einen Flansch (23) aufweist, an welchem sich eine Rückstellfeder (9) abstützt.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zulaufseitige Ventilnadelabschnitt (2a) und der abspritzseitige Ventilnadelabschnitt (2b) durch eine Schweißnaht (17) miteinander verbunden sind.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zulaufseitigen Ventilnadelabschnitt (2a) und dem abspritzseitigen Ventilnadelabschnitt (2b) ein Kupplungsstück (52) vorgesehen ist, das eine erste Rastnase (57), die in eine Nut (55) des zulaufseitigen Ventilnadelabschnitts (2a) einrastet, und eine zweite Rastnase (58), die in eine Nut (56) des abspritzseitigen Ventilnadelabschnitts (2b) einrastet, aufweist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) von einem Vorspannelement (19) radial umgeben ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung (20) ein hydraulisches Medium aufweist, das über eine erste Fläche (A1) mit dem Übersetzerkolben (16) und über eine gegenüber der ersten Fläche (A1) kleinere zweite Fläche (A2) mit der Ventilnadel (2) in Verbindung steht.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Medium der Übersetzungseinrichtung (20) in der Brennstoffleitung (8, 10, 11, 12, 51, 60) geführter Brennstoff ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Übersetzungseinrichtung (20) unterhalb des Aktors (13) und der Verbindungsstelle der beiden Ventilnadelabschnitte (2a, 2b) liegt.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Übersetzungseinrichtung (20) oberhalb des Aktors (13) und damit auch oberhalb der Verbindungsstelle der beiden Ventilnadelabschnitte (2a, 2b) liegt.
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