EP1144849B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1144849B1
EP1144849B1 EP00988610A EP00988610A EP1144849B1 EP 1144849 B1 EP1144849 B1 EP 1144849B1 EP 00988610 A EP00988610 A EP 00988610A EP 00988610 A EP00988610 A EP 00988610A EP 1144849 B1 EP1144849 B1 EP 1144849B1
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EP
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fuel injection
injection valve
actuator
flexible
fuel
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EP00988610A
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Wolfgang Ruehle
Hubert Stier
Matthias Boee
Guenther Hohl
Norbert Keim
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • 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
    • F02M51/0607—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means the actuator being hollow, e.g. with needle passing through the hollow space

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injection valve according to the preamble of the claim 1 is known from DE 195 00 706 A1.
  • the repeater in the valve housing is the reciprocating piston the repeater with a reduced diameter end portion provided in a recess in the working piston protruding the repeater.
  • One in the of the pistons limited booster chamber inserted diaphragm spring sets the Working piston to the actuator and one in the recess concentric with the end portion arranged helical compression spring pushes the piston against the valve needle.
  • Influences of temperature changes, wear and manufacturing tolerances on the travel of the actuator are characterized compensates for that on the guide surfaces of the piston between the piston and between the piston and the inner wall of the Valve housing in each case a hollow cylindrical throttle gap is provided, via which the booster chamber with a liquid-filled low pressure space communicates. That of the booster chamber, the throttle gaps and the Low-pressure space predetermined volume is completed.
  • a disadvantage of the known from DE 195 00 706 A1 lifting device is mainly the elaborate construction and the Length of the valve. Also the relatively large volume and the relatively large cross-sectional area of the actuator leave no particular compact design too. In addition, there are the big ones Displacement volumes a high cavitation tendency in the Throttle gaps.
  • the document US 4 803 393 A shows a fuel injection valve with a piezoelectric actuator and a hydraulic transmission device with two flexible seals.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing Features of the main claim has in contrast the advantage that the lifting device is designed to be flexible and in addition to a Hubüber GmbH and a Hubumledge also a easy temperature compensation is achieved.
  • the designed as corrugated pipes seals are flexible, so that length changes are compensated.
  • the flexibility of the seals makes the dynamic Behavior of the fuel injection valve improved since the flexible corrugated pipes bouncing the valve closing body at the valve seat surface and thus a reopening of the Prevent fuel injector largely. Thereby Greater accuracy in metering times and quantities reached.
  • the tubular actuator allowed by the partial housing the valve needle in the central recess of the actuator a particularly compact and lightweight design of the fuel injection valve, being a tubular, opposite a nozzle body sealed valve needle at the same time Fuel supply to the sealing seat is used.
  • Fig. 1 shows an embodiment in an axial sectional view a fuel injection valve according to the invention 1. This is an inward opening Fuel Injector 1.
  • the fuel injector 1 is used in particular for the direct injection of fuel into the combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignited Internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 includes an actuator 2, which from disk-shaped piezoelectric or magnetostrictive Elements 3 constructed and formed tubular is.
  • the actuator 2 thus has a central recess 4, in which a valve needle 5 is guided.
  • the valve needle 5 is tubular and has a central Recess 6, through which the fuel flows.
  • the Fuel supply via a connection sleeve 8 in a nozzle-shaped extension 9 of the valve needle. 5
  • the actuator 2 is located with a first end face 10 at a Actuator cover plate 11 on.
  • the actuator cover plate 11 and the valve needle 5 are interconnected by a first fuel seal 12 connected, which in the exemplary embodiment as a corrugated pipe is trained.
  • a first fuel seal 12 connected, which in the exemplary embodiment as a corrugated pipe is trained.
  • the first fuel seal 12 is an actuator housing 13 against the fuel, the centrally over the connecting sleeve 8 is supplied, sealed.
  • In Abspritzides is the actuator housing 13 by a second Fuel seal 14 sealed, in the embodiment also designed as a corrugated pipe.
  • the second Fuel seal 14 is connected to the actuator housing 13 and the Valve needle 5 welded.
  • a conversion device 15 is encapsulated.
  • the conversion device 15 comprises an actuator base plate 16, on a second end face 17 of the actuator 2 is present. With the actuator base plate 16 is over a Weld 26b a tubular spacer 18 is connected, which is connected to a radial projection 19 at a first End 20 of a biasing spring 21 is supported.
  • the biasing spring 21 is supported by a second end 22 on a support plate 23 from which inside on a shoulder of the actuator housing 13 is present.
  • the intermediate piece 18 and the support plate 23 are connected by a first flexible seal 24.
  • the actuator base plate 16 and the intermediate piece 18 engage behind a cross-sectionally L-shaped driver 25, the over a weld 26 a form fit with the valve needle. 5 connected is.
  • the driver 25 is on the one hand by a second flexible seal 27 with the support plate 23 and on the other by a third flexible seal 28 with the radial Overhang 19 of the intermediate piece 18 preferably by Welding connected.
  • the three flexible seals 24, 27 and 28 are executed in the embodiment as corrugated pipes and close a pressure space 29 of the converter 15, which is filled with a hydraulic medium. in the Pressure chamber 29, the biasing spring 21 is encapsulated.
  • valve needle 5 with a valve closing body 30 connected to a valve seat 31 forms a sealing seat.
  • the fuel is over across extending channels 32 in the valve needle 5 in between the valve closing body 30 and a nozzle body 33 located Gap 34 and passed on to the sealing seat, where he trained on at least one in a valve seat body 35 Spray opening 36 is sprayed.
  • the actuator 2 If the actuator 2 is supplied with an electrical voltage, stretch the piezoelectric elements 3 of the actuator 2 from. There the actuator 2 on the Aktordeckplatte 11 fixed to the actuator housing 13 is applied, the actuator 2 can only in Abspritzetti expand and thereby pushes the actuator base plate 16 with the attached frictionally intermediate piece 18 in Abspritzides.
  • the intermediate piece 18 presses the biasing spring 21 against the already existing bias further together.
  • the driver 25 in the opening direction is moved.
  • the driver 25 is in operative connection with the valve needle 5, which is why this also in Opening direction is moved.
  • the valve closing body 30 lifts from the valve seat surface 31 and becomes fuel through the injection opening formed in the valve seat body 35 36 hosed.
  • the direction reversal of Aktorhubs by the conversion device 15 is possible because of the high operating speed of the actuator 2.
  • the hydraulic medium behaves incompressible.
  • a displacement of the hydraulic medium has a pulse transmission result.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment limited, but also in a variety of other Designs of fuel injection valves 1, in particular at outward opening fuel injection valves 1, realized.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfaßt einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2) und einen von dem Aktor (2) mittels einer Ventilnadel (5) betätigbaren Ventilschließkörper (30), der mit einer Ventilsitzfläche (31) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ein Zwischenstück (18) ist über eine erste flexible Dichtung (24) mit einer Stützplatte (23) verbunden, die Stützplatte (23) ist über eine zweite flexible Dichtung (27) mit einem Mitnehmer (25) an der Ventilnadel (5) verbunden und der Mitnehmer (25) ist über eine dritte flexible Dichtung (28) mit dem Zwischenstück (18) verbunden, wodurch eine abgeschlossene hydraulische Umsetzungseinrichtung (15) ensteht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Ein Brennstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 195 00 706 A1 bekannt.
Die in der DE 195 00 706 A1 beschriebene Einrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten und Gasen, insbesondere in Brennstoffeinspritzventilen in Brennkraftmaschinen, besitzt einen hydraulischen Wegverstärker zur Umsetzung des Stellwegs eines piezoelektrischen Aktors in einen vergrößerten Hub einer Ventilnadel. Zur bauvolumenkleinen räumlichen Integration des Wegverstärkers in das Ventilgehäuse ist der Hubkolben des Wegverstärkers mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt versehen, der in eine Ausnehmung im Arbeitskolben des Wegverstärkers hineinragt. Eine in der von den Kolben begrenzten Verstärkerkammer einliegende Tellerfeder legt den Arbeitskolben an den Aktor an und eine in der Ausnehmung konzentrisch zum Endabschnitt angeordnete Schraubendruckfeder drückt den Hubkolben gegen die Ventilnadel.
Einflüsse von Temperaturänderungen, Verschleiß und Fertigungstoleranzen auf den Stellweg des Aktors werden dadurch kompensiert, daß an den Führungsflächen der Kolben zwischen den Kolben und zwischen den Kolben und der Innenwand des Ventilgehäuses jeweils ein hohlzylindrischer Drosselspalt vorgesehen ist, über welche die Verstärkerkammer mit einem flüssigkeitsgefüllten Niederdruckraum in Verbindung steht. Das von der Verstärkerkammer, den Drosselspalten und dem Niederdruckraum vorgegebene Volumen ist abgeschlossen.
Nachteilig an der aus der DE 195 00 706 A1 bekannten Hubeinrichtung ist vor allem die aufwendige Konstruktion und die Baulänge des Ventils. Auch das relativ große Volumen und die relativ große Querschnittsfläche des Aktors lassen keine besonders kompakte Bauform zu. Zudem besteht durch die großen Verdrängungsvolumina eine hohe Kavitationsneigung in den Drosselspalten.
Die Druckschrift US 4 803 393 A zeigt eine Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor und einer hydraulischen Übersetzungseinrichtung mit zwei flexiblen Dichtungen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Hubeinrichtung flexibel gestaltet ist und neben einer Hubübersetzung und einer Hubumkehr auch eine problemlose Temperaturkompensation erreicht wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Die als Wellrohre ausgeführten Dichtungen sind flexibel, so daß Längenänderungen ausgeglichen werden.
Zudem wird durch die Flexibilität der Dichtungen das dynamische Verhalten des Brennstoffeinspritzventils verbessert, da die flexiblen Wellrohre ein Prellen des Ventilschließkörpers an der Ventilsitzfläche und damit ein nochmaliges Öffnen des Brennstoffeinspritzventils weitgehend verhindern. Dadurch wird eine größere Genauigkeit in den Zumeßzeiten und -mengen erreicht.
Der röhrenförmige Aktor erlaubt durch die teilweise Unterbringung der Ventilnadel in der zentralen Ausnehmung des Aktors eine besonders kompakte und leichte Bauform des Brennstoffeinspritzventils, wobei eine röhrenförmige, gegenüber einem Düsenkörper abgedichtete Ventilnadel gleichzeitig der Brennstoffzuführung zum Dichtsitz dient.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1
einen axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt in einer axialen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Es handelt sich hierbei um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 enthält einen Aktor 2, welcher aus scheibenförmigen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elementen 3 aufgebaut und röhrenförmig ausgebildet ist. Der Aktor 2 besitzt somit eine zentrale Ausnehmung 4, in welcher eine Ventilnadel 5 geführt ist. Die Ventilnadel 5 ist rohrförmig ausgebildet und verfügt über eine zentrale Ausnehmung 6, durch welche der Brennstoff strömt. Die Brennstoffzufuhr erfolgt über eine Anschlußhülse 8 in eine stutzenförmige Erweiterung 9 der Ventilnadel 5.
Der Aktor 2 liegt mit einer ersten Stirnseite 10 an einer Aktordeckplatte 11 an. Die Aktordeckplatte 11 und die Ventilnadel 5 sind durch eine erste Brennstoffdichtung 12 miteinander verbunden, die im Ausführungsbeispiel als Wellrohr ausgebildet ist. Durch die erste Brennstoffdichtung 12 wird ein Aktorgehäuse 13 gegen den Brennstoff, der zentral über die Anschlußhülse 8 zugeführt wird, abgedichtet. In Abspritzrichtung ist das Aktorgehäuse 13 durch eine zweite Brennstoffdichtung 14 abgedichtet, die im Ausführungsbeispiel ebenfalls als Wellrohr ausgeführt ist. Die zweite Brennstoffdichtung 14 ist mit dem Aktorgehäuse 13 und der Ventilnadel 5 verschweißt.
In dem Aktorgehäuse 13 ist eine Umsetzungseinrichtung 15 gekapselt. Die Umsetzungseinrichtung 15 umfaßt eine Aktorgrundplatte 16, die an einer zweiten Stirnseite 17 des Aktors 2 anliegt. Mit der Aktorgrundplatte 16 ist über eine Schweißnaht 26b ein rohrförmiges Zwischenstück 18 verbunden, welches sich mit einem radialen Überstand 19 an einem ersten Ende 20 einer Vorspannfeder 21 abstützt. Die Vorspannfeder 21 stützt sich mit einem zweiten Ende 22 an einer Stützplatte 23 ab, welche innen an einer Schulter des Aktorgehäuses 13 anliegt. Das Zwischenstück 18 und die Stützplatte 23 sind durch eine erste flexible Dichtung 24 miteinander verbunden.
Die Aktorgrundplatte 16 und das Zwischenstück 18 hintergreifen einen im Querschnitt L-förmigen Mitnehmer 25, der über eine Schweißnaht 26a formschlüssig mit der Ventilnadel 5 verbunden ist. Der Mitnehmer 25 ist einerseits durch eine zweite flexible Dichtung 27 mit der Stützplatte 23 und andererseits durch eine dritte flexible Dichtung 28 mit dem radialen Überstand 19 des Zwischenstücks 18 vorzugsweise durch Schweißen verbunden. Die drei flexiblen Dichtungen 24, 27 und 28 sind im Ausführungsbeispiel als Wellrohre ausgeführt und schließen einen Druckraum 29 der Umsetzungseinrichtung 15 ein, welcher mit einem Hydraulikmedium gefüllt ist. Im Druckraum 29 ist die Vorspannfeder 21 gekapselt.
In Abspritzrichtung ist die Ventilnadel 5 mit einem Ventilschließkörper 30 verbunden, der mit einer Ventilsitzfläche 31 einen Dichtsitz bildet. Der Brennstoff wird über quer verlaufende Kanäle 32 in der Ventilnadel 5 in einen zwischen dem Ventilschließkörper 30 und einem Düsenkörper 33 befindlichen Zwischenraum 34 und weiter zum Dichtsitz geleitet, wo er über mindestens eine in einem Ventilsitzkörper 35 ausgebildete Abspritzöffnung 36 abgespritzt wird.
Wird dem Aktor 2 eine elektrische Spannung zugeführt, dehnen sich die piezoelektrischen Elemente 3 des Aktors 2 aus. Da der Aktor 2 über die Aktordeckplatte 11 fest am Aktorgehäuse 13 anliegt, kann sich der Aktor 2 nur in Abspritzrichtung ausdehnen und drückt dadurch die Aktorgrundplatte 16 mit dem daran kraftschlüssig angebrachten Zwischenstück 18 in Abspritzrichtung. Das Zwischenstück 18 drückt die Vorspannfeder 21 entgegen der bereits vorhandenen Vorspannung weiter zusammen. Durch die Bewegung des Zwischenstücks 18 wird das im Druckraum 29 der Umsetzungseinrichtung 15 eingeschlossene Hydraulikmedium verdrängt, wodurch der Mitnehmer 25 in Öffnungsrichtung bewegt wird. Der Mitnehmer 25 steht in Wirkverbindung mit der Ventilnadel 5, weshalb diese ebenfalls in Öffnungsrichtung bewegt wird. Der Ventilschließkörper 30 hebt von der Ventilsitzfläche 31 ab und Brennstoff wird durch die im Ventilsitzkörper 35 ausgebildete Abspritzöffnung 36 abgespritzt.
Die Richtungsumkehr des Aktorhubs durch die Umsetzungseinrichtung 15 ist möglich wegen der hohen Betätigungsgeschwindigkeit des Aktors 2. In diesem Fall verhält sich das Hydraulikmedium inkompressibel. Eine Verdrängung des Hydraulikmediums hat eine Impulsübertragung zur Folge.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1, insbesondere bei nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventilen 1, realisierbar.

Claims (9)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2) und einem von dem Aktor (2) mittels einer Ventilnadel (5) betätigbaren Ventilschließkörper (30), der mit einer Ventilsitzfläche (31) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2) ein Zwischenstück (18) betätigt und die Ventilnadel (5) von einem Mitnehmer (25) betätigt wird und dass das Zwischenstück (18) über eine erste flexible Dichtung (24) mit einer Stützplatte (23) verbunden ist, die Stützplatte (23) über eine zweite flexible Dichtung (27) mit dem Mitnehmer (25) verbunden ist und der Mitnehmer (25) über eine dritte flexible Dichtung (28) mit dem Zwischenstück (18) verbunden ist, wobei durch die drei flexiblen Dichtungen (24, 27, 28), das Zwischenstück (18), den Mitnehmer (25) und die Stützplatte (23) ein hermetisch abgeschlossener, mit einem Hydraulikmedium gefüllter Druckraum (29) einer hydraulischen Umsetzungseinrichtung (15) gebildet wird.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (25) formschlüssig, insbesondere durch Schweißen, mit der Ventilnadel (5) verbunden ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckraum (29) eine Vorspannfeder (21) angeordnet ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorspannfeder (21) mit einem ersten Ende (20) an einem radialen Überstand (19) des Zwischenstücks (18) und mit einem zweiten Ende (22) an der Stützplatte (23) abstützt.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die dritte flexible Dichtung (28) mit dem radialen Überstand (19) des Zwischenstücks (18) verbunden ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Dichtungen (24, 27, 28) als flexible Wellrohre ausgeführt sind.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2) rohrförmig ausgebildet ist und sich die rohrförmige Ventilnadel (5) durch den Aktor (2) hindurch erstreckt.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Brennstoffs durch die rohrförmige Ventilnadel (5) hindurch zu dem Dichtsitz erfolgt und dass die Ventilnadel (5) gegenüber einem Aktorgehäuse (13) an einem zulaufseitigen Ende mittels einer ersten flexiblen Brennstoffdichtung (12) und an einem abspritzseitigen Ende mittels einer zweiten flexiblen Brennstoffdichtung (14) abgedichtet ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Brennstoffdichtungen (12, 14) als flexible Wellrohre ausgeführt sind.
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