EP1431568A2 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1431568A2
EP1431568A2 EP03015164A EP03015164A EP1431568A2 EP 1431568 A2 EP1431568 A2 EP 1431568A2 EP 03015164 A EP03015164 A EP 03015164A EP 03015164 A EP03015164 A EP 03015164A EP 1431568 A2 EP1431568 A2 EP 1431568A2
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EP
European Patent Office
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actuator
fuel injection
injection valve
flexible section
actuator housing
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Application number
EP03015164A
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English (en)
French (fr)
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EP1431568A3 (de
EP1431568B1 (de
Inventor
Uwe Liskow
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1431568A3 publication Critical patent/EP1431568A3/de
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Publication of EP1431568B1 publication Critical patent/EP1431568B1/de
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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
    • F02M61/04—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
    • 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
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0057—Means for avoiding fuel contact with valve actuator, e.g. isolating actuators by using bellows or diaphragms

Definitions

  • the invention is based on a fuel injector according to the genus of the main claim.
  • Fuel injector with a piezoelectric actuator known, which via a confirmation strand in Operational connection with a valve closing body.
  • One too valve needle belonging to a confirmation string instructs their spray-side end on the valve closing body cooperates with a valve seat surface to form a sealing seat.
  • the actuator is arranged in an upper housing part.
  • On flexible section in the form of a spring membrane seals the upper housing part against one filled with fuel lower part of the housing hermetically.
  • the flexible section is extensive on the one hand to the confirmation strand belonging actuator and on the other hand on the inner surfaces of the lower housing part hermetically sealed.
  • a disadvantage of the prior art is that one filled with a heat-conducting liquid Actuator housing, the flexible section between the Inside of the actuator housing and the exterior of the actuator housing lies and directly connected to the actuating strand is, both from the force effect of the movement of the Confirmation strand as well as the pressure effects in the Inside the actuator housing is applied.
  • the flexible one Section cannot therefore refer to any of these Force effects can be optimized. This results in for example increased force effects of the flexible Section on the confirmation strand, what negative Have an influence on the valve dynamics. Furthermore, this can for example the life of the flexible section be shortened.
  • the fuel injector according to the invention with the Features of claim 1 has the advantage that the flexible section which is connected to the actuating strand is connected and the interior of the actuator housing from the Hermetically seals the exterior of the actuator housing with respect the force effects of the actuation train movements optimized can be. Force effects resulting from pressure fluctuations in the Inside of the actuator housing come from Differences in pressure between the inside of the actuator housing and the exterior of the actuator housing must come from the Dimensioning and design of the flexible section are not taken into account as these force effects too to a large extent be compensated for by the compensation element.
  • the movements of the actuation line do not work directly on the compensating element, since it is structurally from Actuating string is separated.
  • the compensation element can thereby with regard to the force effect of the pressure differences be optimized.
  • the relief of the flexible section means that the flexible section regarding the forces over the Act on the confirmation strand on the flexible section, can be claimed more. Especially at Reciprocating internal combustion engines this allows an increase in the injection frequency. Moreover the life of the seal is increased.
  • the strain on the flexible section Movements in the confirmation thread will be on a larger scale Distributed length. This results in a reduced Stress on the flexible section per unit length.
  • Fuel injector is the balancing element one Membrane.
  • Membranes can be simple and inexpensive are produced, the properties of the membrane, such as z. B. the flexibility set in a simple manner can be.
  • the fuel injector is the compensating element and / or the flexible section at least partially Metal, in particular steel.
  • Metals are excellent adjustable plastic and elastic properties. steel has one in the range of operating temperatures Fuel injector fluctuating little Properties on and can be procured and inexpensive are processed.
  • the actuator housing is on the Connection point to the compensation element flattened or flattened and thus forms a non-curved, two-dimensional plane. This allows the compensation element for example made from a simple plate become. Tensions within the compensation element and on the connection point between the actuator housing and Compensating element are thereby avoided.
  • the actuator housing can advantageously be made of fuel be flowed around.
  • the heat loss of the actuator is thus in simple way about the heat-conducting medium and Actuator housing dissipated to the fuel.
  • A is advantageously used as the heat-conducting medium used incompressible liquid.
  • An adaptation of the Compensation elements due to a pressure-dependent Volume change of the heat-conducting medium can thus omitted.
  • the heat-conducting medium is advantageously electrical not conductive, so an additional, heat-insulating and fault-prone insulation of the actuator to be dispensed with.
  • the heat-conducting medium is advantageously chemical neutral. The lifespan and reliability of that Components in contact with the heat-conducting medium are thereby elevated.
  • the flexible section is advantageously corrugated trained, so the flexible section causes axial extension or compression no pressure difference between the inside and outside of the actuator housing.
  • Fuel injector 1 is used especially for direct injection of fuel into a combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignited Internal combustion engine.
  • a housing 2 are coaxial to each other a piston-shaped coupler 18, a cylindrical or round cylindrical actuator housing 12; a guide body 9 and a valve needle 3 with a Valve closing body 4 arranged.
  • the housing 2 instructs a fuel feed at its upper end remote from the spray 17 on.
  • the coupler 18 is supported with its upper end against the inside of the upper end of the housing 2. At the The bottom of the coupler 18 closes the cylindrical one Actuator housing 12 on.
  • a piston-shaped actuator 14 between the inside of the upper End of the actuator housing 12 and a T-shaped in cross section Actuator pin 13 arranged.
  • the cross section of the actuator 14 can, deviating from a circular cross section, also be square or perforated.
  • the actuator housing 12 deviating from a round one Cross section, corresponding to the cross section of the actuator 14 be shaped.
  • Das Longitudinal element of the T-shaped actuator pin 13 passes through the Underside of the actuator housing 12.
  • the actuator housing 12 is complete with a heat conductive medium filled.
  • the heat-conducting medium is an electrically non-conductive Oil.
  • the disc-shaped guide body 9, in which both lower end of the actuator pin 13 as well as the upper end of the Valve needle 3 are guided, has a fuel channel 10 on.
  • the valve needle is on the spray side of the guide body 9 3 with its valve closing body 4, a return spring 7, a flange 8 and a spray opening 5 are arranged.
  • the Return spring 7 is supported on the inside of the lower End of the actuator housing 12 and presses into the valve needle 3 with the flange 8 fixed to the valve needle 3 a bias against the lower end of the actuator pin 13.
  • An electrical connector 20 is through the top of the Housing 2 and laterally through the actuator housing 12 to the actuator 14 out.
  • the compensating element 16 has in this Embodiment the shape of a membrane is made of steel manufactured and hermetically seals the opening 21.
  • the operation of the fuel injector 1 is like follows:
  • actuator 14 In the rest position of the opening to the outside Fuel injector 1, actuator 14 is not energized.
  • the return spring 7 presses over the flange 8 and Valve needle 3 the valve closing body 4 against one in the Spray opening 5 arranged valve seat 6. A through the valve closing body 4 and the valve seat surface 6 formed sealing seat is thus closed.
  • the compensating element 16 compensates for pressure differences that in particular by changes in the volume of the actuator 14 are caused.
  • the volume changes are over the actuator housing completely filled with the heat-conducting oil 12 on the flexible section 11 and the compensating element 16 transferred in the form of a pressure change. That in comparison to the flexible section 11 softer and more compliant designed compensation element 16 is the same Volume changes and relieves the flexible section 11 thereby from a pressure load, in particular by Volume changes of the actuator 14 and the thermally conductive Medium are caused.
  • the one in this embodiment Flexible section 11 can be of corrugated tube design therefore with sufficient pressure relief by a simple membrane, not shown, to be replaced.
  • the fuel injector 1 can also not have shown stroke translation device, which converts a small actuator stroke to a larger valve stroke.
  • the stroke transmission device not shown, can be part of the confirmation thread 3.13.
  • the coupler 18 is used in particular to compensate for the Thermal expansion of the actuator 14 is compared to him surrounding fuel hermetically sealed and preferably with a flat membrane, not shown executed.
  • the coupler 18 can also between the actuator 14 and Valve needle 3 arranged and part of the confirmation strand 3.13, wherein the actuator housing 19 on the remote spray End would lie on the inside of the housing 2. A not The coupler pin shown then transmits the stroke of the actuator 14 on the valve needle 3.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second Embodiment of an inventive Fuel injection valve 1, similar to the first one in FIG. 1 illustrated embodiment.
  • the flexible section 11 forms an exemplary embodiment Most of the actuator housing 12.
  • the radial to the actuator 14 arranged sides 19 of the actuator housing 12 are in this Embodiment completely through the flexible Section 11 formed, the flexible section 11 the Has the shape of a corrugated tube.
  • the flexible section 11 can at least over the extend the entire length of the actuator 14. Forces that come from Differences in pressure between the inside and the outside of the Actuator housing 12 originate, are evenly over the enlarged area of the flexible portion 11 distributed. The vigorous loading of the flexible section 11 pro Area unit due to pressure differences is thus reduced.
  • the stress on the flexible section 11 by the Movements of the confirmation strand 3.13 are on a distributed greater length. This results in a reduced Stress on the flexible section 11 per unit length.
  • the invention is not shown on the Embodiments limited and z. B. also for after internal fuel injectors 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)

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostrikiven Aktor (14), und einen mit dem Aktor (14) über einen Betätigungsstrang (3,13) in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (4), der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (14) von einem Aktorgehäuse (12) mit einem flexiblen Abschnitt (11) hermetisch dicht umgeben ist, der flexible Abschnitt (11) mit dem Bestätigungsstrang (3,13) verbunden ist und der Aktor (14) in dem Aktorgehäuse (12) von einem wärmeleitenden Medium umgeben ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (12) ein Ausgleichselement (16) zum Ausgleich von Druckunterschieden zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Aktorgehäuses (12) aufweist, wobei das Ausgleichselement (16) vom Betätigungsstrang (3,13) vollständig baulich getrennt ist oder radial zum Aktor (14) angeordnete Seiten (19) des Aktorgehäuses (12) den flexiblen Abschnitt (11) bilden. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Beispielsweise ist aus der DE 40 05 455 A1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor bekannt, welcher über einen Bestätigungsstrang in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper steht. Eine zu einem Bestätigungsstrang gehörende Ventilnadel weist an ihrem abspritzseitigen Ende den Ventilschließkörper auf, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Aktor ist in einem oberen Gehäuseteil angeordnet. Ein flexibler Abschnitt in Form einer Federmembran dichtet den oberen Gehäuseteil gegen einen mit Kraftstoff befüllten unteren Gehäuseteil hermetisch ab. Der flexible Abschnitt ist einerseits umfänglich an einem zum Bestätigungsstrang gehörenden Aktorpin und andererseits an den Innenflächen des unteren Gehäuseteils hermetisch dicht befestigt.
Ebenfalls ist bekannt, das Aktorgehäuse vollständig mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit zu füllen, so daß der Aktor radial vollständig mit der wärmeleitenden Flüssigkeit in Kontakt steht. Dies dient der Wärmeableitung von Verlustwärme des Aktors.
Nachteilig geht aus dem Stand der Technik hervor, daß bei einem mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit gefüllten Aktorgehäuse, der flexible Abschnitt, welcher zwischen dem Inneren des Aktorgehäuses und dem Äußeren des Aktorgehäuses liegt und unmittelbar mit dem Betätigungsstrang verbunden ist, sowohl von der Kraftwirkung der Bewegung des Bestätigungsstrangs als auch von den Druckwirkungen im Inneren des Aktorgehäuses beaufschlagt wird. Der flexible Abschnitt kann somit nicht bezüglich einer dieser Kraftwirkungen optimiert werden. Dadurch ergeben sich beispielsweise erhöhte Kraftwirkungen des flexiblen Abschnitts auf den Bestätigungsstrang, welche negativen Einfluß auf die Ventildynamik haben. Weiterhin kann dadurch beispielsweise die Lebensdauer des flexiblen Abschnitts verkürzt sein.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der flexible Abschnitt, welcher mit dem Betätigungsstrang verbunden ist und das Innere des Aktorgehäuses von dem Äußeren des Aktorgehäuses hermetisch abdichtet, hinsichtlich der Kraftwirkungen der Betätigungsstrangbewegungen optimiert werden kann. Kraftwirkungen die aus Druckschwankungen im Inneren des Aktorgehäuses stammen bzw. aus Druckunterschieden zwischen dem Inneren des Aktorgehäuses und dem Äußeren des Aktorgehäuses herrühren, müssen bei der Dimensionierung und der Gestaltung des flexiblen Abschnitts nicht berücksichtigt werden, da diese Kraftwirkungen zu einem großen Teil vom Ausgleichselement ausgeglichen werden.
Weiterhin wirken die Bewegungen des Betätigungsstrangs nicht unmittelbar auf das Ausgleichselement ein, da es baulich vom Betätigungsstrang getrennt ist. Das Ausgleichselement kann dadurch hinsichtlich der Kraftwirkung der Druckunterschiede optimiert werden.
Die Entlastung des flexiblen Abschnitts führt dazu, daß der flexible Abschnitt hinsichtlich der Kräfte, die über den Bestätigungsstrang auf dem flexiblen Abschnitt einwirken, höher beansprucht werden kann. Insbesondere bei Hubkolbenverbrennungsmaschinen mit innerer Verbrennung erlaubt dies eine Steigerung der Einspritzfrequenz. Außerdem wird so die Lebensdauer der Dichtung erhöht.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 5 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß der flexible Abschnitt sich zumindest über die gesamte Länge des Aktors erstrecken kann. Kräfte die aus Druckunterschieden zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Aktorgehäuses herrühren, werden gleichmäßig über die vergrößerte Fläche der flexiblen Abschnitts verteilt. Die kräftemäßige Beanspruchung des flexiblen Abschnitts pro Flächeneinheit durch Druckunterschiede ist somit reduziert.
Die Beanspruchung des flexiblen Abschnitts durch die Bewegungen des Bestätigungsstrangs werden auf eine größere Länge verteilt. Dadurch ergibt sich eine reduzierte Beanspruchung des flexiblen Abschnitts pro Längeneinheit.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist das Ausgleichselement eine Membran. Membranen können einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei die Eigenschaften der Membran, wie z. B. die Flexibilität, in einfacher Weise eingestellt werden können.
In einer zweiten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils besteht das Ausgleichselement und/oder der flexible Abschnitt zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Metalle haben vorzüglich einstellbare plastische und elastische Eigenschaften. Stahl weist im Bereich der Betriebstemperaturen eines Brennstoffeinspritzventils nur wenig schwankende Eigenschaften auf und kann kostengünstig beschafft und verarbeitet werden.
In einer weiteren Weiterbildung ist das Aktorgehäuse an der Verbindungsstelle zum Ausgleichselement abgeflacht bzw. abgeplattet und bildet so eine nicht gewölbte, zweidimensionale Ebene. Dadurch kann das Ausgleichselement beispielsweise aus einer einfachen Platte hergestellt werden. Spannungen innerhalb des Ausgleichselement und an der Verbindungsstelle zwischen Aktorgehäuse und Ausgleichselement werden dadurch vermieden.
Das Aktorgehäuse kann vorteilhafter Weise von Brennstoff umströmt sein. Die Verlustwärme des Aktors wird so in einfacher Weise über das wärmeleitende Medium und das Aktorgehäuse an den Brennstoff abgeführt.
Vorteilhafter Weise wird als wärmeleitendes Medium eine inkompressible Flüssigkeit verwendet. Eine Anpassung des Ausgleichselements aufgrund einer druckabhängigen Volumenänderung des wärmeleitenden Mediums kann somit entfallen.
Ist das wärmeleitende Medium eine plastische Paste, Gel oder Vergußmasse, so kann der Herstellungsaufwand durch diese einfach zu handhabenden Formen vereinfacht werden.
Ist das wärmeleitende Medium vorteilhafter Weise elektrisch nicht leitend, so kann auf eine zusätzliche, wärmeisolierende und fehleranfällige Isolierung des Aktors verzichtet werden.
Vorteilhafter Weise ist das wärmeleitende Medium chemisch neutral. Die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der das wärmeleitende Medium berührenden Bauteile wird dadurch erhöht.
Ist der flexible Abschnitt vorteilhafterweise wellrohrförmig ausgebildet, so verursacht der flexible Abschnitt bei axialer Streckung oder Stauchung keinen Druckunterschied zwischen dem Inneren und Äußeren des Aktorgehäuses.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und
Fig. 2
eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in den Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Ein in Fig. 1 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigtes erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine. In einem Gehäuse 2 sind koaxial zueinander ein kolbenförmiger Koppler 18, ein zylinderförmiges oder rundzylinderförmiges Aktorgehäuse 12; ein Führungskörper 9 und eine Ventilnadel 3 mit einem Ventilschließkörper 4 angeordnet. Das Gehäuse 2 weist an seinem oberen, abspritzfernen Ende eine Brennstoffzuführung 17 auf. Der Koppler 18 stützt sich mit seinem oberen Ende gegen die Innenseite des oberen Endes des Gehäuses 2. An der Unterseite des Kopplers 18 schließt sich das zylinderförmige Aktorgehäuse 12 an. Innerhalb des Aktorgehäuses 12 ist ein kolbenförmiger Aktor 14 zwischen der Innenseite des oberen Endes des Aktorgehäuses 12 und einem im Querschnitt T-förmigen Aktorpin 13 angeordnet. Der Querschnitt des Aktors 14 kann, abweichend von einem kreisrunden Querschnitt, ebenso quadratisch oder lochscheibenförmig sein. Ebenso kann das Aktorgehäuse 12, abweichend von einem runden Querschnitt, entsprechend zum Querschnitt des Aktors 14 geformt sein.
Ein Federelement 15, welches einerseits an der Innenseite des oberen Endes des Aktorgehäuses 12 und andererseits am Querelement des T-förmigen Aktorpins 13 angebracht ist, hält den Aktorpin 13 mit einer Vorspannung in ständiger Anlage mit dem abspritzseitigen Ende des Aktors 14. Das Längselement des T-förmigen Aktorpins 13 durchgreift die Unterseite des Aktorgehäuses 12. Ein z. B. wellrohrförmiger flexibler Abschnitt 11, welcher einerseits am Aktorgehäuse 12 und andererseits umfänglich des Längselements des Aktorpins 13 fixiert ist, dichtet das Aktorgehäuse 12 hier hermetisch ab. Das Aktorgehäuse 12 ist vollständig mit einem wärmeleitenden Medium gefüllt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das wärmeleitende Medium ein elektrisch nicht leitendes Öl.
Der scheibenförmige Führungskörper 9, in welchem sowohl das untere Ende des Aktorpins 13 als auch das obere Ende der Ventilnadel 3 geführt werden, weist einen Brennstoffkanal 10 auf. Abspritzseitig des Führungskörper 9 ist die Ventilnadel 3 mit ihrem Ventilschließkörper 4, eine Rückstellfeder 7, ein Flansch 8 und eine Abspritzöffnung 5 angeordnet. Die Rückstellfeder 7 stützt sich an der Innenseite des unteren Endes des Aktorgehäuses 12 auf und drückt in die Ventilnadel 3 über den an der Ventilnadel 3 fixierten Flansch 8 mit einer Vorspannung gegen das untere Ende des Aktorpins 13.
Ein elektrischer Anschluß 20 ist durch das oberer Ende des Gehäuses 2 und seitlich durch das Aktorgehäuse 12 zum Aktor 14 geführt.
In einer Seite 19, welche in diesem Ausführungsbeispiel radial zum Aktor 14 angeordnet ist, ist ein Ausgleichselement 16 in einer Öffnung 21 des Aktorgehäuses 12 angeordnet. Das Ausgleichselement 16 hat in diesem Ausführungsbeispiel die Form einer Membran, ist aus Stahl hergestellt und dichtet die Öffnung 21 hermetisch ab.
Die Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils 1 ist wie folgt:
In Ruhelage des nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventils 1 ist der Aktor 14 nicht erregt. Die Rückstellfeder 7 drückt über den Flansch 8 und die Ventilnadel 3 den Ventilschließkörper 4 gegen eine in der Abspritzöffnung 5 angeordnete Ventilsitzfläche 6. Ein durch den Ventilschließkörper 4 und die Ventilsitzfläche 6 gebildeter Dichtsitz ist somit geschlossen.
Zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Aktor 14 erregt. Der Aktor 14 dehnt sich dabei in Längsrichtung entgegen der Federkraft des Federelements 15 aus und bewegt dabei den in diesem Ausführungsbeispiel aus dem Aktorpin 13 und der Ventilnadel 3 bestehenden Bestätigungsstrang 3,13 in Abspritzrichtung. Die Rückstellfeder 7 wird gestaucht. Der Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab und der unter Druck über die Brennstoffzuführung 17 und den Brennstoffkanal 10 zugeführte Brennstoff wird über die Abspritzöffnung 5 abgespritzt.
Das Ausgleichselement 16 gleicht Druckunterschiede aus, die insbesondere durch Volumenänderungen des Aktors 14 hervorgerufen werden. Die Volumenänderungen werden über das vollständig mit dem wärmeleitenden Öl gefüllte Aktorgehäuse 12 auf den flexiblen Abschnitt 11 und das Ausgleichselement 16 in Form einer Druckänderung übertragen. Das im Vergleich zum flexiblen Abschnitt 11 weicher und nachgiebiger ausgelegte Ausgleichselement 16 gleicht die Volumenänderungen aus und entlastet den flexiblen Abschnitt 11 dadurch von einer Druckbelastung, die insbesondere durch Volumenänderungen des Aktors 14 und des wärmeleitenden Mediums verursacht sind. Der in diesem Ausführungsbeispiel wellrohrförmig ausgeführte flexible Abschnitt 11 kann deshalb bei ausreichender Druckentlastung durch eine einfache, nicht dargestellte Membran ersetzt werden. Durch die vollständige bauliche Trennung von Bestätigungsstrang 3,13 und Ausgleichselement 16 wird weiterhin erreicht, daß das Ausgleichselement 16 nicht durch die Bewegungen des Bestätigungsstrangs 3,13 belastet wird.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann zudem eine nicht dargestellte Hubübersetzungseinrichtung aufweisen, welche einen kleinen Aktorhub auf einen größeren Ventilhub umsetzt. Die nicht dargestellte Hubübersetzungseinrichtung kann Teil des Bestätigungsstrangs 3,13 sein.
Der Koppler 18 dient insbesondere zur Kompensation der Wärmeausdehnung des Aktors 14, ist gegenüber dem ihn umgebenden Brennstoff hermetisch abgedichtet und vorzugsweise mit einer nicht dargestellten Flachmembran ausgeführt. Der Koppler 18 kann ebenso zwischen Aktor 14 und Ventilnadel 3 angeordnet und Teil des Bestätigungsstrangs 3,13 sein, wobei das Aktorgehäuse 19 auf dem abspritzfernen Ende der Innenseite des Gehäuses 2 anliegen würde. Ein nicht dargestellter Kopplerpin überträgt dann den Hub des Aktors 14 auf die Ventilnadel 3.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1, ähnlich dem ersten in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel bildet der flexible Abschnitt 11 ein Großteil des Aktorgehäuses 12. Die radial zum Aktor 14 angeordneten Seiten 19 des Aktorgehäuses 12 sind in diesem Ausführungsbeispiel vollständig durch den flexiblen Abschnitts 11 gebildet, wobei der flexible Abschnitt 11 die Form eines Wellrohrs aufweist.
Der flexible Abschnitt 11 kann sich so zumindest über die gesamte Länge des Aktors 14 erstrecken. Kräfte, die aus Druckunterschieden zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Aktorgehäuses 12 herrühren, werden gleichmäßig über die vergrößerte Fläche der flexiblen Abschnitts 11 verteilt. Die kräftemäßige Beanspruchung des flexiblen Abschnitts 11 pro Flächeneinheit durch Druckunterschiede ist somit reduziert.
Die Beanspruchung des flexiblen Abschnitts 11 durch die Bewegungen des Bestätigungsstrangs 3,13 werden auf eine größere Länge verteilt. Dadurch ergibt sich eine reduzierte Beanspruchung des flexiblen Abschnitts 11 pro Längeneinheit.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1
Brennstoffeinspritzventil
2
Gehäuse
3
Ventilnadel
4
Ventilschließkörper
5
Abspritzöffnung
6
Ventilsitzfläche
7
Rückstellfeder
8
Flansch
9
Führungskörper
10
Brennstoffkanal
11
flexibler Abschnitt
12
Aktorgehäuse
13
Aktorpin
14
Aktor
15
Federelement
16
Ausgleichseinrichtung
17
Brennstoffzuführung
18
Koppler
19
Seite
20
elektrischer Anschluß
21
Öffnung

Claims (12)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostrikiven Aktor (14), und
    einen mit dem Aktor (14) über einen Betätigungsstrang (3,13) in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (4), der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (14) von einem Aktorgehäuse (12) mit einem flexiblen Abschnitt (11) hermetisch dicht umgeben ist, der flexible Abschnitt (11) mit dem Bestätigungsstrang (3,13) verbunden ist und der Aktor (14) in dem Aktorgehäuse (12) von einem wärmeleitenden Medium umgeben ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (12) ein Ausgleichselement (16) zum Ausgleich von Druckunterschieden zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Aktorgehäuses (12) aufweist, wobei das Ausgleichselement (16) vom Betätigungsstrang (3,13) vollständig baulich getrennt ist.
  2. Brennstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (16) eine Membran ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (16) zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, besteht.
  4. Brennstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (12) an der Verbindungsstelle zum Ausgleichselement (16) eine nicht gewölbte, zweidimensionale Ebene bildet.
  5. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostrikiven Aktor (14), und einen mit dem Aktor (14) über einen Betätigungsstrang (3,13) in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (4), der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (14) von einem Aktorgehäuse (12) mit einem flexiblen Abschnitt (11) hermetisch dicht umgeben ist, der flexible Abschnitt (11) mit dem Bestätigungsstrang (3,13) verbunden ist und der Aktor (14) in dem Aktorgehäuse (12) von einem wärmeleitenden Medium umgeben ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß radial zum Aktor (14) angeordnete Seiten (19) des Aktorgehäuses (12) den flexiblen Abschnitt (11) bilden.
  6. Brennstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (12) von Brennstoff umströmt wird.
  7. Brennstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Medium eine inkompressible Flüssigkeit ist.
  8. Brennstoffeinspritzventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Medium eine plastische Paste, Gel oder Vergußmasse ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorangegangene Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Medium elektrisch nicht leitet.
  10. Brennstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Medium chemisch neutral ist.
  11. Brennstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (11) wellrohrförmig ausgebildet ist.
  12. Brennstoffeinspritzventil (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (11) zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, besteht.
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