EP1450034A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1450034A1 EP03025329A EP03025329A EP1450034A1 EP 1450034 A1 EP1450034 A1 EP 1450034A1 EP 03025329 A EP03025329 A EP 03025329A EP 03025329 A EP03025329 A EP 03025329A EP 1450034 A1 EP1450034 A1 EP 1450034A1
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    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • EP 1 046 809 A2 discloses a Fluid metering known, which is a substantially Housing, located therein under fluid pressure Chamber and a guided through the chamber Valve needle, wherein a first end of the valve needle outside the chamber with a hub can be acted upon and the second end with a positioned on the housing Valve seat associated with the chamber valve forms.
  • a lead-through element for the valve needle whose first end is a metal bellows used, the hermetically sealed and only slight axial pressure related Forces generated.
  • a disadvantage of the known from EP 1 046 809 A2 Fluid metering device is in particular that these exclusively for constant, very high fluid pressures is designed. At a pressure drop during operation the fluid metering device, in particular, when the Device for metering fuel in one Internal combustion engine is used, the evaporated Hydraulic medium, which leads to malfunction of the coupler.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has In contrast, the advantage that the hydraulic coupler also remains functional at low fuel pressures, which through the use of a special hydraulic fluid, such.
  • a special hydraulic fluid such as silicone oil, as well as a suitable design of the coupler with a different position engaging membrane is possible.
  • the membrane between two positions be folded back and forth to such a maximum or minimal volume of the compensation chamber depending on Establish operating state of the fuel injection valve can.
  • coupler space optionally can be filled with a rheological fluid.
  • Fig. 1 shows in a highly schematic view a section through a first embodiment of a Inventively designed fuel injection valve. 1
  • the fuel injection valve 1 is in particular for direct injection of fuel into the combustion chamber of a mixture-compacting, spark-ignited internal combustion engine suitable.
  • the fuel injection valve 1 comprises a piezoelectric or magnetostrictive actuator 2, which in encapsulated by a sleeve 3 and by a biasing spring 4th is biased.
  • An actuator cartridge 5 contains beside the actuator 2 and the biasing spring 4 on the inflow side of the actuator 2 a Coupler element 6 and downstream an actuator 7th
  • the Aktorpatrone 5 is opposed by a corrugated pipe 8 sealed by a fuel flowing through the interior 9.
  • the coupler element 6 comprises a coupler space 10, which for example, filled with silicone oil.
  • the coupler space 10 is also sealed via a corrugated tube seal 11.
  • the Corrugated pipe is radially stiff. It can therefore be filled axially Supporting forces.
  • a Coupler spring 12 is arranged, which ensures that a Coupler foot 13 is always held on the actuator 2 in Appendix.
  • a coupler head 14 is supported on a shoulder 15 on the Aktorpatrone 5 ab.
  • a pin 17 is arranged, which positively with the actuator base 13 is connected and in the recess 16 is guided.
  • annular gap 18 is formed, which the Transition of hydraulic fluid in a compensation chamber 19th allowed. This causes slow volume changes of thermal processes in the coupler 6 possible.
  • the compensation chamber 19 is through a membrane 20th completed.
  • the membrane 20 is in a first Position shown, which is a maximum compensation space 19 defined.
  • Fig. 1B illustrates the membrane 20 in a second Position, which is a minimum compensation space 19 Are defined.
  • intermediate positions are possible.
  • the Folding the membrane 20 from the second to the first Position is due to the displacement of the hydraulic medium in the equalization volume 19 achieved while folding back in the starting position for example by a only in Fig. 1B illustrated return spring 21 are taken can.
  • the inventively designed fuel injector 1 also has an electrical line 22 to Contacting the actuator 2 and a housing 23, in which the coupler 6 and a valve group 24 is arranged are.
  • the valve group 24 comprises a support element 25, which is in operative connection with a valve needle 26.
  • an outward Opening fuel injector 1 To reset the Valve needle 26 serves a return spring 29, which between the support element 25 and the housing 23 is clamped.
  • a Seal 30 seals the fuel injector 1 against a cylinder head not shown the Internal combustion engine.
  • the coupler space 10 in the in Fig. 2 illustrated second embodiment of a Inventively designed fuel injection valve. 1 filled with a rheological fluid.
  • a rheological fluid behaves at slow, so z. B. thermal length changes such as a liquid at fast length changes of the actuator 2, ie z. B. at Excitement of it, like a solid. Accordingly, can on the use of the pin 17 of FIG. 1A and 1B be waived, since the balance of the rheological Liquid over the recess 16 both slowly enough at thermal change in length as well as sufficiently stiff at Excitement of the actor reacts.
  • the invention is not limited to those shown Embodiments limited and z. B. for others Designs of fuel injectors 1 such. B. inside opening fuel injection valves 1 suitable.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine umfaßt einen erregbaren Aktuator (2), eine mit dem Aktuator (2) in Wirkverbindung stehende und in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (29) beaufschlagte Ventilnadel (26) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (27), der zusammen mit einer an einem Gehäuse (23) ausgebildeten Ventilsitzfläche (28) einen Dichtsitz bildet, und einen hydraulischen Koppler (6). Der hydraulische Koppler (6) umfaßt ein Hydraulikvolumen (10) und einen Ausgleichsraum (19), welcher letztere durch eine Membran (20) in seinem Volumen veränderbar ist. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Beispielsweise ist aus der EP 1 046 809 A2 eine Fluiddosiervorrichtung bekannt, welche im wesentlichen ein Gehäuse, eine darin befindliche unter Fluiddruck stehende Kammer und eine durch die Kammer hindurchgeführte Ventilnadel umfaßt, wobei ein erstes Ende der Ventilnadel außerhalb der Kammer mit einem Hub beaufschlagbar ist und deren zweites Ende mit einem am Gehäuse positionierten Ventilsitz ein mit der Kammer in Verbindung stehendes Ventil bildet. Als Durchführungselement für die Ventilnadel an deren erstem Ende wird ein Metallbalg eingesetzt, der hermetisch abdichtet und nur geringe axiale druckbedingte Kräfte erzeugt.
Nachteilig bei der aus der EP 1 046 809 A2 bekannten Fluiddosiervorrichtung ist insbesondere, daß diese ausschließlich für konstante, sehr hohe Fluiddrücke ausgelegt ist. Bei einem Druckabfall während des Betriebs der Fluiddosiervorrichtung, insbesondere, wenn die Vorrichtung zur Zumessung von Brennstoff in einer Brennkraftmaschine verwendet wird, verdampft das Hydraulikmedium, was zu Fehlfunktionen des Kopplers führt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der hydraulische Koppler auch bei niedrigen Brennstoffdrücken funktionstüchtig bleibt, was durch den Einsatz eines speziellen Hydraulikfluids, wie z. B. Silikonöl, sowie einer geeigneten Auslegung des Kopplers mit einer verschiedene Positionen einnehmenden Membran ermöglicht wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhafterweise kann die Membran zwischen zwei Stellungen hin- und hergeklappt werden, um so ein maximales oder minimales Volumen des Ausgleichsraums je nach Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils herstellen zu können.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß durch einen Spalt zwischen einem in einer Bohrung des Kopplerkopfes geführten Ausnehmung der Ausgleich von Hydraulikfluid in den Ausgleichsraum in einfacher Weise ermöglicht wird, ohne das Hydraulikvolumen zu stark zu entleeren.
Von Vorteil ist außerdem, daß der Kopplerraum wahlweise auch mit einer rheologischen Flüssigkeit gefüllt sein kann.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A
einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in einem ersten Betriebszustand,
Fig. 1B
einen schematischen Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich IB in einem zweiten Betriebszustand, und
Fig. 2
einen schematischen Ausschnitt aus einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich IB mit einem alternativen Kopplermedium.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt dabei in einer stark schematisierten Ansicht einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine geeignet.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor 2, der in einer Hülse 3 gekapselt und durch eine Vorspannfeder 4 vorgespannt ist. Eine Aktorpatrone 5 enthält neben dem Aktor 2 und der Vorspannfeder 4 zuströmseitig des Aktors 2 ein Kopplerelement 6 und abströmseitig ein Betätigungselement 7. Die Aktorpatrone 5 ist durch eine Wellrohrdichtung 8 gegen einen von Brennstoff durchflossenen Innenraum 9 abgedichtet.
Das Kopplerelement 6 umfaßt einen Kopplerraum 10, welcher beispielsweise mit Silikonöl befüllt ist. Der Kopplerraum 10 ist ebenfalls über eine Wellrohrdichtung 11 abgedichtet. Das Wellrohr ist radial steif. Befüllt kann es daher axiale Kräfte abstützen. Weiterhin ist im Kopplerraum eine Kopplerfeder 12 angeordnet, welche dafür sorgt, daß ein Kopplerfuß 13 stets am Aktor 2 in Anlage gehalten wird.
Ein Kopplerkopf 14 stützt sich an einer Schulter 15 an der Aktorpatrone 5 ab. In einer Ausnehmung 16 des Kopplerkopfes 14 ist ein Stift 17 angeordnet, welcher formschlüssig mit dem Aktorfuß 13 verbunden ist und in der Ausnehmung 16 geführt ist. Zwischen dem Stift 17 und der Wandung der Ausnehmung 16 ist ein Ringspalt 18 ausgebildet, welcher den Übergang von Hydraulikfluid in einen Ausgleichsraum 19 erlaubt. Dadurch sind langsame Volumenänderungen aufgrund von thermischen Prozessen im Koppler 6 möglich.
Der Ausgleichsraum 19 ist durch eine Membran 20 abgeschlossen. In Fig. 1A ist die Membran 20 in einer ersten Stellung dargestellt, welche einen maximalen Ausgleichsraum 19 definiert. Fig. 1B stellt die Membran 20 in einer zweiten Stellung dar, welche einen minimalen Ausgleichsraum 19 definiert. Zusätzlich sind Zwischenstellungen möglich. Das Umklappen der Membran 20 aus der zweiten in die erste Stellung wird durch die Verdrängung des Hydraulikmediums in das Ausgleichsvolumen 19 erzielt, während das Zurückklappen in die Ausgangsstellung beispielsweise durch eine nur in Fig. 1B dargestellte Rückstellfeder 21 übernommen werden kann.
Durch die zwei Stellungen der Membran 20 kann sichergestellt werden, daß Temperaturänderungen des Aktors 2 ausgeglichen werden.
Das erfindungsgemäß ausgestaltete Brennstoffeinspritzventil 1 weist weiterhin eine elektrische Leitung 22 zur Kontaktierung des Aktors 2 sowie ein Gehäuse 23 auf, in welchem der Koppler 6 und eine Ventilgruppe 24 angeordnet sind. Dabei umfaßt die Ventilgruppe 24 ein Stützelement 25, welches in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel 26 steht. An der Ventilnadel 26 ist ein Ventilschließkörper .27 ausgebildet, welcher mit einer an dem Gehäuse 23 angeordneten Ventilsitzfläche 28 einen Dichtsitz bildet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1. Zur Rückstellung der Ventilnadel 26 dient eine Rückstellfeder 29, welche zwischen dem Stützelement 25 und dem Gehäuse 23 eingespannt ist. Eine Dichtung 30 dichtet das Brennstoffeinspritzventil 1 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ab.
Zur Montage des Kopplers 6 ist es vorteilhaft, diesen zu evakuieren, um eine einfache Montage des Gesamtbauteils zu ermöglichen und den Kopplerraum 10 anschließend über eine Bohrung 31, welche z. B. abschließend mit einer eingepreßten Kugel 32 verschlossen wird, zu befüllen.
Während der Kopplerraum 10 in Fig. 1A und 1B mit einer beliebigen Hydraulikflüssigkeit, welche lediglich die Anforderung erfüllt, bei schneller Druckentlastung nicht zu verdampfen, gefüllt ist, ist der Kopplerraum 10 in dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 mit einer rheologischen Flüssigkeit gefüllt. Eine rheologische Flüssigkeit verhält sich bei langsamen, also z. B. thermischen Längenänderungen wie eine Flüssigkeit, bei schnellen Längenänderungen des Aktors 2, also z. B. bei Erregung desselben, wie ein Festkörper. Dementsprechend kann auf die Verwendung des Stiftes 17 gemäß Fig. 1A und 1B verzichtet werden, da der Ausgleich der rheologischen Flüssigkeit über die Ausnehmung 16 sowohl genügend langsam bei thermischer Längenänderung als auch genügend steif bei Erregung des Aktors reagiert.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und z. B. auch für andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 wie z. B. innen öffnende Brennstoffeinspritzventile 1 geeignet.

Claims (15)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem erregbaren Aktuator (2), einer mit dem Aktuator (2) in Wirkverbindung stehenden und in einer Schließrichtung von einer Rückstellfeder (29) beaufschlagten Ventilnadel (26) zur Betätigung eines Ventilschließkörpers (27), der zusammen mit einer Ventilsitzfläche (28) einen Dichtsitz bildet, und einem hydraulischen Koppler (6),
    dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Koppler (6) ein Hydraulikvolumen (10) und einen Ausgleichsraum (19) umfaßt, wobei der Ausgleichsraum (19) durch eine Membran (20) in seinem Volumen veränderbar ist.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (20) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung umklappbar ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stellung der Membran (20) einem maximalen Ausgleichsraum (19) entspricht.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stellung der Membran (20) einem minimalen Ausgleichsraum (19) entspricht.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (20) zwischen der ersten und der zweiten Stellung durch ein in der Hydraulikkammer (10) vorhandenen Hydraulikmediums umklappbar und dazwischen stufenlos verstellbar ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Hydraulikmedium Silikonöl vorgesehen ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler (6) einen Kopplerfuß (13) und einen Kopplerkopf (14) umfaßt.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kopplerfuß (13) ein Stift (17) angeordnet ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stift (17) in eine Ausnehmung (16) des Kopplerkopfes (14) erstreckt.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (17) in der Ausnehmung (16) unter Bildung eines Ringspalts (18) geführt ist.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplerfuß (13) und der Kopplerkopf (14) durch eine Feder (12) voneinander beabstandet sind.
  12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplerraum (10) durch eine Wellrohrdichtung (11) abgedichtet ist.
  13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kopplerfuß (13) eine Bohrung (31) zur Befüllung des Kopplerraums (10) vorgesehen ist.
  14. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (31) nach Befüllen des Kopplerraums (10) durch eine vorzugsweise eingepreßte Kugel (32) verschließbar ist.
  15. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikvolumen (10) eine rheologische Flüssigkeit enthält.
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