EP1546542B1

EP1546542B1 - Einspritzventil für die einspritzung von kraftstoff in eine verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: EP1546542B1
Application number: EP04787097A
Authority: EP
Inventors: Willibald SCHÜRZ; Martin Simmet; Joachim Wagner; Hanspeter Zink
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: WO2005024223A1; DE502004002760D1; EP1546542A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine. Um zu gewährleisten, dass der Aktor (1) bei wenigen Kontaktflächen eine nur geringe zu bewegende Masse aufweist, wird vorgeschlagen, dass der Spielausgleich (8) als Komponente des Aktors (1) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine.
Für die Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren werden zunehmend Speichereinspritzsysteme verwendet, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme (für Dieselmotoren) und HPDI-Einspritzsysteme (für Ottomotoren) bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen wird der Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen Druckspeicher gefördert, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern mit Kraftstoff versorgt werden. Das Öffnen und Schließen der Einspritzventile wird dabei in der Regel elektromagnetisch gesteuert.
Zu diesem Zweck sind die Einspritzventile bei solchen Systemen mit schaltbaren Aktoren, insbesondere piezoelektrischen Aktoren, ausgerüstet, die das Öffnen und Schließen der Düsennadel des Einspritzventils steuern, das heißt insbesondere den Beginn und das Ende des Einspritzvorgangs zeitlich festlegen.
Da bei Dieselmotoren der Kraftstoff mit einem Druck von bis über 1500 bar in eine Brennkammer des Motors eingespritzt wird, haben bei einem hochdynamischen Antrieb eines Einspritzventils die bewegten Massen sowie die Anzahl der Kontaktflächen, über die ein Impuls übertragen wird, einen erheblichen Einfluss auf die Dynamik des Gesamtsystems.
Bei den aus der Praxis bekannten Einspritzventilen wird deshalb versucht, die einzelnen Komponenten mit möglichst hoher Präzision in Reihe hintereinander anzuordnen und die Kontaktflächen zwischen den einzelnen Bauteilen möglichst passgenau auszubilden, um so eine gute Kraftübertragung bei günstigen dynamischen Eigenschaften des Systems zu erzielen. Diese Maßnahmen sind in der Regel jedoch fertigungstechnisch sehr aufwendig und somit auch entsprechend teuer.
Aus WO98/15018 ist beispielsweise ein hydraulischer Überträger eines Injektors bekannt.
Aus der nach veröffentlichte Druckschrift EP 1 457 662 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor bekannt, bei dem die Aktorauslenkung über ein hydraulisches Koppelglied mit einer Ventilschließnadel in Wirkverbindung steht. Dabei sind Aktor und hydraulische Einheit nach außen über Koppelmembrane abgesichtet.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil bereitzustellen, dessen Aktor bei wenigen Kontaktflächen eine nur geringe zu bewegende Masse aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Einspritzventils werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Durch das erfindungsgemäße Ausbilden des hydraulischen Spielausgleichs als Komponente des Aktors gelingt es auf einfache Art und Weise durch eine Maßnahme gleichzeitig die vom Aktor zu bewegende Masse zu reduzieren und die Anzahl der Kontaktflächen zu verringern. Beide Maßnahmen wirken sich günstig auf die Dynamik des Gesamtsystems aus.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einspritzventils dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1: einen schematischen perspektivische Ansicht des Aktors eines erfindungsgemäßen Einspritzventils und
Figur 2: eine teilweise geschnittene vergrößerte Ansicht des Details II gemäß Figur.

Die Abbildung Figur 1 zeigt einen Aktor 1 eines Einspritzventils, der im wesentlichen aus einem piezoelektrischen Element 2, einem sogenannten Piezostack, einem das piezoelektrische Element 2 zumindest teilweise koaxial umgebenden, als Rohrfeder ausgebildeten Federelement 3 sowie einer Kopfplatte 4 und einer Bodenplatte 5 besteht.
Der Aktor 1 dient dazu, eine in einer Bohrung eines Düsenkörpers des Einspritzventils axial beweglich gelagerte und über ein Federelement 6 in Schließrichtung vorgespannte Düsennadel 7 zwischen einer Einspritzbohrungen am vorderen Ende der Bohrung freigebenden Stellung und einer diese Einspritzbohrungen verschließenden Stellung zu verlagern.
Sobald das piezoelektrische Element 2 elektrisch angeregt wird, dehnt sich dieses aus. Die Bestromung des piezoelektrischen Elements 2 bewirkt somit eine Verlängerung der gesamten Baueinheit des Aktors 1, so dass der Aktor 1 über seine Bodenplatte 5 nach unten auf das auf einem Bund 7a der Düsennadel 7 gelagerte Federelement 6 drückt, wodurch wiederum die Düsennadel 7 aus ihrer Schließstellung gedrückt wird und eine Einspritzbohrung freigibt.
Um zu gewährleisten, dass die Kontaktflächen der einzelnen Bauteile des Aktors 1 sowie der über den Aktor 1 angetriebenen Bauteile möglichst spielfrei und passgenau aneinander liegen, um eine optimale Kraftübertragung sicherzustellen, ist ein mit dem Aktor 1 zusammenwirkender hydraulischer Spielausgleich 8 vorgesehen.
Wie aus den Abbildungen Figur 1 und 2 ersichtlich, zeichnet sich der dargestellte Aktor 1 dadurch aus, dass der hydraulische Spielausgleich 8 als Komponente des Aktors 1 ausgebildet ist, nämlich als Bodenplatte 5.
Diese Ausgestaltungsform weist den Vorteil auf, dass einerseits die Anzahl der passgenau zu fertigenden Kontaktflächen verringert wird und andererseits durch den Verzicht auf eine massive Bodenplatte 5, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt ist, die bewegte Masse der Bauteile deutlich reduziert werden kann, was sich vorteilhaft auf das dynamische Verhalten des Gesamtsystems auswirkt.
Bei der dargestellten Ausführungsform des Aktors 1 weist der Aktor 1 zusätzlich eine zwischen dem piezoelektrischen Element 2 und dem die Bodenplatte 5 bildenden hydraulischen Spielausgleich 8 angeordnete Zwischenplatte 9 auf, die dazu dient Fluchtungsfehler auszugleichen und einen passgenauen Kontakt zwischen dem piezoelektrischen Element 2 und dem hydraulischen Spielausgleich 8 zu gewährleisten. Um die Zwischenplatte 9 einerseits und den hydraulischen Spielausgleich 8 andererseits optimal zueinander auszurichten und so eine bestmögliche Kraftübertragung sicherzustellen, sind die aneinander anliegenden Kontaktflächen 8a und 9a des hydraulischen Spielausgleichs 8 und der Zwischenplatte 9 einander entsprechend gewölbt ausgebildet, wie dies Figur 2 zu entnehmen ist.
Die Montage des in Figur 1 dargestellten Aktors 1 geschieht wie folgt:
Die Kopfplatte 4 und das Federelement 3 werden über Schweißnähte 10 miteinander verbunden. Anschließend wird das piezoelektrische Element 2 in das als Rohrfeder ausgebildete Federelement 3 eingesetzt, bis es direkt an der Kopfplatte 4 anliegt. An der Unterseite des piezoelektrischen Elements 2 wird die nun die nur eine geringe Masse aufweisende Zwischenplatte 9 unter den Piezostack gelegt und daran anschließend der hydraulische Spielausgleich 8 montiert.
Die Montage des die Bodenplatte 5 bildenden hydraulischen Spielausgleichs 8 erfolgt dabei so, dass das Federelement 3 unter Vorspannung mit dem hydraulischen Spielausgleich 8 verschweißt wird, wie dies die Schweißnähte 10 in Figur 2 zeigen. Die solchermaßen montierte Baugruppe des Aktors 1 kann nun in ein Einspritzventil eingebaut werden.

Claims

Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einer axial beweglich in einem Ventilgehäuse gelagerten Düsennadel (7), auf die zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ein Aktor (1) so einwirkt, dass die mindestens eine Düsennadel (7) in Abhängigkeit von Betriebszustand des Aktors (1) Einspritzbohrungen freigibt oder verschließt, wobei der Aktor (1) mit einem hydraulischen Spielausgleich (8) zusammenwirkt,
wobei der hydraulische Spielausgleich (8) als Komponente des Aktors (1) ausgebildet ist.
wobei der Aktor (1) aus einem piezoelektrischen Element (2), einem Federelement (3) sowie eine Kopfplatte (4) und einer Bodenplatte (5) besteht, wobei der hydraulische Spielausgleich (8) die Bodenplatte (5) des Aktors (1) bildet,
wobei das Federelement (3) unter Vorspannung zwischen der Kopfplatte (4) und dem hydraulischen Spielausgleich (8) angeordnet ist.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Spielausgleich (8) und das Federelement (3) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem piezoelektrischen Element (2) und dem hydraulischen Spielausgleich (8) eine Zwischenplatte (9) angeordnet ist.
Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinander anliegenden Kontaktflächen (9a, 8a) der Zwischenplatte (9) einerseits und des hydraulischen Spielausgleichs (8) andererseits einander entsprechend gewölbt ausgebildet sind.
Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen zueinander korrespondierend angeordnet sind und der Spielausgleich (8) eine vorzugsweise konvexe Wölbung aufweist.