WO2004081367A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • a metering valve for metering liquids or gases in particular an injection valve for fuel injection systems in internal combustion engines, which has a piezo stack actuator, the change in length of which when an excitation voltage is applied is transmitted to a valve needle controlling a feed opening and determines the stroke of the valve needle.
  • the substance to be measured is fed via a feed line, which is designed in the form of a deep hole in the valve body.
  • a disadvantage of the metering valve known from DE 35 33 085 AI is the floating mounting of the hydraulic coupler between the fuel inlet and the actuator, as a result of which the coupler is exposed to fluctuations in the fuel pressure.
  • the electrical lines required to make contact with the actuator have to be laid in a complex manner in order not to be stressed by the changes in position.
  • the cables have to be laid around the coupler, which makes them both longer and more installation space claim. This makes the valve housing bulky and in turn requires a larger installation space in the cylinder head.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the hydraulic coupler is fixed between the actuator and a valve group, so that the electrical contacting of the actuator does not have to take place past the actuator and length changes caused by changes in the position of the coupler are eliminated.
  • the actuator is advantageously firmly connected to the valve housing, as a result of which a stationary relative position of the actuator with respect to the housing is achieved.
  • the electrical lines run through bores in an actuator base and are fixed and protected by plastic encapsulation.
  • the plug in which the electrical lines are arranged, is advantageously molded onto the plastic encapsulation.
  • the coupler advantageously acts on the valve needle via a spherical cap, so that offsets can be compensated for.
  • FIG. 1 shows a schematic section through an exemplary embodiment of a fuel injection valve according to the invention along a sectional plane
  • FIG. 2 shows a schematic section through the exemplary embodiment of a fuel injector according to the invention shown in FIG. 1 along a second sectional plane
  • FIGS. 1 and 2 shows a detail of the pivotable mounting of the coupler between the actuator and the valve needle of the fuel injector according to the invention shown in FIGS. 1 and 2.
  • a fuel injector 1 shown in FIGS. 1 and 2 in two mutually perpendicular sectional views along a longitudinal axis is in the form of a fuel injector 1 for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignited
  • Fuel injection valve 1 is particularly suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
  • the fuel injector 1 comprises a housing 2, in which one is provided with an actuator coating 3 piezoelectric or magnetostrictive actuator 4 is arranged.
  • the actuator 4 is preloaded by a tubular spring 5 in order to enable non-destructive assembly and a reproducible actuation of the actuator 4.
  • An electrical voltage can be supplied to the actuator 4 by means of an electrical line 6.
  • the actuator 4 is supported on the inflow side on an actuator base 7 and on the outflow side on an actuator head 8.
  • the actuator 4 is encapsulated in an actuator housing 9.
  • the fuel injection valve 1 has a hydraulic coupler 10 on the downstream side of the actuator 4, which is mounted without pressure between the actuator 4 and a valve module 11.
  • the hydraulic coupler 10 is designed as a second medium coupler 10 and comprises a master piston 12 and a slave piston 13, which are urged against one another by a coupler spring 14.
  • the hydraulic coupler 10 is sealed against an interior 16 of the fuel injector 1 by a corrugated-tube seal 15, for example.
  • the slave piston 13 of the hydraulic coupler 10 rests on a calotte 17 which interacts with a valve needle 19 via an actuating element 18.
  • the calotte 17 compensates for offsets of the valve needle 19 during the operation of the fuel injector 1.
  • the valve needle 19 has a valve closing body 20 at its downstream end, which cooperates with a valve seat surface 21 to form a sealing seat.
  • the fuel injection valve 1 opens outward.
  • the actuator 4 Due to the fact that the actuator 4 is not floating, but is fixedly mounted, it is possible to achieve a fixed thermal connection of the actuator 4 to the housing 2, as a result of which a gap between the actuator 4 and the housing 2 can be eliminated. As a result, the temperature of the actuator 4 can be reduced by better heat dissipation. In addition, the fixed mounting of the actuator 2 can move Cable routing between the actuator 4 and the electrical plug contact 6 along the coupler 10 is eliminated.
  • the electrical line 6 passes through the actuator base 7 through bores 22 which are formed in the actuator base 7. Because the hydraulic coupler 10 is arranged on the downstream side of the actuator 4, the electrical lines 6 can be laid on the actuator 4 shorter and without movement-compensating cable guides.
  • the valve housing 2 can be slimmer because the electrical lines 6 do not have to be routed around the hydraulic coupler 10.
  • the fuel is supplied via a central inlet connection 23, in which a filter 24 can be arranged.
  • the fuel is conducted to the sealing seat via bores 25 and a gap 26 formed between the actuator housing 9 and the valve housing 2.
  • the inlet connection 23 is provided in FIG. 2 with a plastic encapsulation 27, on which a plug 28 for the electrical lines 6 is molded.
  • 3A and 3B show detailed views of the plug 28 in a view of the fuel injection valve 1 in the outflow direction of the fuel.
  • the fuel injector 1 is shown without plastic encapsulation 27 as in FIG. 1.
  • the electrical lines 6 are led straight and straight into the actuator base 7 and run parallel to the bore 25 through which the fuel is supplied from the inlet connection 23.
  • Fig. 3B the connector 28 is shown after the encapsulation of the inlet connector 23 with plastic 27 in the same view.
  • the plastic encapsulation 27 and the plug 28 can be produced simply and inexpensively in one process step.
  • the electrical lines 6 are through the plastic encapsulation 27 at the inlet connection 23 and fixed to the actuator foot 7 and protected from damage.
  • the coupler 10 is pivotably mounted between the actuator head 8 and valve needle 19 by means of a spherical cap 17.
  • the cap 17 is arranged in FIGS. 1 and 2 between the hydraulic coupler 10 and an actuating element 18, which is in operative connection with the valve needle 19.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment shown and is suitable for any designs of fuel injection valves 1.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfaßt einen über eine elektrische Leitung (6) erregbaren piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), der einen in einem Gehäuse (2) angeordneten Ventilschließkörper (20) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (21) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einem hydraulischen Koppler (10). Der hydraulische Koppler (10) ist ortsfest zwischen dem Aktor (4) und einer den Ventilschließkörper (20) und die Ventilsitzfläche (21) umfassenden Ventilbaugruppe (11) angeordnet.

Description

Brennetoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Aus der DE 35 33 085 AI ist ein Zumeßventil zur Dosierung von Flüssigkeiten oder Gasen, insbesondere ein Einspritzventil für Kraftstoff-Einspritzsysteme in Brennkraftmaschinen bekannt, welches einen Piezo-Stapelaktor aufweist, dessen Längenänderung bei Anlegen einer Erregerspannung auf eine eine Zu eßöffnung steuernde Ventilnadel übertragen wird und den Hubweg der Ventilnadel bestimmt. Der zuzumessende Stoff wird über eine Zuleitung zugeführt, welche in Form einer Tieflochbohrung im Ventilkörper ausgeführt ist.
Nachteilig an dem aus der DE 35 33 085 AI bekannten Zumeßventil ist die schwimmende Lagerung des hydraulischen Kopplers zwischen BrennstoffZulauf und Aktor, wodurch der Koppler Schwankungen im Brennstoffdruck ausgesetzt ist. Die zur Kontaktierung des Aktors benötigten elektrischen Leitungen müssen aufwendig verlegt werden, um nicht durch die Lageänderungen auf Zug beansprucht zu werden. Zudem müssen die Leitungen um den Koppler herum verlegt werden, wodurch sie sowohl länger werden als auch mehr Einbauraum beanspruchen. Das Ventilgehäuse wird dadurch voluminös und beansprucht seinerseits einen größeren Einbauraum im Zylinderkopf.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der hydraulische Koppler fest zwischen dem Aktor und einer Ventilgruppe angeordnet ist, so daß die elektrische Kontaktierung des Aktors nicht am Aktor vorbei erfolgen muß und durch Lageänderungen des Kopplers verursachte Längenänderungen entfallen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhafterweise ist der Aktor fest mit dem Ventilgehäuse verbunden, wodurch eine ortsfeste relative Lage des Aktors bezüglich des Gehäuses erzielt wird.
Von Vorteil ist außerdem, daß die elektrischen Leitungen durch Bohrungen in einem Aktorfuß verlaufen und durch eine Kunststoffumspritzung fixiert und geschützt sind.
Vorteilhafterweise ist der Stecker, in welchem die elektrischen Leitungen angeordnet sind, an der Kunststoffumspritzung angeformt.
Der Koppler wirkt vorteilhafterweise über eine Kalotte auf die Ventilnadel ein, so daß Versätze ausgeglichen werden können .
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils entlang einer •-rsr.en Schnittebene,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils entlang einer zweiten Schnittebene,
Fig. 3A-B Ansichten des Steckkontaktes des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils ohne und mit Kunststoffumspritzung, und
Fig. 4 eine ausschnittsweise Darstellung der schwenkbaren Lagerung des Kopplers zwischen Aktor und Ventilnadel des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils gemäß Fig. 1 und 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Ein in den Fig. 1 und 2 in zwei zueinander senkrechten Schnittansichten entlang einer Längsachse dargestelltes Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten
Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das
Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt ein Gehäuse 2, in welchem ein mit einer Aktorumspritzung 3 versehener piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor 4 angeordnet ist. Der Aktor 4 ist durch eine Rohrfeder 5 vorgespannt, um eine zerstörungsfreie Montage und eine reproduzierbare Betätigung des Aktors 4 zu ermöglichen. Dem Aktor 4 kann mittels einer elektrischen Leitung 6 eine elektrische Spannung zugeführt werden. Der Aktor 4 stützt sich zuströmseitig an einem Aktorfuß 7 und abströmseitig an einem Aktorkopf 8 ab. Der Aktor 4 ist in einem Aktorgehäuse 9 gekapselt .
Erfindungsgemäß weist das Brennstoffeinspritzventil 1 abströmseitig des Aktors 4 einen hydraulischen Koppler 10 auf, welcher drucklos zwischen dem Aktor 4 und einem Ventilmodul 11 gelagert ist. Der hydraulische Koppler 10 ist als Zweitmediumskoppler 10 ausgebildet und umfaßt einen Geberkolben 12 und einen Nehmerkolben 13, die durch eine Kopplerfeder 14 gegeneinander beaufschlagt sind. Der hydraulische Koppler 10 ist durch eine beispielsweise wellröhrförmige Dichtung 15 gegen einen Innenraum 16 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet.
Der Nehmerkolben 13 des hydraulischen Kopplers 10 liegt an einer Kalotte 17 an, die über ein Betätigungselement 18 mit einer Ventilnadel 19 zusammenwirkt. Die Kalotte 17 sorgt für den Ausgleich von Versätzen der Ventilnadel 19 während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils 1. Die Ventilnadel 19 weist an ihrem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 20 auf, der mit einer Ventilsitzfläche 21 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1.
Bedingt dadurch, daß der Aktor 4 nicht schwimmend, sondern fest gelagert ist, ist es möglich, eine feste thermische Anbindung des Aktors 4 an das Gehäuse 2 zu erreichen, wodurch ein Spalt zwischen dem Aktor 4 und dem Gehäuse 2 entfallen kann. Dadurch kann die Temperatur des Aktors 4 durch bessere Wärmeableitung gesenkt werden. Zudem können durch die feste Lagerung des Aktors 2 bewegliche Kabelführungen zwischen dem Aktor 4 und dem elektrischen Steckkontakt 6 entlang des Kopplers 10 entfallen.
Die elektrische Leitung 6 durchgreift den Aktorfuß 7 durch Bohrungen 22, die in dem Aktorfuß 7 ausgebildet sind. Dadurch, daß der hydraulische Koppler 10 abströmseitig des Aktors 4 angeordnet ist, können die elektrischen Leitungen 6 kürzer und ohne bewegungskompensierende Kabelführungen am Aktor 4 verlegt werden. Das Ventilgehäuse 2 kann dadurch schlanker ausfallen, da die elektrischen Leitungen 6 nicht um den hydraulischen Koppler 10 herumgeführt werden müssen.
Die BrennstoffZuleitung erfolgt über einen zentralen Zulaufstutzen 23, in welchem ein Filter 24 angeordnet sein kann. Über Bohrungen 25 und einen zwischen dem Aktorgehäuse 9 und dem Ventilgehäuse 2 ausgebildeten Spalt 26 wird der Brennstoff zum Dichtsitz geleitet. Der Zulaufstutzen 23 ist in Fig. 2 mit einer Kunststoffumspritzung 27 versehen, an welcher ein Stecker 28 für die elektrischen Leitungen 6 angeformt ist.
Die Fig. 3A und 3B zeigen Detailansichten des Steckers 28 in Aufsicht auf das Brennstoffeinspritzventil 1 in Abströmrichtung des Brennstoffs.
In Fig. 3A ist dabei das Brennstoffeinspritzventil 1 ohne Kunststoffumspritzung 27 wie in Fig. 1 dargestellt. Die elektrischen Leitungen 6 werden direkt und gerade in den Aktorfuß 7 geführt und verlaufen parallel zu der Bohrung 25, durch welche der Brennstoff vom Zulaufstutzen 23 zugeleitet wird .
In Fig. 3B ist in gleicher Ansicht der Stecker 28 nach der Umspritzung des ZulaufStutzens 23 mit Kunststoff 27 dargestellt. Die Kunststoffumspritzung 27 und der Stecker 28 sind dabei in einem Verfahrensschritt einfach und kostengünstig herstellbar. Die elektrischen Leitungen 6 werden durch die Kunststoffumspritzung 27 am Zulaufstutzen 23 und am Aktorfuß 7 fixiert und vor Beschädigungen geschützt.
Wie bereits aus Fig. 1 und 2 hervorgehend ist der Koppler 10 zwischen dem Aktorkopf 8 und Ventilnadel 19 mittels einer Kalotte 17 schwenkbar gelagert. Die Kalotte 17 ist dabei in Fig. 1 und 2 zwischen dem hydraulischen Koppler 10 und einem Betätigungselement 18, welches mit der Ventilnadel 19 in Wirkverbindung steht, angeordnet.
In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit der Anordnung der Kalotte 17 zwischen dem hydraulischen Koppler 10 und dem Aktorkopf 8 dargestellt. Beide Möglichkeiten sorgen für den Ausgleich von Versätzen der Ventilnadel 19 beim Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1, welche sonst zu Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 1 durch Verklemmen der Ventilnadel 19 oder durch Zerstörung des Aktors 4 durch Scherkräfte bei Versätzen führen können.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und für beliebige Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 1 geeignet.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem über zumindest eine elektrische Leitung (6) erregbaren piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), der einen in einem Gehäuse (2) angeordneten Ventilschließkörper (20) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (21) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und mit einem hydraulischen Koppler (10) , dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Koppler (10) ortsfest zwischen dem Aktor (4) und einer den Ventilschließkörper (20) und die Ventilsitzfläche (21) umfassenden Ventilbaugruppe (11) angeordnet ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (4) sich mit einem zuströmseitigen Ende an einem Aktorfuß (7) abstützt.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktorfuß (7) mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (4) sich mit einem abströmseitigen Ende an einem Aktorkopf (8) abstützt.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktorkopf (7) mit dem hydraulischen Koppler (10) verbunden ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Koppler (10) auf dem Aktorkopf (8) mittels einer Kalotte (17) schwenkbar gelagert ist.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Koppler (10) auf einer Ventilnadel (19) mittels einer Kalotte (17) schwenkbar gelagert ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aktorfuß (7) zumindest eine axiale Bohrung (22) ausgebildet ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leitungen (6) in der zumindest einen axialen Bohrung (22) angeordnet sind.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffeinspritzventil (1) an einem zulaufseifigen Ende von einer Kunststoffumspritzung (27) versehen ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kunststoffumspritzung (27) ein Stecker (28) angeformt ist.
12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leitungen (6) in dem Stecker (28) ausmünden .
13. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leitungen (6) achsparallel zu einer Längsachse des Brennstoffeinspritzventils (1) und des Aktors (4) verlaufen.
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