DE10307816A1

DE10307816A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10307816A1
Application number: DE10307816A
Authority: DE
Inventors: Martin Maier; Guenther Hohl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-02
Also published as: ATE391850T1; EP1450034B1; DE50309573D1; EP1450034A1

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.

Description

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.

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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1A einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in einem ersten Betriebszustand,
1B einen schematischen Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich IB in einem zweiten Betriebszustand, und
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.
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 1A ist die Membran 20 in einer ersten Stellung dargestellt, welche einen maximalen Ausgleichsraum 19 definiert. 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 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 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 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 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

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.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (20) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung umklappbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stellung der Membran (20) einem maximalen Ausgleichsraum (19) entspricht.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stellung der Membran (20) einem minimalen Ausgleichsraum (19) entspricht.
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.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydraulikmedium Silikonöl vorgesehen ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler (6) einen Kopplerfuß (13) und einen Kopplerkopf (14) umfaßt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kopplerfuß (13) ein Stift (17) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stift (17) in eine Ausnehmung (16) des Kopplerkopfes (14) erstreckt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (17) in der Ausnehmung (16) unter Bildung eines Ringspalts (18) geführt ist.
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.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplerraum (10) durch eine Wellrohrdichtung (11) abgedichtet ist.
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.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (31) nach Befüllen des Kopplerraums (10) durch eine vorzugsweise eingepreßte Kugel (32) verschließbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikvolumen (10) eine rheologische Flüssigkeit enthält.