DE19912665A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, weist ein Brennstoffeinlaßstutzen (4) zur Zuführung von Brennstoff, einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (13), der durch eine Abdichtung (18, 19) gegen den Brennstoff abgedichtet ist, und einen von dem Aktor (13) mittels einer Ventilnadel (5) betätigbaren Ventilschließkörper (6), der mit einer Ventilsitzfläche (8) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, auf. Dabei umfaßt die Abdichtung (18, 19) eine Dichtplatte (18), die zwischen dem Brennstoffeinlaßstutzen (4) und dem Aktor (13) angeordnet ist und die einen Brennstoffkanal (21') aufweist, um den Brennstoff von dem Brennstoffeinlaßstutzen (4) in Richtung auf den Dichtsitz zu leiten.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1.

Aus der DE 195 34 445 C2 ist ein Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 bekannt. Das aus dieser Druckschrift hervorgehende Brennstoffeinspritzventil besteht aus einem Ventilkörper, in dem eine Ventilnadel koaxial geführt ist. Der Ventilkörper weist einen Anschluß auf, über welchen dem Brennstoffeinspritzventil Brennstoff zugeführt wird. Die Ventilnadel ist mit einer Zentralbohrung versehen. Auf ihrer Außenseite ist die Ventilnadel gegen den umgebenden Ventilkörper abgedichtet. Zur Betätigung der Ventilnadel ist diese zulaufseitig mit einer Druckschulter versehen, welche mit einem piezoelektrischen Aktor zusammenarbeitet. Die Druckschulter ist fest mit der Ventilnadel verbunden und ist zulaufseitig dicht an dem Ventilkörper geführt. Dadurch wird der Aktor vor der Einwirkung des Brennstoffdrucks geschützt.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Brennstoffeinspritzventil, daß die Druckschulter in dem Ventilkörper beweglich geführt ist, um das Abspritzen von Brennstoff zu ermöglichen, und gleichzeitig mit dem Ventilkörper eine Dichtfläche ausbildet, um den Aktor gegen den sehr hohen Brennstoffdruck zu schützen. Ebenso ist abspritzseitig die Ventilnadel dichtend und beweglich im Ventilkörper geführt. Dadurch ergeben sich mehrere Nachteile:
Da die Ventilnadel mit der Druckschulter fest verbunden ist, die Ventilnadel abspritzseitig und die Druckschulter zulaufseitig dichtend und beweglich im Ventilkörper geführt sind, ist die Fertigung relativ aufwendig und das Brennstoffeinspritzventil anfällig gegenüber Verbiegungen oder Verspannungen der Ventilnadel bzw. der Veränderung der relativen Lagen der beiden Gleitflächen.

Da die Druckschulter bzw. die Ventilnadel gegen den Ventilkörper beweglich geführt ist, kommt es zu einer Benetzung der Dichtflächen mit Brennstoff und wegen dem hohen Brennstoffdruck zu einem Zufluß von Brennstoff in Richtung des Aktors. Somit ist der Aktor nur gegen die Einwirkung des Brennstoffdrucks, nicht jedoch gegen die Einwirkung des Brennstoffs geschützt.

Durch die Abdichtung zwischen Druckschulter bzw. Düsennadel und Düsenkörper kommt es bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils zu Reibungsverlusten. Dadurch wird die Formbarkeit des Brennstoffabspritzens verschlechtert, die Schaltzeiten des Ventils nehmen zu, die Aktorenergie kann schlechter ausgenützt werden und es kommt zu einem erhöhten Brennstoffeinspritzventilverschleiß. Insbesondere kommt es über die Betriebszeit zu einer nachlassenden Dichtigkeit der zwischen Druckschulter bzw. Düsennadel und Düsenkörper ausgebildeten Dichtflächen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich durch die einfache Lösung eine kostengünstige, verschleißarme, reibungsfreie und erheblich kompaktere Bauweise ergibt. Des weiteren ist die Abdichtung unabhängig von der Ausführung der Ventilnadel und kann somit in eine Vielzahl von Brennstoffeinspritzventilen integriert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

In vorteilhafter Weise ist die Dichtplatte eine kreisrunde Dichtplatte und läßt sich dadurch besonders gut in ein Brennstoffeinspritzventil ohne Kernloch mit rundem radialen Querschnitt einbringen.

Vorteilhaft weist die Dichtplatte zumindest ein durch eine Ausnehmung gebildetes, vertieftes und radiales Durchflußsegment zum Leiten des Brennstoffs auf. Dadurch wird ein Teil der Brennstoffleitung in die Dichtplatte integriert, wodurch sich Bauteile einsparen lassen und sich ein kompakterer Aufbau des Brennstoffeinspritzventils ergibt.

In vorteilhafter Weise weist die Dichtplatte eine Grundplatte und eine Distanzscheibe auf, wobei die Grundplatte zylinderförmig ausgebildet ist und die Distanzscheibe zumindest eine radiale Ausnehmung aufweist, wobei durch die Ausnehmung der Brennstoffkanal gebildet ist. Die einfach gestaltete und daher kostengünstige Grundplatte läßt sich dadurch unabhängig von den restlichen Komponenten der Dichtplatte in das Brennstoffeinspritzventil einbauen. Ein weiterer Vorteil ist, daß durch den separaten Einbau der Distanzscheibe die radiale Richtung der Brennstoffkanäle unabhängig von den übrigen Komponenten der Dichtplatte gewählt werden kann und insbesondere die Justierung der Richtung der Brennstoffkanäle vereinfacht ist.

In vorteilhafter Weise weist die Dichtplatte zumindest eine Bohrung auf, durch welche zumindest eine elektrische Zuleitung an den Aktor geführt ist, wobei die Bohrung gegen den Brennstoff abgedichtet ist. Dadurch wird die Abdichtung der elektrischen Zuleitung gegen den Brennstoff in die Dichtplatte integriert, wodurch eine zusätzliche Abdichtung entfallen kann und sich daher eine kompaktere Bauweise ergibt.

Vorteilhaft ist die Bohrung gegen den Brennstoff durch eine umlaufende Schweißnaht abgedichtet. Dadurch ist eine einfache, belastbare und kostengünstige Abdichtung der elektrischen Zuleitung gegen den Brennstoff gegeben.

In vorteilhafter Weise weist die Abdichtung ein topfförmiges elastisch verformbares Aktorgehäuse auf, das mit der Dichtplatte so verbunden ist, daß der Aktor von dem Aktorgehäuse und der Dichtplatte hermetisch umschlossen ist. Dadurch läßt sich der Aktor besonders gut in die Abdichtung einbauen und kann ggf. schon vor dem Einbau in das Brennstoffeinspritzventil in die Abdichtung eingebaut werden. Dadurch läßt sich auch die Dichtheit der Abdichtung besser überprüfen.

Vorteilhaft ist die Dichtplatte durch eine nicht lösbare Verbindung, vorzugsweise durch eine Schweißverbindung, mit dem Aktorgehäuse verbunden. Dadurch ergibt sich eine belastbare, über die Betriebsdauer beständige, kostengünstige und verschleißfreie Abdichtung.

In vorteilhafter Weise weist das topfförmige, elastisch verformbare Aktorgehäuse einen in axialer Richtung wellenförmig ausgebildeten, elastisch dehnbaren Bereich auf, welcher den Aktor radial umfaßt. Dadurch wird ein großer Aktorhub im Aktorgehäuse ermöglicht.

In vorteilhafter Weise bildet das topfförmige, elastisch verformbare Aktorgehäuse mit der Dichtplatte eine druckfeste Kammer. Dadurch wird der Aktor von dem Brennstoffdruck entlastet.

In vorteilhafter Weise wirkt der Aktor über das topfförmige, elastisch verformbare Aktorgehäuse auf die Ventilnadel ein. Dadurch wird der Aktor auch gegen einen im Bereich der bewegten Ventilnadel entstehenden Leck-Brennstoff abgedichtet.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen auszugsweisen, axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils mit einem Aktor, der durch eine Abdichtung gegen den Brennstoff abgedichtet ist, wobei die übrigen Komponenten des Brennstoffeinspritzventils nur schematisch dargestellt sind;

Fig. 2 eine Vorderansicht einer im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Dichtplatte, die vertiefte, radiale Durchflußsegmente aufweist;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 die Vorderansicht einer Dichtplatte entsprechend einem alternativen Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4; und

Fig. 6 eine vereinfachte Draufsicht auf einen radial verlaufenden Abschnitt des Brennstoffeinlaß­ stutzens des Brennstoffeinspritzventils gemäß Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff, insbesondere von Benzin, in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine als sog. Benzindirekteinspritzventil. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein vorderes Ventilgehäuse 2, ein hinteres Ventilgehäuse 3 und einen Brennstoffeinlaßstutzen 4 auf, die zusammen das Gehäuse des Brennstoffeinspritzventils 1 bilden. Im vorderen Ventilgehäuse 2 befindet sich ein mittels einer Ventilnadel 5 betätigbarer Ventilschließkörper 6, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Ventilnadel 5 einteilig ausgebildet ist. Der Ventilschließkörper 6 ist kegelstumpfförmig, sich in Abspritzrichtung erweiternd ausgebildet. Der Ventilschließkörper 6 wirkt mit einer an einem Ventilsitzkörper 7 ausgebildeten Ventilsitzfläche 8 zu einem Dichtsitz zusammen. Die Ventilnadel 5 wird bei ihrer axialen Bewegung durch Ventilnadelführungen 9, 10 geführt, die am vorderen Ventilgehäuse 2 befestigt sind. Um den Durchfluß von Brennstoff zu ermöglichen, weisen die Ventilnadelführungen 9, 10 Aussparungen 11a, 11b, 12a, 12b auf.

Zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 dient ein Aktor 13, der piezoelektrisch oder magnetostriktiv ausgeführt sein kann. Die Betätigung des Aktors 13 erfolgt über ein elektrisches Steuersignal, das über einen Anschluß 14 und eine elektrische Zuleitung 15 auf den Aktor 13 übertragen wird. Bei Betätigung des Aktors 13 dehnt sich dieser aus und wirkt auf die Ventilnadel 5 ein, wodurch der Ventilschließkörper 6 von der Ventilsitzfläche 8 des Ventilsitzkörpers 7 abhebt und den Dichtsitz freigibt. Durch den entstandenen Spalt zwischen Ventilschließkörper 6 und Ventilsitzkörper 7 kommt es zum Austritt von Brennstoff aus einer Brennstoffkammer 16 des Brennstoffeinspritzventils 1 in eine nicht dargestellte Brennkammer der Brennkraftmaschine. Die Rückstellung der Ventilnadel 5 erfolgt über eine Druckfeder 17, die sich auf der einen Seite an der Ventilnadelführung 10 und an der anderen Seite an der Ventilnadel 5 abstützt.

Die Zuführung von Brennstoff erfolgt über den Brennstoffeinlaßstutzen 4, der in das hintere, beispielsweise als Kunststoff-Spritzgußteil ausgebildete Ventilgehäuse 3 eingebettet ist, das den elektrischen Anschluß 14 für die elektrische Zuleitung 15 aufweist.

Zum Abdichten des Aktors 13 gegen den Brennstoff dient eine Abdichtung 18, 19, die eine Dichtplatte 18 und ein topfförmiges, elastisch verformbares Aktorgehäuse 19 aufweist. Das Aktorgehäuse 19 ist mit der Dichtplatte 18 durch eine Schweißverbindung 20a, 20b unlösbar verbunden. Dadurch ist der Aktor 13 vollständig durch die Abdichtung 18, 19 gegen den Brennstoff abgedichtet. Um den Brennstoff von dem Brennstoffeinlaßstutzen 4 in Richtung auf den durch den Ventilschließkörper 6 und die Ventilsitzfläche 8 gebildeten Dichtsitz zu leiten, weist die Dichtplatte 18 zumindest eine vertiefte Ausnehmung 21 auf. Durch einen radial verlaufenden Abschnitt 30 des Brennstoffeinlaßstutzens 4, an dem die Dichtplatte 18 mit ihrer dem Dichtsitz abgewandten Stirnseite anliegt, wird die wenigstens eine Ausnehmung 21 der Dichtplatte 18 abgedeckt, so daß wenigstens ein Brennstoffkanal 21' gebildet ist. Der Brennstoffluß erfolgt in diesem Brennstoffkanal 21' weitgehend in radialer Richtung, wobei am äußeren Umfang der Dichtplatte 18 eine Umlenkung der Brennstoffströmung in eine axiale Richtung erfolgt. Dies wird dadurch ermöglicht, daß zwischen einem hülsenförmigen, axial verlaufenden Abschnitt 31 des Brennstoffeinlaßstutzens 4 und dem Aktorgehäuse 19 ein weiterer ringförmiger Brennstoffkanal 21"gebildet ist, der sich im vorderen Ventilgehäuse 2 zwischen der Gehäusewandung und dem Aktorgehäuse 19 fortsetzt. Das Aktorgehäuse 19 weist einen wellenförmig ausgebildeten, elastisch dehnbaren Bereich 22 auf, um auch große Aktorhübe des Aktors 13 zu ermöglichen. Die Dichtplatte 18 weist eine Bohrung 23 zur Durchführung der elektrischen Zuleitung 15 von Anschluß 14 zum Aktor 13 auf, die mit einer in der Zeichnung durch 24a, 24b bezeichneten umlaufenden Schweißnaht, die die Dichtplatte 18 mit dem Brennstoffeinlaßstutzen 4 unlösbar verbindet, gegen den Brennstoff abgedichtet ist.

Das topfförmige, elastisch verformbare Aktorgehäuse 19 kann eine rohrförmige, vorzugsweise aus Metall bestehende, den Aktor 13 radial umschließende Druckhülse aufweisen, so daß das topfförmige, elastisch verformbare Aktorgehäuse 19 mit der Dichtplatte 18 eine Druckkammer bildet, um den Aktor 13 gegen den Brennstoffdruck abzudichten.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann auch als innenöffnendes Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein, wobei dann die Hubrichtung des Aktors 13 umzukehren ist.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Dichtplatte 18 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Dichtplatte 18 weist drei sich radial erweiternde Ausnehmungen 21a-21c auf, durch die der Brennstoff vom Brennstoffeinlaßstutzen 4 in Richtung auf den Dichtsitz geleitet wird. Die Ausnehmungen 21a-21c sind beispielsweise um jeweils 120° versetzt zueinander angeordnet.

Fig. 3 zeigt die geschnittene Ansicht der in Fig. 2 dargestellten Dichtplatte 18, wobei die Ausnehmung 21a in der Schnittdarstellung zu sehen ist. Die Dichtplatte 18 weist eine radial umlaufende Verbindungsfläche 25 auf, an der die Dichtplatte 18 z. B. mit dem in Fig. 1 beschriebenen topfförmigen, elastisch verformbaren Aktorgehäuse 19 vorzugsweise mit einer Schweißnaht unlösbar verbunden werden kann.

Fig. 4 zeigt als alternatives Ausführungsbeispiel eine zweiteilige Ausgestaltung der Dichtplatte 18, die eine Grundplatte 26 und eine Distanzscheibe 27 aufweist. Die Distanzscheibe 27 weist Distanzelemente 28a-28c auf, die durch sich radial erweiternde Aussparungen 29a-29c voneinander getrennt sind. Die Distanzelemente 28a-28c sind jedoch in einem mittleren Bereich der Distanzscheibe 27 miteinander verbunden ausgebildet. Durch die Aussparungen 29a-29c wird der Brennstoff von dem Brennstoffeinlaßstutzen 4 in Richtung auf den Dichtsitz geleitet.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4. Die Verbindungsfläche 25 der Grundplatte 26 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Mantelfläche der zylinderförmigen Grundplatte 26 gegeben.

Fig. 6 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf den radial verlaufenden Abschnitt 30 des Brennstoffeinlaßstutzens 4 des Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß Fig. 1. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt. Die Dichtplatte 18 weist Bohrungen 23a, 23b auf, durch welche die elektrische Zuleitung 15 an den Aktor 13 geführt werden kann. Durch die umlaufende Schweißnaht 24, die die Dichtplatte 18 z. B. an dem radial verlaufenden Abschnitt 30 des Brennstoffeinlaßstutzens 4 anschweißt, sind die Bohrungen 23a, 23b gegen den Brennstoff abgedichtet.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist eine andere Anzahl an Brennstoffkanälen 21', eine andere Gestaltung der Ausnehmungen 21a-21c, eine andere Gestaltung der Dichtplatte 18, der Verbindungsfläche 25 und der Anzahl und Form der Bohrungen 23a, 23b denkbar.

Claims (11)

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit
einem Brennstoffeinlaßstutzen (4) zur Zuführung von Brennstoff,
einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (13), der durch eine Abdichtung (18, 19) gegen den Brennstoff abgedichtet ist, und
einem von dem Aktor (13) mittels einer Ventilnadel (5) betätigbaren Ventilschließkörper (6), der mit einer Ventilsitzfläche (8) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdichtung (18, 19) eine Dichtplatte (18) umfaßt, die zwischen dem Brennstoffeinlaßstutzen (4) und dem Aktor (13) angeordnet ist und zumindest einen Brennstoffkanal (21', 21a-21c) aufweist, um den Brennstoff von dem Brennstoffeinlaßstutzen (4) in Richtung auf den Dichtsitz zu leiten.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtplatte (18) kreisförmig ausgebildet ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtplatte (18) zumindest ein durch eine Ausnehmung (21a-21c) bzw. eine Aussparung (29a-29c) gebildetes, vertieftes und radiales Durchflußsegment aufweist.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtplatte (18) eine Grundplatte (26) und eine an der Grundplatte (26) anliegende Distanzscheibe (27) aufweist, wobei die Grundplatte (26) zylinderförmig ausgebildet ist und die Distanzscheibe (27) zumindest eine radiale Aussparung (29a-29c) aufweist, wobei durch die Aussparung (29a-29c) der Brennstoffkanal (21') gebildet wird.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtplatte (18) zumindest eine Bohrung (23, 23a, 23b) aufweist, durch welche zumindest eine elektrische Zuleitung (15) an den Aktor (13) geführt ist, wobei die Bohrung (23, 23a, 23b) gegen den Brennstoff abgedichtet ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (23, 23a, 23b) gegen den Brennstoff durch eine umlaufende Schweißnaht (24, 24a, 24b) abgedichtet ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung (18, 19) ein topfförmiges, elastisch verformbares Aktorgehäuse (19) umfaßt, das mit der Dichtplatte (18) so verbunden ist, daß der Aktor (13) von dem Aktorgehäuse (19) und der Dichtplatte (18) hermetisch umschlossen ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtplatte (18) durch eine nichtlösbare Verbindung, vorzugsweise durch eine Schweißverbindung (20a, 20b), mit dem Aktorgehäuse (19) verbunden ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das topfförmige, elastisch verformbare Aktorgehäuse (19) einen in axialer Richtung wellenförmig ausgebildeten, elastisch dehnbaren Bereich (22) aufweist, welcher den Aktor (13) radial umfaßt.

10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das topfförmige, elastisch verformbare Aktorgehäuse (19) mit der Dichtplatte (18) eine druckfeste Kammer bildet, die einem Betriebsdruck des Brennstoffs standhält.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (13) über das topffömige, elastisch verformbare Aktorgehäuse (19) auf die Ventilnadel (5) einwirkt.