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Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen, speziell einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 198 56 202
A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen
Aktor bekannt. Der piezoelektrische Aktor des bekannten Einspritzventils
besteht aus aufeinandergeschichteten Lagen piezoelektrischen Materials
und dazwischenliegenden metallischen beziehungsweise elektrisch leitenden,
als Elektroden dienenden Schichten. Ferner weist der Aktor einen
ruhenden Aktorfuß und
einen Aktorkopf auf, der sich bei einer Betätigung des Brennstoffeinspritzventils
in axialer Richtung bewegt. Der piezoelektrische Aktor ist dabei
in einem separaten Raum im Inneren eines Gehäuses des Brennstoffeinspritzventils
untergebracht, wobei die Kühlung des
Aktors über
einen Kühlluftstrom
gewährleistet wird.
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Das
aus der
DE 198 56
202 A1 bekannte Brennstoffeinspritzventil hat den Nachteil,
dass ein separater Raum zum Aufnehmen des Aktors erforderlich ist,
wodurch die Ausgestaltung des bekannten Brennstoffeinspritzventils
aufwändig
ist. Außerdem kann
es auf Grund von Lageänderungen
des Aktors, die bei der Montage des Brennstoffeinspritzventils oder
zu einem späteren Zeitpunkt
auftreten, zu einer ungleichmäßigen Kraftübertragung
der Betätigungskraft
des Aktors auf den Ventilschließkörper des Brennstoffeinspritzventils
kommen, so dass sich die Eigenschaften des Brennstoffeinspritzventils,
insbesondere in Bezug auf das Öffnungs-
und Schließverhalten,
verschlechtern.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Lage
des Aktors im Ventilgehäuse
durch das Anliegen des passiven Elements an der Gehäuseinnenwand
vorgegeben ist, so dass eine zuverlässige Montage ermöglicht ist
und gleichmäßige charakteristische
Eigenschaften, insbesondere eine gleichmäßige Kraftübertragung, über die
Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils gewährleistet ist.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Aktor mittels des passiven Elementes in dem Ventilgehäuse des Brennstoffeinspritzventils
zentriert ist. Dabei kann der Aktor beispielsweise in einer Injektorbohrung
zentriert werden. Dadurch wird eine einfache Montage ermöglicht und
eine spätere Änderung
der Lage des Aktors in dem Ventilgehäuse verhindert.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Aktor mittels des passiven Elementes in dem Ventilgehäuse des Brennstoffeinspritzventils
geführt
ist. Der Aktor ist dabei so angeordnet, dass bei einer Betätigung des
Aktors eine Bewegung des passiven Elementes in dem Ventilgehäuse erfolgt.
Dadurch wird die Zuverlässigkeit
des Brennstoffeinspritzventils, insbesondere hinsichtlich einer
gleichmäßigen Kraftübertragung,
weiter verbessert. Außerdem
wird durch die Beabstandung der aktiven Schichten des Aktors von
der Gehäuseinnenwand
verhindert, dass eine gegebenenfalls umfänglich um die aktiven Schichten
aufgebrachte Isolierschicht bei der Betätigung des Aktors abgerieben
beziehungsweise beschädigt
wird. Der Aktor kann dann in einer von Brennstoff durchflossenen
Injektorbohrung angeordnet sein, wodurch sich ein kompakter Aufbau
des Brennstoffeinspritzventils ergibt.
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Vorteilhaft
ist es, dass das passive Element zumindest eine abgerundete Ecke
aufweist. Durch die abgerundete Ecke wird die Zentrierbarkeit des Aktors
weiter verbessert, insbesondere wird eine stabile Anlagefläche geschaffen,
die eine gleichmäßige Führung des
passiven Elementes des Aktors in dem Ventilgehäuse ermöglicht.
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Der Übergang
zwischen dem passiven Element und einer aktiven Schicht kann stufenförmig oder
gleichmäßig ausgestaltet
sein. Dadurch kann den Gegebenheiten speziell in Bezug auf das Aufbringen
der Isolierschicht und einer vorteilhaften Führung an der Gehäuseinnenwand
des Ventilgehäuses Rechnung
getragen werden.
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Vorteilhaft
ist es, dass zumindest ein zweites passives Element vorgesehen ist.
Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass ein passives Element als Aktorfuß und das
andere passive Element als Aktorkopf ausgestaltet ist. Der Aktor
kann dadurch als vorgefertigte Baugruppe direkt in das Ventilgehäuse des
Brennstoffeinspritzventils eingesetzt werden, ohne dass weitere
Zentrierungsmittel erforderlich sind. Durch den Aktorfuß und den
Aktorkopf wird dabei eine Zentrierung des Aktors über die
gesamte Länge
erreicht. Ferner wird eine zuverlässige Beabstandung der aktiven
Schichten von der Gehäuseinnenwand,
insbesondere im Bereich der Enden des Aktors, gewährleistet.
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Zeichnung
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffeinspritzventils der Erfindung in einer axialen
Schnittdarstellung;
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2 einen
Schnitt durch das in 1 gezeigte Brennstoffeinspritzventil
des ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie;
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3 den
in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils
des ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung und
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4 den
in 3 gezeigten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann
insbesondere als Injektor für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen dienen. Insbesondere eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
von Nutzkraftwagen oder Personenkraftwagen. Ein bevorzugter Einsatz
des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage
mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu
mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet
sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein aus mehreren Teilen
bestehendes Ventilgehäuse 2 und einen
mit dem Ventilgehäuse 2 verbundenen
Brennstoffeinlassstutzen 3 auf. Der Brennstoffeinlassstutzen 3 dient
zum Einführen
von Brennstoff über
eine Einlassöffnung 4 in
einen Innenraum 5 innerhalb des Ventilgehäuses 2 des
Brennstoffeinspritzventils 1. Der Innenraum 5 ist über mehrere
Durchlassöffnungen 6, 7,
die in einem Gehäuseteil 8 vorgesehen sind,
mit einem durch eine Injektorbohrung gebildeten Aktorraum 9 verbunden.
Der Aktorraum 9 ist über mehrere
Durchlassöffnungen 10, 11,
die in einem Gehäuseteil 12 ausgebildet
sind, mit einem Brennstoffraum 13 verbunden. Im Betrieb
des Brennstoffeinspritzventils 1 wird Brennstoff unter
hohem Druck über
die Einlassöffnung 4 in
den Brennstoffraum 13 gefördert, wobei der Brennstoff
den Aktorraum 9 durchfließt.
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Das
Ventilgehäuse 2 ist
außerdem
mit einem Ventilsitzkörper 15 verbunden,
an dem eine Ventilsitzfläche 16 ausgebildet
ist. Die Ventilsitzfläche 16 wirkt
mit einem Ventilschließkörper 17 zu
einem Dichtsitz zusammen. Dabei ist der Ventilschließkörper 17 einstückig mit
einer Ventilnadel 18 ausgebildet, die insbesondere von
einer durch das Gehäuseteil 12 gebildeten
Ventilnadelführung
in einer axialen Richtung 19 des Ventilgehäuses 2 des
Brennstoffeinspritzventils 1 geführt ist. Die Ventilnadel 18 ist
mit einer Druckplatte 20 verbunden, die entgegen der axialen
Richtung 19 mittels einer Ventilfeder 21 mit einer Federkraft
beaufschlagt ist, so dass der durch den Ventilschließkörper 6 und
die Ventilsitzfläche 5 gebildete
Dichtsitz mit einer der Federkraft entsprechenden Schließkraft beaufschlagt
ist.
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In
dem Aktorraum 9 ist ein piezoelektrischer Aktor 25 vorgesehen,
der mehrere aktive Schichten 26, von denen in der 1 zur
Vereinfachung der Darstellung nur die aktiven Schichten 26, 26' gekennzeichnet
sind, ein passives Element 27 und ein passives Element 28 aufweist.
Das passive Element 28 ist dabei als Aktorfuß ausgestaltet
und das passive Element 27 ist als Aktorkopf ausgestaltet.
Bei Beaufschlagung des Aktors 25 über eine nicht dargestellte und
gegen den Brennstoff im Brennstoffraum 9 abgedichtete elektrische
Zuleitung dehnt sich der Aktor 25 in der axialen Richtung 19 entgegen
der Kraft der Ventilfeder 21 aus, so dass sich der Ventilschließkörper 17 von
der Ventilsitzfläche 16 abhebt
und der zwischen diesen gebildete Dichtsitz geöffnet wird. Dadurch wird Brennstoff
aus dem Brennstoffraum 13 über einen Ringspalt 29 und
den geöffneten
Dichtsitz in einen (nicht dargestellten) Brennraum einer Brennkraftmaschine
eingespritzt. Nach der Betätigung
verkürzt
sich der Aktor 25 wieder in umgekehrter Richtung, bis die
in 1 dargestellte Ausgangsstellung erreicht wird,
wodurch der zwischen dem Ventilschließkörper 17 und der Ventilsitzfläche 16 gebildete
Dichtsitz wieder geschlossen ist, wie es der in 1 dargestellten
Ausgangslage entspricht.
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Das
Ventilgehäuse 2 weist
eine Gehäuseinnenwand 35 auf,
die zylindermantelförmig
ausgestaltet ist und den Aktorraum 9 in radialer Richtung
begrenzt. Die aktiven Schichten 26, 26' sind von der Gehäusewand 35 zumindest
im wesentlichen beabstandet. Vorzugsweise sind die aktiven Schichten 26, 26' von der Gehäuseinnenwand 35 des
Ventilgehäuses 2 vollständig beabstandet.
Die passiven Elemente 27, 28 liegen allerdings
teilweise an der Gehäuseinnenwand 35 an,
wie es anhand der 2 im Detail beschrieben ist.
Dadurch wird bei der Montage des Brennstoffeinspritzventils erreicht,
dass der Aktor 25 bezüglich
einer Achse 36 des Brennstoffeinspritzventils 1 zentriert
angeordnet ist. Bei einer Betätigung des
Aktors 25 stützt
sich das passive Element 28 an dem Gehäuseteil 8 ab, so dass
das passive Element 27 in der axialen Richtung 19 bezüglich des
Ventilgehäuses 2 entlang
der Gehäuseinnenwand 35 verschoben
wird. Dabei wird durch die Gehäuseinnenwand 35 eine
Führung
des passiven Elements 27 in der axialen Richtung 19 gewährleistet,
so dass ein Verkippen des Aktors 25, insbesondere eine
ungleichmäßige Ausdehnung
der aktiven Schichten 26, verhindert ist, wodurch eine
gleichmäßige Kraftübertragung
auf die Druckplatte 20 und somit die Ventilnadel 18 und
den Ventilschließkörper 17 über die
Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 erzielt wird.
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2 zeigt
einen Schnitt durch das in 1 gezeigte
Brennstoffeinspritzventil 1 entlang der mit II bezeichneten
Schnittlinie. Sich entsprechende Elemente sind dabei in der 2 und
allen anderen Figuren mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
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2 zeigt
die Lage des Aktors 25 innerhalb des Aktorraums 9 in
Bezug auf die Gehäuseinnenwand 35 in
größerem Detail.
Dabei entspricht der in 2 gezeigte Zustand dem in 1 gezeigten
Ausgangszustand, in dem das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen
ist. Das passive Element 27 weist mehrere Ecken 40, 41, 42, 43 auf,
im Bereich derer das passive Element 27 an der Gehäuseinnenwand 35 des
Ventilgehäuses 2 anliegt.
Dabei ist anzumerken, dass in dem gezeigten Ausgangszustand auch
die aktiven Schichten 26' an
der Gehäuseinnenwand 35 etwas
anliegen können,
vorzugsweise aber etwas beabstandet zur Gehäuseinnenwand 35 sind.
Bei der Betätigung
des Aktors 25 verringert sich der in 2 dargestellte
Querschnitt der aktiven Schichten 26', so dass während der Betätigungsphase
eine Beabstandung zwischen der aktiven Schichten 26' und der Gehäuseinnenwand 35 des
Ventilgehäuses 2 besteht.
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Das
passive Element 27 weist im Bereich der Ecke 40 Abrundungen 44 auf,
wodurch eine abgerundete Ecke 40 ausgebildet ist. Der Rundungsradius der
Abrundung 44 des in
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2 dargestellten
Querschnitts des passiven Elementes 27 ist dabei an den
Durchmesser des zylinderförmigen
Aktorraumes 9, der dem Durchmesser der Gehäuseinnenwand 35 entspricht,
angepasst und kleiner oder gleich diesem Durchmesser und insbesondere
kleiner als dieser Durchmesser. Durch die abgerundete Ecke wird
die Genauigkeit der Zentrierung des Aktors 25 bezüglich der
Achse 36 des Brennstoffeinspritzventils 1 weiter
verbessert. Außerdem
wird die Führung
des passiven Elementes 27 an der Gehäuseinnenwand 35 verbessert,
wobei Abnutzungen verringert sind. Somit ist bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 des
ersten Ausführungsbeispiels der
Erfindung eine hohe Zuverlässigkeit über die
Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 gewährleistet.
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Es
ist anzumerken, dass die Querschnittsfläche des passiven Elementes 27 die
Querschnittsfläche
der aktiven Schichten 26' flächenmäßig überdeckt.
Die Querschnittsfläche
des passiven Elementes 27 bleibt dabei während der
Betätigung
des Aktors 25 im Unterschied zur Querschnittsfläche der
aktiven Schichten 26' konstant.
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Ferner
ist anzumerken, dass die oben im Hinblick auf das passive Element 27 gemachten
Ausführungen
in entsprechender Weise auch für
das passive Element 28 gelten, wobei das passive Element 28 bei
einer Betätigung
des Aktors 25 ortsfest im Ventilgehäuse 2 angeordnet ist.
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3 zeigt
den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Aktors 25 des
Brennstoffeinspritzventils 1 in einer detaillierten schematischen
Darstellung. Dabei ist zwischen dem passiven Element 27 und den
aktiven Schichten 26 ein stufenförmiger Übergang 48 ausgestaltet,
so dass der Querschnitt des Aktors 25 in der axialen Richtung 19 gesehen
am Übergang 48 stufenförmig zunimmt.
Ferner ist eine Isolierschicht 49 vorgesehen, die die aktiven
Schichten 26 des Aktors 25 gegenüber dem
im Aktorraum 9 vorgesehenen Brennstoff isoliert. Die Isolierschicht 49 kann
dabei sowohl eine elektrische Isolation als auch eine Isolation
der Keramik des Aktors 25 gegenüber chemischen Einflüssen gewährleisten.
Die Isolierschicht 49 kann beispielsweise aus Parylene
gebildet sein oder dieses aufweisen. Da die aktiven Schichten 26 und
die auf den aktiven Schichten 26 aufgebrachte Isolierschicht 49 von
der Gehäuseinnenwand 35 beabstandet
sind, ist ein Abrieb beziehungsweise eine Beschädigung der Isolierschicht 49 bei
der Betätigung
des Brennstoffeinspritzventils 1 verhindert.
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4 zeigt
den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
ist ein kontinuierlicher Übergang
zwischen den aktiven Schichten 26 und dem passiven Element 27 gegeben.
In Richtung der Achse 36 gesehen nimmt der Durchmesser
des Aktors 25 daher in der axialen Richtung 19 im
Bereich des Übergangs 48 gleichmäßig zu.
Dabei können
die aktiven Schichten 26 entsprechend dem in 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ebenfalls mit einer Isolierschicht 49 umgeben sein. Die
an das passive Element 27 angrenzende Schicht 50,
an der der Übergang 48 stattfindet,
kann entweder Teil des passiven Elementes 27 sein oder
als aktive Schicht ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
ist bei dem anhand der 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
die Schicht 50 als aktive Schicht ausgebildet und bei dem
anhand der 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel
die Schicht 50 Teil des passiven Elements 27,
um das Aufbringen der Isolierschicht 49 auf die aktiven
Schichten 26 zu erleichtern und eine spätere Beschädigung wirksam zu verhindern.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können die
passiven Elemente 27, 28 aus dem gleichen Material
wie die aktiven Schichten 26, 26' des Aktors 25 bestehen
und passiv geschaltet sein. Alternativ können die passiven Elemente 27, 28 auch
aus einem anderen Material, insbesondere einer anderen Keramik,
gefertigt sein und an die aktiven Schichten 26, 26' als Aktorfuß und Aktorkopf
angesetzt sein.