DE102005008466A1

DE102005008466A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102005008466A1
Application number: DE200510008466
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-08-31
Also published as: WO2006089817A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, weist einen in einem Ventilgehäuse (2) angeordneten Aktor (23) und einen von dem Aktor (23) mittels einer Ventilnadel (11) betätigbaren Ventilschließkörper (10) auf, der mit einer Ventilsitzfläche (9) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ferner ist ein Brennstoffeinlassstutzen (3) mit dem Ventilgehäuse (2) verbunden, der einen Zulaufkanal (30) aufweist und durch den Brennstoff in das Ventilgehäuse (2) in Richtung des Dichtsitzes einführbar ist. Dabei ist der Zulaufkanal (30) des Brennstoffeinlassstutzens (3) exzentrisch zu einer Achse (14) des Ventilgehäuses (2) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.

Aus der DE 101 64 123 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil zur direkten Einspritzung von Dieselbrennstoff in eine Brennkraftmaschine bekannt. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil weist ein Ventilgehäuse auf, das mit einem Brennstoffeinlassstutzen verbunden ist. Ein Kanal zur Durchleitung von Brennstoff mündet dabei seitlich in einen Druckraum, der in Abspritzrichtung gesehen unterhalb einer Hubübersetzungseinrichtung des Brennstoffeinspritzventils innerhalb des Ventilgehäuses vorgesehen ist. Aufgrund des hohen Druckes des Brennstoffs im Druckraum wirken hohe Kräfte im Bereich des in den Druckraum eingeführten Brennstoffes. Das Ventilgehäuse und der Brennstoffeinlassstutzen sind daher sehr massiv ausgeführt, wodurch sich die Fertigung des Brennstoffeinspritzventils verteuert und der Bauraum des Brennstoffeinspritzventils vergrößert.

Das aus der DE 101 64 123 A1 bekannte Brennstoffeinspritzventil hat somit den Nachteil, dass ein hoher Fertigungsaufwand mit erheblichem Materialeinsatz erforderlich ist und außerdem die Baugröße des Brennstoffeinspritzventils durch die massiv ausgestaltete Verbindung des Brennstoffeinlassstutzens mit dem Ventilgehäuse vergrößert ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Stabilität des Brennstoffeinspritzventils in Bezug auf die Kräfte, die durch den hohen Druck des in das Ventilgehäuse eingeleiteten Brennstoffes entstehen, verbessert ist. Insbesondere ist die Anbindung des Zulaufkanals beziehungsweise des Brennstoffeinlassstutzens an das Ventilgehäuse verbessert, wodurch sich gegenüber dem Stand der Technik die gleiche Stabilität mit geringerem Fertigungsaufwand, insbesondere geringerem Materialeinsatz, erzielen lässt und außerdem der für das Brennstoffeinspritzventil benötigte Einbauraum verringert werden kann.

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

Vorteilhaft ist es, dass der Brennstoffeinlassstutzen seitlich an dem Ventilgehäuse angeordnet ist. Insbesondere kann eine Außenseite des Brennstoffeinlassstutzens direkt in die Außenseite des Ventilgehäuses des Brennstoffeinspritzventils auslaufen. Somit kann durch die Kombination der seitlichen und exzentrischen Anordnung des Brennstoffeinlassstutzens beziehungsweise des Zulaufkanals die Stabilität des Brennstoffeinspritzventils weiter verbessert werden, wobei sich ein optimierter Platzbedarf ergibt.

Ferner ist es vorteilhaft, dass eine Achse des Zulaufkanals des Brennstoffeinlassstutzens gegenüber der Achse des Ventilgehäuses um einen Winkel geneigt ist, der im Bereich von etwa 15° bis etwa 90°, und insbesondere im Bereich von etwa 45° bis etwa 90°, liegt. Dadurch können die durch den Druck des Brennstoffes, der im Ventilgehäuse im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils vorgesehen ist, auf den Zulaufkanal und somit den Brennstoffeinlassstutzen wirkenden Kräfte zuverlässig aufgenommen werden.

Vorteilhaft ist es, dass eine Wandung des Zulaufkanals in eine innere Gehäusewandung des Ventilgehäuses ausläuft. Dadurch ist die Belastbarkeit in einem Übergangsbereich, in dem der Zulaufkanal in die Gehäusewandung ausläuft, auf konstruktive Weise verbessert.

Vorteilhaft ist es, dass der Brennstoffeinlassstutzen mit dem Ventilgehäuse in einem Übergangsbereich, in dem der Zulaufkanal in das Ventilgehäuse übergeht, durch Autofrettage, verfestigt ist. Durch Autofrettage, das heißt durch einen Selbstverfestigungsvorgang, kann eine Mikroverfestigung der Oberfläche im Übergangsbereich, insbesondere im Bereich der Bohrverschneidung, erreicht werden. Dies ist besonders in Kombination mit der Neigung der Achse des Zulaufkanals gegenüber der Achse des Ventilgehäuses um einen Winkel aus dem oben genannten Bereich von Vorteil, wodurch sich eine besonders hohe Stabilität erzielen lässt.

Zeichnung
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in einer schematischen Schnittdarstellung entlang der in 2 mit A, B, B', C bezeichneten Schnittlinie und
2 einen Schnitt durch das in 1 gezeigte Brennstoffeinspritzventil entlang der mit A, B, C bezeichneten Schnittlinie.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Speziell eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 für Nutzkraftwagen oder Personenkraftwagen. Ein bevorzugter Einsatz des 8rennstoffeinspritzventils 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.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein aus mehreren Teilen bestehendes Ventilgehäuse 2 und einen mit dem Ventilgehäuse 2 verbundenen Brennstoffeinlassstutzen 3 auf. An den Brennstoffeinlassstutzen 3 ist eine Brennstoffleitung anschließbar, um Brennstoff in einen Aktorraum 4 im Inneren des Ventilgehäuses 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 einzuleiten. Der Aktorraum 4 ist durch Durchlassöffnungen 5, 6 mit einem Brennstoffraum 7 verbunden, um den Brennstoff aus dem Aktorraum 4 in den Brennstoffraum 7 zu leiten.
Das Ventilgehäuse 2 ist mit einem Ventilsitzkörper 8 verbunden, an dem eine Ventilsitzfläche 9 ausgebildet ist. Die Ventilsitzfläche 9 wirkt mit einem Ventilschließkörper 10 zu einem Dichtsitz zusammen, wobei der Ventilschließkörper 10 einstückig mit einer Ventilnadel 11 ausgebildet ist. Die Ventilnadel 11 verbindet den Ventilschließkörper 10 mit einer Druckplatte 12, die im Aktorraum 4 angeordnet ist, und ist außerdem durch ein Gehäuseteil 13, an dem die Durchlassöffnungen 5, 6 ausgebildet sind, in Richtung einer Achse 14 des Ventilgehäuses 2 geführt. Die Ventilnadel 11 wird mittels der Druckplatte 12 durch eine Ventilfeder 15 mit einer Schließkraft beaufschlagt, so dass der zwischen dem Ventilschließkörper 10 und der Ventilsitzfläche 9 ausgebildete Dichtsitz geschlossen ist.
An dem Ventilgehäuse 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist außerdem ein elektrisches Anschlusselement 20 vorgesehen, wobei eine elektrische Zuleitung mittels eines Steckers oder dergleichen an elektrische Leitungen 21, 22 anschließbar ist, die mit einem aus mehreren aktiven Schichten bestehenden piezoelektrischen Aktor 23 verbunden sind. Durch Anlegen einer Betätigungsspannung an die elektrischen Leitungen 21, 22 wird der Aktor 23 betätigt, wobei er sich in Richtung der Achse 14 ausdehnt. Dabei stützt sich der Aktor 23 einerseits über einen Aktorfuß 24 an dem Ventilgehäuse 2 und andererseits über einem Aktorkopf 25 an der Druckplatte 12 ab. Die elektrischen Leitungen 21, 22 sind dabei teilweise durch den Aktorfuß 24 geführt und gegen den im Aktorraum 4 vorhandenen Brennstoff abgedichtet. Außerdem ist an einer Außenseite 26 des Aktors 23 eine Isolierschicht vorgesehen, die den Aktor 23 gegenüber dem im Aktorraum 4 vorgesehenen Brennstoff isoliert.
Durch die Ausdehnung des Aktors 23 wird die Ventilnadel 11 entgegen der Kraft der Ventilfeder 15 bewegt, so dass der zwischen der Ventilsitzfläche 9 und dem Ventilschließkörper 10 ausgebildete Dichtsitz geöffnet ist. Dadurch kann Brennstoff aus dem Brennstoffraum 7 über einen ringförmigen Spalt 27 und den geöffneten Dichtsitz aus dem Brennstoffraum 7 in einen (nicht dargestellten) Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Nach der Betätigung des Aktors 23 zieht sich der Aktor 23 in Richtung der Achse 14 zusammen, so dass die Ventilnadel 11 und somit der Ventilschließkörper 10 in Richtung der Kraft der Ventilfeder 15 wieder in die in der 1 dargestellte Ausgangslage zurückgestellt werden, wodurch der Dichtsitz wieder geschlossen ist.
Der Brennstoffeinlassstutzen 3 weist einen als Zulaufbohrung 30 ausgebildeten Zulaufkanal 30 auf, der in den durch eine Bohrung gebildeten Aktorraum 4 einmündet. Dabei ist ein Durchmesser des Zulaufkanals 30 kleiner als ein Durchmesser des Aktorraumes 4. In dem Zulaufkanal 30 ist ein Stabfilter 31 angeordnet, der zum Filtern des in das Brennstoffeinspritzventil 1 eingeführten Brennstoffes dient.
In einem Übergangsbereich 32, in dem der Zulaufkanal 30 in den Aktorraum 4 des Ventilgehäuses 2 übergeht, ist der Brennstoffeinlassstutzen 3 sowie das Ventilgehäuse 2 mittels Autofrettage an der Oberfläche mikroverfestigt. Dadurch ist die Stabilität der Anbindung des Brennstoffeinlassstutzens 3 an das Ventilgehäuse 2 verbessert.
Außerdem ist eine Achse 33 des Zulaufkanals 30 des Brennstoffeinlassstutzens 3 in Bezug auf die Achse 14 des Ventilgehäuses 2, die gleich der Achse 14 des Aktorraumes 4 ist, um einen Winkel α geneigt, wobei der Winkel α vorzugsweise im Bereich von etwa 45° bis etwa 90° liegt und insbesondere in etwa gleich 30° ist. Der Brennstoffeinlassstutzen 3 ist exzentrisch bezüglich der Achse 14 angeordnet, so dass die Achse 32 des Zulaufkanals 30 die Achse 14 des Ventilgehäuses 2 nicht schneidet, sondern an dieser vorbeiläuft. Der Winkel α ist als der Winkel zu verstehen, der sich zwischen den Projektionen der Achse 14 und der Achse 33 in die Zeichenebene ergibt.
2 zeigt einen Schnitt durch das in 1 gezeigte Brennstoffeinspritzventil 1 entlang der in 1 mit A, B, C bezeichneten Schnittlinie aus der durch die Pfeile gekennzeichneten Blickrichtung. Dabei ist anzumerken, dass in der 1 der Punkt B' auf der Schnittlinie hinter dem Punkt B liegt. Außerdem ist die Schnittdarstellung in der 2 zwischen den Punkten B beziehungsweise B' und C als Projektion in eine zur Achse des Ventils 14 senkrechte Ebene, die die Punkte A und B enthält, dargestellt. Sich entsprechende Elemente sind in den 1 und 2 mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
Der Brennstoffeinlassstutzen 3 ist exzentrisch zum Aktorraum 4 angeordnet. Dabei läuft eine Wandung 35 des Zulaufkanals 30 in eine innere Gehäusewandung 36 des Ventilgehäuses 2 aus. In dem Übergangsbereich von der Wandung 35 in die Gehäusewandung 36 ergibt sich dadurch eine besonders hohe Festigkeit, wodurch die Stabilität der Verbindung zwischen dem Brennstoffeinlassstutzen 3 und dem Ventilgehäuse 2 verbessert ist. Ferner ist zumindest der Übergangsbereich 35, in dem der Zulaufkanal 30 in das Ventilgehäuse 2 übergeht, durch Selbstverfestigung verfestigt, um die Stabilität der Verbindung zwischen dem Brennstoffeinlassstutzen 3 und dem Ventilgehäuse 2 weiter zu erhöhen.
Es ist anzumerken, dass der Aktorraum 4 als Haltekörperbohrung ausgestaltet ist. In dem Aktorraum 4 befindet sich im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 der unter dem Druck des Common-Rails.stehende Brennstoff, wodurch erhebliche Kräfte auf die Verbindung zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Brennstoffeinlassstutzen 3 wirken. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 des Ausführungsbeispiels der Erfindung ist diese Verbindung sowohl konstruktiv als auch durch Verfestigung des Materials des Ventilgehäuses 2 und des Brennstoffeinlassstutzen 3 im Übergangsbereich 32 von hoher Festigkeit, so dass ein zuverlässiger Betrieb des Brennstoffeinspritzventils bei optimiertem Fertigungs- und Materialaufwand gewährleistet ist.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem in einem Ventilgehäuse (2) angeordneten Aktor (23), einem von dem Aktor (23) mittels einer Ventilnadel (11) betätigbaren Ventilschließkörper (10), der mit einer Ventilsitzfläche (9) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einem Brennstoffeinlassstutzen (3), der einen Zulaufkanal (30) aufweist und durch den Brennstoff in das Ventilgehäuse (2) in Richtung des Dichtsitzes einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (30) des Brennstoffeinlassstutzens (3) exzentrisch zu einer Achse (14) des Ventilgehäuses (2) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffeinlassstutzen (3) seitlich an dem Ventilgehäuse (2) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse (33) des Zulaufkanals (30) des Brennstoffeinlassstutzens (3) gegenüber der Achse (14) des Ventilgehäuses (2) um einen Winkel geneigt ist, der im Bereich von etwa 15° bis etwa 90° liegt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel im Bereich von in etwa 45° bis etwa 90° liegt.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (35) des Zulaufkanals (30) in eine innere Gehäusewandung (36) des Ventilgehäuses (2) ausläuft.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffeinlassstutzen (3) mit dem Ventilgehäuse (2) in einem Übergangsbereich (32), in dem der Zulaufkanal (30) in das Ventilgehäuse (2) übergeht, durch Autofrettage verfestigt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (30) des Brennstoffeinlassstutzens (3) in einen Aktorraum (4) mündet, in dem der Aktor (23) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorraum (4) als Bohrung ausgestaltet ist und dass die Achse (14) des Ventilgehäuses (2) durch die Achse (14) des Aktorraumes (4) gegeben ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (30) als Zulaufbohrung (30) ausgestaltet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Zulaufbohrung (30) kleiner als ein Durchmesser des durch eine Bohrung ausgestalteten Aktorraumes (4) ist.