-
Stand der
Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung einen Injektor
für Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen.
-
Aus
der
DE 103 26 259
A1 ist ein Injektor für direkteinspritzende
Dieselmotoren bekannt. Der bekannte Injektor weist einen Piezoaktor
auf, der in einem Injektorkörper
angeordnet ist und über
ein Federmittel einerseits mit dem Injektor und andererseits mit
einem hülsenartigen Übersetzerkolben
in Anlage gehalten wird. Dabei ist der Piezoaktor an seiner Oberseite
mittels eines konischen Bereichs gegen den Injektorkörper abgedichtet,
wodurch ein elektrischer Anschluss durch eine Bohrung aus dem Injektorkörper herausgeführt werden
kann.
-
Der
aus der
DE 103 26
259 A1 bekannte Injektor hat den Nachteil, dass eine Zentrierung
des Aktors bei der Montage aufwändig
ist und gegebenenfalls über
die Lebensdauer des Injektors eine Lageänderung des Aktors aus seiner
zentrierten Ausgangsstellung erfolgen kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine
Abstützung
des Aktors im Ventilgehäuse
gewährleistet
ist. Dies ermöglicht
eine einfache Zentrierung des Aktors bei der Montage und im Betrieb
des Brennstoffeinspritzventils.
-
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
-
Vorteilhaft
ist es, dass das Stützelement
zumindest abschnittsweise an der Innenwand des Ventilgehäuses anliegt.
Dadurch wird außerdem
eine Dämpfung
des Aktors erreicht, wodurch ein zuverlässiger Betrieb des Brennstoffeinspritzventils
besonders bei hohen Schaltfrequenzen ermöglicht ist. Dabei ist es ferner
vorteilhaft, dass die elektrische Isolierung thermisch leitend ist,
um eine Ableitung der in dem Aktor entstehenden Verlustwärme über das Stützelement
auf das Gehäuse
zu ermöglichen.
Dabei kann das Stützelement
einen oder mehrere bauchförmige
Abschnitte aufweisen, an denen das Stützelement an der Innenwand
des Ventilgehäuses anliegt.
Dadurch ist eine vorteilhafte Führung
des Aktors im Gehäuse
ermöglicht,
bei der während
der Betätigung
des Aktors auftretende Reibungsverluste minimiert sind.
-
Vorteilhaft
ist es, dass an einer Stirnseite des Aktors ein Übergangsstück, insbesondere ein Aktorfuß oder ein
Aktorkopf, an den Aktor angefügt
ist, das zumindest eine umlaufende Nut aufweist, und dass die Isolierung
eine Einführfase
aufweist, die das Übergangsstück im Bereich
der Nut umfänglich
umhüllt.
Dadurch ist eine zuverlässige
Abdichtung des Aktors auch bei einem vorbeiströmenden Brennstoff gewährleistet.
Ferner kann das Stützelement
im Bereich der Einführfase
einen bauchförmigen
Abschnitt aufweisen, so dass eine Abstützung und Zentrierung im Bereich
des Übergangsstücks ermöglicht ist.
Diese Ausgestaltung kann auch sowohl am Aktorfuß als auch am Aktorkopf vorgesehen
sein.
-
In
vorteilhafter Weise ist ein in die Isolierung eingebetteter Zentrierring
vorgesehen, der eine zuverlässige
Zentrierung des Aktors zumindest innerhalb gewisser Grenzen ermöglicht.
Durch den Zentrierring kann die Zentrierung des Aktors mittels eines oder
mehrerer Stützelemente
weiter verbessert werden.
-
Vorteilhaft
ist es, dass das Stützelement
zumindest ein in die Isolierung eingebettetes Stützgewebe aufweist. Das Stützgewebe
erstreckt sich dabei zumindest in der radialen Richtung, um eine
Versteifung des Stützelements
zu erreichen. Außerdem kann
durch das Stützgewebe
die Form und Ausgestaltung des Stützelements vorgegeben werden.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, dass zumindest drei Stützelemente vorgesehen sind,
so dass eine zuverlässige
Zentrierung des Aktors erreicht ist, wobei Reibungsverluste verringert
und gegebenenfalls ein Vorbeiströmen
des Brennstoffs an dem Aktor gewährleistet
ist.
-
Zeichnung
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der
beigefügten
Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher
erläutert.
Es zeigt:
-
1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungemäßen Brennstoffeinspritzventils
in einer schematischen Schnittdarstellung;
-
2 einen
Schnitt durch das in 1 gezeigte Brennstoffeinspritzventil
entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie;
-
3 den
in 2 gezeigten Schnitt durch ein 8rennstoffeinspritzventil
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
4 den
in 2 gezeigten Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
5 den
in 2 mit V bezeichneten Ausschnitt gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
-
6 den
in 1 mit VI bezeichneten Ausschnitt aus dem gezeigten
Brennstoffeinspritzventil gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
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 Brennstoffeinspritzventils 1 besteht
für eine
Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff
unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen führt. Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet
sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
-
Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen piezoelektrischen
Aktor 2 auf, der in einem Ventilgehäuse 3 angeordnet ist.
An einen mit dem Ventilgehäuse 3 verbundenen
Brennstoffeinlassstutzen 4 ist eine Brennstoffleitung anschließbar, um
Brennstoff in einen im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen
Aktorraum 5 einzuleiten. Der Aktorraum 5 ist durch
ein Gehäuseteil 6 von
einem ebenfalls im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen
Brennstoffraum 7 getrennt. Um den über den Brennstoffeinlassstutzen 4 zugeführten Brennstoff
aus dem Aktorraum 5 in den Brennstoffraum 7 zu
leiten, sind in dem Gehäuseteil 6 Durchlassöffnungen 8, 9 ausgebildet.
-
Ferner
ist ein in das Ventilgehäuse 3 eingesetzter
Ventilsitzkörper 15 vorgesehen,
an dem eine Ventilsitzfläche 16 ausgebildet
ist. Ein Ventilschließkörper 17,
der einstückig
mit einer Ventilnadel 18 ausgebildet ist, wirkt mit der
Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 zu
einem Dichtsitz zusammen. Über
die Ventilnadel 18 ist der Ventilschließkörper 17 mit einer
im Aktorraum 5 angeordneten Druckplatte 19 verbunden,
wobei die Ventilnadel 18 mittels der Druckplatte auf Grund
der Vorspannung einer Ventilfeder 21 mit einer Schließkraft beaufschlagt
ist, so dass der zwischen dem Ventilschließkörper 17 und der Ventilsitzfläche 16 ausgebildete
Dichtsitz in dem in der 1 dargestellten Ausgangszustand
geschlossen ist.
-
Zum
Anschließen
einer elektrischen Zuleitung an das Brennstoffeinspritzventil 1 ist
ein Anschlusselement 25 an dem Ventilgehäuse 3 vorgesehen,
wobei die elektrische Zuleitung an elektrische Leitungen 26, 27 anschließbar ist.
Die elektrischen Leitungen 26, 27 sind durch eine
Bohrung 28 und durch ein als Aktorfuß 29 ausgebildetes Übergangsstück 29 an
den Aktor 2 geführt.
Dabei weist das Übergangsstück 29 einen
konischen Dichtabschnitt 30 auf, der mittels der Vorspannung
der Ventilfeder 21 gegen das Ventilgehäuse 3 gepresst wird,
um die Bohrung 28 gegenüber
dem im Aktorraum 5 vorgesehenen Brennstoff abzudichten.
Der Aktor 2 stützt
sich über
das Übergangsstück 29 an
dem Ventilgehäuse 3 ab.
Ferner ist ein als Aktorkopf 31 ausgestaltetes Übergangsstück 31 vorgesehen, über das
der Aktor 2 auf die Druckplatte 19 einwirkt. Das Übergangsstück 29 ist
an einer Stirnseite 32 des Aktors 2 an den Aktor 2 angefügt. Ferner
ist das Übergangsstück 31 an
einer Stirnseite 33 des Aktors 2 an den Aktor 2 angefügt.
-
Beim
Anlegen einer Spannung zwischen die elektrischen Leitungen 26, 27 wird
der Aktor 2 geladen, wobei sich dieser ausdehnt und den
Ventilschließkörper 17 entgegen
der Kraft der Ventilfeder 21 betätigt. Dadurch wird der zwischen
der Ventilsitzfläche 16 und
dem Ventilschließkörper 17 gebildete Dichtsitz
geöffnet,
so dass Brennstoff aus dem Brennstoffraum 7 über einen
Ringspalt 35 und den geöffneten
Dichtsitz in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt
wird.
-
Nach
der Betätigung
des Aktors 2 wird der Aktor 2 entladen, wobei
sich dieser zusammenzieht und auf Grund der Schließkraft der
Ventilfeder 21 eine Rückstellung
des Ventilschließkörpers 17 in
die in der 1 dargestellte Ausgangsstellung
erfolgt, in der der Dichtsitz wieder geschlossen ist.
-
Der
Aktor 2 weist eine Außenseite 36 auf. Ferner
ist eine elektrisch isolierende Isolierung 37 vorgesehen,
die den Aktor 2 an der Außenseite 36 umfänglich umhüllt. Die
Isolierung 37 weist Stützelemente 38, 39 auf,
die sich in Bezug auf eine Achse 45 des Ventilgehäuses 3 in
einer axialen Richtung, das heißt
in Richtung der Achse 45, erstrecken. Das Stützelement 38 weist
bauchförmige
Abschnitte 46, 47, 48 auf, an denen das
Stützelement 38 an
einer Innenwand 49 des Aktorraums 5 des Ventilgehäuses 3 anliegt.
Dadurch wird eine Abstützung
des Aktors 2 in einer radialen Richtung, das heißt senkrecht
zur Achse 45 des Ventilgehäuses 3, gegen die
Innenwand 49 erreicht. Entsprechend weist auch das Stützelement 39 bauchförmige Abschnitte 50, 51, 52 auf,
an denen das Stützelement 39 an
der Innenwand 49 des Ventilgehäuses 3 anliegt, um
eine Abstützung
des Aktors 2 in einer radialen Richtung zu ermöglichen.
Durch diese Ausgestaltung der Stützelemente 38, 39 ist eine
vorteilhafte Abstützung
des Aktors 2 in dem Ventilgehäuses 3 gegeben, die
eine ausreichende Beweglichkeit des Aktors 2 in einer axialen
Richtung gewährleistet.
Die Isolierung 37 und insbesondere die Stützelemente 38, 39 der
Isolierung 37 sind vorzugsweise thermisch leitend ausgeführt, so
dass die beim Betätigen
des Aktors 2 erzeugte Verlustwärme über die bauchförmigen Abschnitte 46, 47, 48 des
Stützelements 38 und
die bauchförmigen
Abschnitte 50, 51, 52 des Stützelements 39 an
das Ventilgehäuse 3 abgeführt werden
kann. Ferner wird durch den Kontakt zwischen dem Aktor 2 und
dem Ventilgehäuse 3 mittels
der Stützelemente 38, 39 eine
vorteilhafte Dämpfung
des Aktors 2 erreicht. Dadurch ist eine hohe Zuverlässigkeit
des Brennstoffeinspritzventils 1 auch bei einer Betätigung des
Aktors 2 mit hoher Frequenz gegeben.
-
Das Übergangsstück 29 weist
umlaufende Nuten 53 auf. Diese in Umfangsrichtung umlaufenden
Nuten 53 sind von einer Einführfase 54 der Isolierung 37 umgeben,
wobei die Einführfase 54 auch die
umlaufenden Nuten 53 auffüllt, so dass eine zuverlässige Verbindung
zwischen der Isolierung 37 und dem Übergangsstück 29 gewährleistet
ist. Eine entsprechende Ausgestaltung ist auch bei dem Übergangsstück 31 vorgesehen.
Die Einführfase 54 kann in
Umfangsrichtung umfänglich
ausgestaltet sein oder nur im Bereich der Stützelemente 38, 39 vorgesehen
sein.
-
2 zeigt
einen Schnitt durch das in 1 gezeigte
Brennstoffeinspritzventil 1 entlang der mit II bezeichneten
Schnittlinie. In der 2 sind weitere Stützelemente 40, 41 dargestellt,
die entsprechend den Stützelementen 38, 39 ausgestaltet
sind. Die Stützelemente 38, 39, 40, 41 bilden
einzelne Arme, um den Aktor 2 radial gegen das Ventilgehäuse 3 abzustützen. Durch
die armförmige
Ausgestaltung der Stützelemente 38, 39, 40, 41 wird
außerdem
ein Vorbeiströmen
des Brennstoffs an dem mit der Isolierung 37 umgebenen
Aktor 2 ermöglicht.
Der Aktor 2 des ersten Ausführungsbeispiels weist einen
rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf, wobei
an je einer Längsseite 55, 56, 57, 58 der
Außenseite 36 des
Aktors 2 eines der Stützelemente 38, 39, 40, 41 angeordnet
ist. Dadurch ist der Aktor 2 im Ergebnis in allen radialen
Richtungen gegen das Ventilgehäuse 3 abgestützt.
-
3 zeigt
den in 2 gezeigten Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
hat der Aktor 2 ebenfalls einen zumindest näherungsweise
rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt. Allerdings
sind die Stützelemente 38, 39, 40, 41 im
Bereich der zwischen den Längsseiten 55, 56, 57, 58 ausgebildeten Längskanten 60, 61, 62, 63 des
Aktors 2 angeordnet. Dadurch ergibt sich ebenfalls eine
Abstützung
des Aktors 2 in jeder radialen Richtung.
-
4 zeigt
den in 2 gezeigten Schnitt durch das Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
weist der Aktor 2 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die
Außenseite 36 des
Aktors ist daher zylindermantelförmig
ausgestaltet. Um im Ergebnis eine Abstützung des Aktors 2 in
jeder radialen Richtung zu erreichen, sind drei Stützelemente 38, 39, 40 vorgesehen,
die so um den Umfang des Aktors 2 verteilt sind, dass ein
Winkel zwischen jeweils zwei der Stützelemente 38, 39, 40 bezüglich der
Achse 45 kleiner als 180° ist.
Vorzugsweise sind die Stützelemente 38, 39, 40 äquidistant
zueinander angeordnet.
-
5 zeigt
den in 2 mit V bezeichneten Ausschnitt gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist
in das Stützelement 38 ein
Stützgewebe 65 eingebracht,
das sich in einer radialen Richtung erstreckt und bis zu der Innenwand 49 des
Ventilgehäuses 3 reicht,
wobei das Stützgewebe 65 etwas
beabstandet zu der Außenseite 36 des
Aktors 2 ist. Das Stützgewebe 65 kann
sich allerdings auch bis zur Außenseite 36 des
Aktors 2 erstrecken und etwas beabstandet von der Innenwand 49 sein.
Ferner kann das Stützgewebe 65 auch
sowohl an der Innenwand 49 des Ventilgehäuses 3 als
auch an der Außenseite 36 des Aktors 2 anliegen.
Sofern das Stützelement 38 bauchförmige Abschnitte 46, 47, 48 aufweist,
wie es in 1 dargestellt ist, können auch
mehrere einzelne Stützgewebe 65 vorgesehen
sein, die jeweils in einem der bauchförmigen Abschnitte 46, 47, 48 angeordnet
sind, oder das Stützgewebe 65 kann
entsprechend der bauchförmigen
Abschnitte 46, 47, 48 ausgestaltet sein.
Ferner kann das Stützgewebe 65 auch die
Ausgestaltung des Stützelementes 38 vorgeben. In
diesem Fall kann das Stützgewebe 38 auch
die Ausgestaltung der bauchförmigen
Abschnitte 46, 47, 48 des Stützelements 38 vorgeben.
-
Das
Stützgewebe 65 ist
vorzugsweise in die Isolierung 37 eingebettet und versteift
das Stützelement 38 sowohl
in einer radialen Richtung als auch in einer axialen Richtung.
-
Es
ist anzumerken, dass die Stützelemente 39, 40, 41 entsprechend
dem anhand der 5 beschriebenen Stützelement 38 ebenfalls
ein oder mehrere Stützgewebe
aufweisen können.
-
6 zeigt
den in 1 mit VI bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
sind umlaufende Nuten 53, 53' vorgesehen, wobei im Bereich der
umlaufenden Nuten 53, 53' die Einführfase 54 über das Übergangsstück 29 reicht,
so dass eine formschlüssige Verbindung
zwischen der Isolierung 37 und dem Übergangsstück 29 gebildet ist.
Ferner ist im Bereich der Einführfase 54 des
Stützelements 38 ein
Zentrierring 66 vorgesehen, der den Aktor 2 umfänglich umschließt und der einerseits
an der Innenwand 49 des Ventilgehäuses 3 und andererseits
an der Außenseite 36 des
Aktors 2 anliegt. Der Zentrierring 36 weist mehrere
durchgehende Aussparungen 67 auf, die mit dem Material
der Isolierung 37 aufgefüllt sind, so dass eine zuverlässige Verbindung
des Zentrierrings 66 mit der Isolierung 37 und
dem Aktor 2 erreicht ist. Durch den Zentrierring 66 kann
die Zentrierung des Aktors 2 im Ventilgehäuse 3 weiter
verbessert werden. Insbesondere können Toleranzen bei der Ausbildung
einer elastisch und/oder plastisch verformbaren Isolierung 37 ausgeglichen
werden.
-
Es
ist anzumerken, dass das in 5 dargestellte
Stützgewebe 65 sowie
der in 6 dargestellte Zentrierring 66 aus verschiedenen
Materialien, insbesondere Metall oder Kunststoff, ausgebildet sein können.
-
Ferner
ist anzumerken, dass die Stützelemente 38, 39, 40, 41 vorzugsweise
als rippenförmige Stützelemente 38, 39, 40, 41 ausgestaltet
sind, wobei eine oder mehrere Unterbrechungen in axialer Richtung
vorgesehen sein können,
die bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen
zwischen den bauchförmigen
Abschnitten 46, 47, 48, 50, 51, 52 ausgebildet
sind und die die axiale Beweglichkeit verbessern. Dabei gewährleisten
die rippenförmigen
Stützelemente 38, 39, 40, 41 einen
weitgehend ungehinderten Fluss des Brennstoffs von dem Brennstoffeinlassstutzen 4 an
dem Aktor 2 vorbei zu dem Brennstoffraum 7.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.