DE10307003B3

DE10307003B3 - Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE10307003B3
Application number: DE10307003A
Authority: DE
Inventors: Willibald Dr. Schürz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: WO2004074672A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine. Um zu gewährleisten, dass die Düsennadel (6) die Einspritzbohrungen (7) bei nicht betätigtem Aktor (4) zuverlässig verschließt, wird vorgeschlagen, dass der Aktor (4) und die Düsennadel (6) spielfrei in Kontakt miteinander sind, wobei die Feder (11) zwischen einer Bodenplatte (4a) des Aktors (4) und einem Bund (6a) der Düsennadel (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für die Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren werden zunehmend Speichereinspritzsysteme verwendet, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme (für Dieselmotoren) und HPDI-Einspritzsysteme (für Ottomotoren) bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen wird der Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen Druckspeicher gefördert, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern mit Kraftstoff versorgt werden. Das Öffnen und Schließen der Einspritzventile wird dabei in der Regel elektromagnetisch gesteuert.
Zu diesem Zweck sind die Einspritzventile bei solchen Systemen mit schaltbaren Aktoren, insbesondere piezoelektrischen Aktoren, ausgerüstet, die das Öffnen und Schließen der Düsennadel des Einspritzventils steuern, das heißt insbesondere den Beginn und das Ende des Einspritzvorgangs zeitlich festlegen.
Da bei Dieselmotoren der Kraftstoff mit einem Druck von bis über 1500 bar in eine Brennkammer des Motors eingespritzt wird, werden an die Einspritzventile sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der Dichtheit gestellt. Bei den aus der Praxis bekannten Common-Rail-Injektoren stellt die Leckage, sowohl die Dauerleckage als auch die Schaltleckage, einen deutlichen Leistungsverlust dar. Diese Leckagen treten beispielsweise im Bereich der Düsennadel auf. Eine Leckagestelle bildet hierbei das Verschließen der Einspritzbohrungen bei nicht betätigtem Aktor.

Aus der EP 0 995 901 A1 ist ein gattungsgemäßes Einspritzventil bekannt, bei dem der als piezoelektrischer Aktor ausgebildete Aktor in direkter Wirkverbindung mit der Düsennadel steht. Zwar werden bei diesem bekannten Einspritzventil die Leistungsverluste durch Dauer- und Schaltleckagen durch die direkte Wirkverbindung mit der Düsennadel verringert, jedoch ist bei dieser bekannten Anordnung nicht gewährleistet, dass bei stromlosem Aktor die Düsennadel die Einspritzbohrungen zuverlässig verschließt.

Aus DE 101 01 799 A1 ist ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bekannt, das einen Aktuator und einen mechanischen Übersetzer zur Übersetzung eines Hubs des Aktuators aufweist. Der Aktuator steuert über den Übersetzer das Steuerventil eines Kraftstoffeinspritzventils.

Aus DE 199 52 057 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Aktor über ein mechanisches Kippelement eine Ventilnadel ansteuert.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil bereitzustellen, dessen Düsennadel die Einspritzbohrungen bei nicht betätigtem Aktor zuverlässig verschließt.

Die Merkmale eines erfindungsgemäßen Einspritzventils werden im Patentanspruch 1 genannt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Einspritzventils werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch das erfindungsgemäße jederzeit spielfreie Zusammenwirken von Aktor einerseits und Düsennadel andererseits wird sichergestellt, dass auch bei nicht betätigtem Aktor, das heißt bei stromlosem Aktor im Falle eines piezoelektrischen Aktors, die Düsennadel mittels der Feder die Einspritzbohrungen zuverlässig verschließend gegen den Dichtsitz gepreßt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einspritzventils dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Einspritzventil und
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß 1.
Wie aus der Abbildung 1 ersichtlich, besteht das dargestellte Einspritzventil im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 1, einem über eine Überwurfmutter 2 mit dem Ventilgehäuse 1 verbundenen Düsenkörper 3 sowie einem in dem Ventilgehäuse 1 angeordneten Aktor 4, der vorzugsweise als piezoelektrischer Aktor ausgebildet ist.
Der Aktor 4 dient dazu, eine in einer Bohrung 5 des Düsenkörpers 3 axial beweglich gelagerte Düsennadel 6 zwischen einer Einspritzbohrungen 7 am vorderen Ende der Bohrung 5 freigebenden Stellung und einer diese Einspritzbohrungen 7 verschließenden Stellung zu verlagern.
Die Betätigung der Düsennadel 6 mittels des Aktors 4 erfolgt über ein Antriebssystem 8, welches den Aktor 4 und die Düsennadel 6 jederzeit spielfrei miteinander verbindet.
Wie weiterhin aus 1 ersichtlich, besteht das Antriebssystem 8 aus einer Bodenplatte 4a des Aktors 4, einer in Kraftstoffeinspritzrichtung gesehen unter der Bodenplatte 4a angeordneten, einen Bund 6a der Düsennadel 6 umgebenden Hülse 9, einem mit der Hülse 9 sowie dem Bund 6a der Düsennadel 6 zusammenwirkenden Kipphebelmechanismus 10 sowie einer zwischen der Bodenplatte 4a des Aktors 4 und dem Bund 6a der Düsennadel 6 angeordneten Feder 11.
Die zwischen der Bodenplatte 4a des Aktors 4 und dem Bund 6a der Düsennadel 6 und somit innerhalb der Hülse 9 angeordnete Feder 11 stellt sicher, dass alle Komponenten des Antriebssystems 8 in ständigem spielfreien Kontakt miteinander stehen.
Das Betätigen der Düsennadel 6 über den Aktor 4 geschieht bei einem solchermaßen ausgestalteten Einspritzventil wie folgt:
Die Abbildung 1 zeigt das Einspritzventil in der Stellung, in der die Düsennadel 6 mit ihrem vorderen Dichtbereich 6b die im Düsenkörper 3 ausgebildeten, zum Brennraum eines Verbrennungsmotors führenden Einspritzbohrungen 7 verschließt.
Sobald der piezoelektrische Aktor 4 elektrisch angeregt wird, dehnt sich der Aktor 4 aus. Diese Verlängerung der Aktorlänge bewirkt, dass der Aktor 4 über seine Bodenplatte 4a die Hülse 9 nach unten, in Richtung der Düsennadel 6 drückt. Die Hülse 9 ihrerseits wirkt nun derart auf den aus mehreren zweiarmigen Hebeln bestehenden Kipphebelmechanismus 10 ein, dass durch das Herabdrücken des einen, mit der Hülse 9 in Wirkverbindung stehenden Hebelarms 10a der jeweils andere, an der Unterseite des Bunds 6a der Düsennadel 6 anliegende Hebelarm 10b aufwärts bewegt wird, wodurch die Düsennadel 6 über den Bund 6a gegen die Kraft der Feder 11 angehoben wird.
Das Anheben der Düsennadel 6 bewirkt, dass der Dichtbereich 6b der Düsennadel 6 die Einspritzbohrungen 7 freigibt, so dass der ausgehend von einem nicht dargestellten Hochdruckspeicher über einen Hochdruckanschluss 12 dem Ventilgehäuse 1 zugeführte Kraftstoff über die Einspritzbohrungen 7 in die Brennkammer des Verbrennungsmotors gelangen kann.
Der Kraftstoffzufluss zu den Einspritzbohrungen 7 erfolgt über den Hochdruckanschluss 12 am Ventilgehäuse 1 und einen oberhalb des Aktors 4 im Ventilgehäuse 1 angeordneten Spielausgleichsraum 13 durch Strömungskanäle 14, die zwischen dem Aktor 4 bzw. dem Antriebsmechanismus 8 und der Innenseite des Ventilgehäuses 1 ausgebildet sind. Der oberhalb des Aktors 4 angeordnete und mit Hochdruckkraftstoff gefüllte Spielausgleichsraum 13 bewirkt, dass sich der Aktor 4 bei elektri scher Aktivierung nur in Richtung des Antriebssystems 8 ausdehnen kann.
Damit der Kraftstoff durch die Bohrung 5 im Düsenkörper 3 zu den Einspritzbohrungen 7 gelangen kann, sind an einem mittleren, zwischen dem Bund 6a und dem Dichtbereich 6b der Düsennadel 6 angeordneten Führungsbereich 6c den Durchmesser des Führungsbereichs 6c reduzierende Schlüsselflächen 15 zur Erzeugung der Strömungskanäle 14 ausgebildet.
Das Schließen der Einspritzbohrungen 7 erfolgt durch Deaktivieren des Aktors 4. Das Herabfahren der auf den piezoelektrischen Aktor 4 aufgeschalteten elektrischen Energie bzw. das stromlos Schalten des Aktors 4 bewirkt, dass sich die Baulänge des Aktors 4 wieder verkürzt. Durch dieses Verkürzen des Aktors 4 reduziert sich die über die Bodenplatte 4a des Aktors 4 und die Hülse 9 auf den Kipphebelmechanismus 10 ausgeübte Druckkraft.
Sobald die über den Aktor 4 auf den Antriebsmechanismus 8 ausgeübte Druckkraft die Federkraft der zwischen der Bodenplatte 4a und dem Bund 6a der Düsennadel 6 angeordneten Feder 11 unterschreitet, bewirkt die Federkraft auf den Bund 6a der Düsennadel 6 drückenden Feder 11 das erneute Verschließen der Einspritzbohrungen 7 über den Dichtbereich 6b der Düsennadel 6.
Ein solchermaßen ausgestaltetes Einspritzventil zeichnet sich dadurch aus, dass das zwischen dem Aktor 4 einerseits und der Düsennadel 6 andererseits wirkende Antriebssystem 8 stets spielfrei arbeitet, wodurch sichergestellt ist, dass bei stromlosem Aktor 4 die Düsennadel 6 die Einspritzbohrungen 7 zuverlässig verschließt.
Weiterhin ist bei diesem Einspritzventil vorteilhaft, dass das Auftreten von Schalt- und Dauerleckagestellen im wesentlichen vollständig beseitigt werden konnte, da die Betätigung der Düsennadel 6 über den Aktor 4 ausschließlich direkt mechanisch erfolgt.

Claims

Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Aktor (4), der zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung auf eine axial beweglich in einem Ventilgehäuse (1) gelagerte und über eine Feder (11) vorgespannte Düsennadel (6) so einwirkt, dass diese in Abhängigkeit von Betriebszustand des Aktors (4) Einspritzbohrungen (7) freigibt oder verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (11) zwischen einer Bodenplatte (4a) des Aktors (4) und einem Bund (6a) der Düsennadel (6) angeordnet ist, dass die Bodenplatte (4a) des Aktors (4) in direkter Wirkverbindung mit einer Hülse (9) steht, die wiederum direkt auf einen am Bund (6a) der Düsennadel (6) angreifenden Kipphebelmechanismus (10) wirkt.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (4) ein piezoelektrischer Aktor (4) ist.
Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Düsennadel (6) axial beweglich in einer Bohrung (5) gelagert ist, die in einem mit dem Ventilgehäuse (1) verbundenen Düsenkörper (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (6) einen vorderen Dichtbereich (6b) und einen hinteren Führungsbereich (6c) aufweist, wobei zur Ausbildung mindestens eines Strömungskanals (14) für den Kraftstoff am Führungsbereich (6c) der Düsennadel (6) mindestens eine den Durchmesser des Führungsbereichs (6c) reduzierende Schlüsselfläche (15) ausgebildet ist.