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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus
dem Stand der Technik, z. B. der
DE 195 00 706 A1 , sind Brennstoffeinspritzventile
mit einer piezoelektrischen Betätigung
hinlänglich
bekannt.
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Der
dabei verwendete piezoelektrische Aktor wird in der Regel über eine
elektrisch isolierte, über ihren
Verlauf vollständig
im wesentlichen unflexible und unelastische Zuleitung, welche meist
aus zwei Kabeln besteht, im Inneren des Brennstoffeinspritzventils
verläuft
und zuströmseitig
des Brennstoffeinspritzventils in das Brennstoffeinspritzventil
zugeführt ist,
erregt. Um temperaturbedingte Längenänderungen
des piezoelektrischen Aktors auszugleichen und/oder einen kleinen
Aktorhub auf einen größeren Ventilnadelhub
umzusetzen, werden Koppler verwendet, insbesondere hydraulische
Koppler.
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Nachteilig
an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß die in ihrem Verlauf unflexible
und unelastische Zuleitung den unvermeidlichen Bewegungen des Kopplers,
welche beispielsweise durch hydraulische Leckverluste oder unterschiedliche Wärmeausdehnungen
entstehen, einen erhöhten
Widerstand entgegensetzen, der in der Zuleitung erhöhte Biegespannungen
erzeugt und zudem durch Reibung, beispielsweise zwischen Koppler
und elektrischer Isolierung, zu erhöhtem Verschleiß führt.
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß die
Lebensdauer und Zuverlässigkeit
der Zuleitung und damit die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des
gesamten Brennstoffeinspritzventils wesentlich erhöht ist.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
ist der flexible und elastische Abschnitt an einem dem Aktor bzw.
den Aktor-Kontakten zugewandten Ende der Zuleitung ausgebildet.
Bewegungen des Kopplers, welche den Abstand zwischen Aktor und Koppler
verändern,
können
in dieser Weise von den flexiblen und elastischen Abschnitt ausgeglichen
werden, ohne das der übrige
Teil der Zuleitung dadurch beansprucht wird.
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Vorteilhafterweise
ist der flexible und elastische Abschnitt aus einem Metall oder
einer Metallegierung, insbesondere aus Bronze oder Messing, hergestellt.
Die Eigenschaften hinsichtlich der Flexibilität und der Elastizität des flexiblen
und elastischen Abschnitts können
so in einfacher Weise eingestellt werden. Außerdem läßt sich der flexible und elastische
Abschnitt dadurch besonders einfach stoffschlüssig fügen, beispielsweise Löten oder
Schweißen.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der flexible und elastische Abschnitt in der Form eines Federblattes
ausgeführt.
Die axialen Bewegungen des Kopplers lassen sich so in besonders einfacher
Weise ausgleichen. Die Eigenschaften hinsichtlich Elastizität und Flexibilität lassen
sich zudem besonders einfach einstellen, beispielsweise durch die
Länge,
Breite oder Stärke
des Federblattes.
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Vorteilhafterweise
ist der flexible und elastische Abschnitt mit den Aktor-Kontakten
und/oder mit der Zuleitung stoffform- und/oder kraftschlüssig, insbesondere
durch Löten
oder Schweißen,
gefügt.
Die Verbindung zwischen dem flexiblen und elastischen Abschnitt
und den Aktor-Kontakten und/oder der restlichen Zuleitung können in
dieser Weise den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden. Außerdem kann
die elektrische Verbindung dadurch besonders einfach, widerstandsarm
und zuverlässig
hergestellt werden.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, das die Zuleitung von einer im Querschnitt kreisrunden
Form abströmseitig,
insbesondere im Bereich des Kopplers, in eine abgeflachte Form übergeht.
Die Zuleitung kann dadurch, insbesondere im Bereich des Kopplers,
besonders raumsparend angeordnet werden, ohne die Querschnittsfläche der
Zuleitung zu vermindern oder den elektrischen Widerstand zu erhöhen.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
ist die Zuleitung mit Ausnahme der Bereiche ihrer Enden durch eine
Mantelung entlang ihres axialen Verlaufs radial umgeben. Die Zuleitung
kann dadurch elektrisch isoliert und mechanischen Einflüssen gegenüber geschützt werden.
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Vorzugsweise
ist die Mantelung mit einem Ringelement verbunden, wobei das Ringelement darüber hinaus
an dem Koppler sowohl in radialer als auch in axialer Richtung fixiert
ist.
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Vorzugsweise
greift die zuströmseitige
Seite des Kopplers durch das Ringelement hindurch. Die Verbindung
bzw. Fixierung des Ringelements an dem Koppler kann dadurch in besonders
einfacher, zuverlässiger
und montagefreundlicher Weise erfolgen.
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Vorteilhafterweise
ist das Ringelement mit der Mantelung einteilig ausgebildet. Die
Montagefreundlichkeit und Zuverlässigkeit
der Verbindung zwischen Ringelement und Mantelung bzw. zwischen Zuleitung
und Koppler läßt sich
dadurch weiter steigern.
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Vorteilhaft
ist es, wenn der flexible und elastische Abschnitt im wesentlichen
rechtwinklig zu einer Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils
angeordnet ist. Dadurch lassen sich die axialen Bewegungen des Kopplers
sehr einfach ausgleichen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine schematische, geschnittene
Gesamtdarstellung eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand
der Technik,
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2 eine ausschnittsweise,
geschnittene schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Kopplers ohne die
erfindungsgemäßen Maßnahmen;
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3 eine ausschnittsweise
schematische, geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
im Bereich des Kopplers und
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4 einen schematischen Schnitt
durch das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
des in 3 dargestellten
Brennstoffeinspritzventils entlang der Linie IV-IV.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Bevor
anhand der 3 und 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert wird,
werden anhand von 1 und 2 herkömmliche Brennstoffeinspritzventile 1 in
ihren wesentlichen Bauteilen zum besseren Verständnis der Erfindung kurz erläutert.
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Das
in 1 gezeigte Brennstoffeinspritzventil 1 ist
als Brennstoffeinspritzventil 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen
zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine
geeignet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt dabei
ein rundzylindrisches erstes Gehäuse 3,
welches in einem zweiten Gehäuse 11 koaxial
angeordnet ist. Beide Gehäuse 3, 11 schließen abströmseitig
mit einem Verbindungskörper 16 hermetisch
dicht ab. Das erste Gehäuse 3 und das
zweite Gehäuse 11 werden
zuströmseitig
von einem im wesentlichen zylinderförmigen Anschlußstutzen 7 hermetisch
dicht abgeschlossen. Ein Aktor 2 stützt sich zuströmseitig über einen
scheibenförmigen
Aktorfuß 22 an
dem Anschlußstutzen 7 ab.
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Am
abströmseitigen
Ende des Aktors 2 ist dem Aktor 2 ein scheibenförmiger Aktorkopf 9 zugeordnet.
Der in diesem Ausführungsbeispiel
aus einer Vielzahl von nicht weiter dargestellten Schichten bestehende,
im Querschnitt quadratische, piezoelektrische, elektrostriktive
oder magnetostriktive Aktor 2 steht über den Aktorkopf 9 und
einen zum Aktor 2 koaxial angeordneten hydraulischen Koppler 10 mit
einem am abspritzseitigen Ende einer Ventilnadel 12 ausgebildeten
Ventilschließkörper 13 in
Wirkverbindung. Die Ventilnadel 12 greift dabei durch den
Verbindungskörper 16 und
einen am abspritzseitigen Ende des Verbindungskörpers 16 angebrachten
Düsenkörper 14 hindurch.
Der hydraulische Koppler 10 dient zum Ausgleich von temperaturbedingten
Längenänderungen
von Bauteilen, insbesondere des Aktors 2. Der hydraulische
Koppler 10 kann auch als Hubübersetzungseinrichtung zur Übersetzung
eines kleinen Aktorhubs auf einen größeren Ventilnadelhub wirken.
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Am
abspritzseitigen Ende des Düsenkörpers 14 ist
ein einstückig
mit dem Düsenkörper 14 ausgebildeter
Ventilsitzkörper 15 angeordnet.
Der Ventilschließkörper 13 wirkt
mit einer am Ventilsitzkörper 15 ausgebildeten
Ventilsitzfläche 24 zu
einem Dichtsitz zusammen. Der Ventilschließkörper 13 des nach außen öffnenden
Brennstoffeinspritzventils 1 wird durch eine Rückstellfeder 17,
welche zwischen dem Verbindungskörper 16 und
einem an der Ventilnadel 12 angreifenden Tellerelement 18 eingespannt
ist, im Ruhezustand in den Dichtsitz gezogen.
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Im
Anschlußstutzen 7,
zwischen dem ersten Gehäuse 3 und
dem zweiten Gehäuse 11,
im Verbindungskörper 16 und
zwischen der Ventilnadel 12 und dem Düsenkörper 14 verläuft ein
Brennstoffkanal 8 von der zuströmseitigen Seite des Brennstoffeinspritzventils 1 zum
Dichtsitz.
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Ein
in diesem Ausführungsbeispiel
als Rohrfeder ausgebildetes Federelement 4, welches mit seinen
axialen Enden zum einen am Aktorkopf 9 und zum anderen
an einem Aktorfuß 22 stoff-,
kraft- oder formschlüssig
gefügt
ist, umgibt den Aktor 2 radial und spannt den Aktor 2 zwischen
dem Aktorkopf 9 und dem Aktorfuß 22 vor.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist eine Mittelachse 19 auf,
zu welcher in diesem Ausführungsbeispiel
insbesondere der Aktor 2, das Federelement 4,
der hydraulische Koppler 10 und die Ventilnadel 12 koaxial
angeordnet sind.
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Wird
der Aktor 2 über
in den 2 und 3 dargestellten Aktor-Kontakte 23 und
Zuleitungen 25, welche durch eine elektrische Leitung 5 kontaktiert werden,
angeregt, so dehnt sich der Aktor 2 aus und drückt über den
hydraulischen Koppler 10 die Ventilnadel 12 in
Abspritzrichtung, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 17. Der
Ventilschließkörper 13 hebt
von der Ventilsitzfläche 24 ab
und der über
den Brennstoffkanal 8 zugeführte Brennstoff wird über eine
Abspritzöffnung 26 in
den nicht dargestellten Brennraum abgespritzt.
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2 zeigt eine ausschnittsweise
schematische Darstellung einer Ausführung eines Brennstoffeinspritzventils 1 ohne
die erfindungsgemäßen Maßnahmen
im Bereich des Kopplers 10. Der Koppler 10 des
hier gezeigten Brennstoffeinspritzventils 1 ist zuströmseitig
des Aktors 2 zwischen dem Anschlußstutzen 7 und dem
Aktor 2 angeordnet.
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Die
Zuleitung 25 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei im
Querschnitt kreisrunden elektrischen Leitern 31, welche
durch den Anschlußstutzen 7 parallel
zur Mittelachse 19 des Brennstoffeinspritzventils 1 auf
entgegengesetzten Seiten der Mittelachse 19 hindurch greifen
und seitlich des Kopplers 10, bzw. eines Kopplerdeckels 33 zwischen Koppler 10 und
erstem Gehäuse 3 aus
dem Anschlußstutzen 7 austreten.
Die elektrischen Leiter 31 weisen eine Mantelung 30 auf
und verlaufen nach dem abströmseitigen
Austritt aus dem Anschlußstutzen 7 zunächst parallel
zur Mittelachse 19. Der zuströmseitig des Kopplers 10 angeordnete
kolbenförmige
Kopplerdeckel 33 geht abströmseitig in ein koaxial zum
Kopplerdeckel 33 angeordnetes Kopplergehäuse 32 über. Der
Durchmesser des Kopplerdeckels 33 ist etwas kleiner als
der Durchmesser des Kopplergehäuses 32.
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Abströmseitig
weist der Koppler 10 zudem einen axial zum Kopplergehäuse 32 angeordneten Kopplerfuß 34 auf,
welcher einen kleineren Durchmesser aufweist als das Kopplergehäuse 32.
Die elektrischen Leiter 31 verlaufen neben dem Koppler 10 in
etwa gleichbleibendem Abstand, wobei sie sich der Form des Kopplers 10 anpassen.
Unmittelbar abströmseitig
des Kopplers 10 verlaufen die elektrischen Leiter 31 zunächst mit
einem zur Mittelachse 19 gerichteten Richtungsanteil.
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Die
abströmseitigen
Enden der elektrischen Leiter 31 sind in Abströmrichtung
gebogen und mit den zuströmseitigen
Enden der Aktor-Kontakte 23 beispielsweise durch Löten verbunden.
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Nachfolgend
wird anhand von 3 und 4 ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
näher erläutert. Gleiche
Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen.
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3 zeigt eine ausschnittsweise
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels im Bereich
des Kopplers 10, ähnlich dem
Ausführungsbeispiel
aus 2.
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Die
elektrischen Leiter 31, von denen in 3 nur einer dargestellt ist und welche
die Zuleitung 25 bilden, weisen in diesem Ausführungsbeispiel
an ihren den Aktor-Kontakten 23 zugewandten Enden jeweils
einen elastischen und flexiblen Abschnitt 20 auf. Der aus
Bronze oder Messing bestehende, die Form eines Federblatts aufweisende
flexible und elastische Abschnitt 20 verläuft abströmseitig
des Kopplers 10 von den abströmseitigen Enden der Zuleitung 25 zu
den zuströmseitigen
Enden der Aktor-Kontakte 23 mit einem zur Mittelachse 19 gerichteten
radialen Richtungsanteil zunächst
auf die Mittelachse 19 zu und dann mit einem tangentialen Richtungsanteil
um die Mittelachse 19 bzw. den Kopplerfuß 34 gebogen.
Der flexible und elastische Abschnitt 20 weist an seinen
Enden Fahnen 36 auf, die parallel zur Mittelachse 19 gebogene
sind und die so dem Richtungsverlauf der Enden der Zuleitung 25 und
der Enden der Aktor-Kontakte 23 gleichen. Der elastische
und flexible Abschnitt 20 ist an diesen Fahnen 36 durch
Schweißen
oder Löten
mit den Aktor-Kontakten 23 bzw. der Zuleitung 25 verbunden.
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Die
die Zuleitung 25 radial umgebende Mantelung 30,
welche elektrisch isolierend und angespritzt ist, weißt ein Ringelement 27 auf.
Das Ringelement 27, welches in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit
der Mantelung 30 in etwa auf Höhe des Kopplerdeckels 33 ausgebildet
ist, und beispielsweise mit angespritzt ist, umfaßt den Kopplerdeckel 33 zumindest
radial formschlüssig,
wobei er auf einer an den Kopplerdeckel 33 ausgebildeten
Schulter 28 auströmseitig
aufliegt.
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Die
den Anschlußstutzen 7 durchgreifende Mantelung 30 und
die Zuleitung 25 werden durch eine zuströmseitig
angeordnete Pressung 35 kraftschlüssig fixiert, wobei die Pressung 35 auch
abdichtende Wirkung hat.
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Die
Zuleitung 25 bzw. die elektrischen Leiter 31 weisen
zuströmseitig
des Kopplers 10 zunächst einen
kreisrunden Querschnitt auf, welcher in Höhe des Kopplers 10 bzw.
des Ringelements 27 in einen abgeflachten Querschnitt,
der beispielsweise durch Anprägung
hergestellt ist, übergeht.
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4 zeigt einen schematischen
Schnitt durch das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des
in 3 dargestellten Brennstoffeinspritzventils entlang
der Linie IV-IV, wobei der zunächst
zur Mittelachse 19 gerichtete und dann um den Kopplerfuß 34 gebogene
Verlauf des elastischen und flexiblen Abschnitts 20 deutlich
erkennbar ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
auch für
beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1,
insbesondere nach innen öffnende
Brennstoffeinspritzventile, geeignet.