DE10360451B4

DE10360451B4 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10360451B4
Application number: DE10360451.0A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schmieder; Christian Leitner; Hubert Stier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: DE502004003400D1; DE10360450A1; DE10360449A1; JP4072172B2; JP2006512536A; DE10360451A1; EP1601868A1; EP1601868B1; WO2004076845A1

Abstract

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2), einer mit dem Aktor (2) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (12), die an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (13) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (24) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (2) über wenigstens einen Teil seiner axiale Länge wenigstens teilweise radial von einem Federelement (4) umgeben ist, wobei zwischen dem Aktor (2) und dem Federelement (4) zumindest ein Wärmeleitelement (25) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (25) sich fast über die gesamte Lange des Aktors (2) erstreckt, und dass das Wärmeleitelement (25) hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei das Wärmeleitelement (25) zumindest zum Teil aus Metall besteht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 195 00 706 A1 ist ein Zumeßventil bekannt, welches über einen piezoelektrischen Aktor und ein Federelement verfügt, welches den Aktor gegen ein Gehäuse vorspannt. Aus fertigungstechnischen Gründen wird herkömmlicherweise der Aktor in einer den Aktor radial umgebenden Plastikhülse in das Brennstoffeinspritzventil montiert, wobei der Raum zwischen dem Aktor und der Plastikhülse mit einer Vergußmasse gefüllt ist um den Aktor vor mechanischen und chemischen Einflüssen zu schützen, insbesondere um ihn vor Transportschäden zu schützen.
Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß die Verlustwärme des Aktors, insbesondere aus dem mittleren Bereich des Aktors, nur unzureichend schnell an das Federelement, bzw. an die den Aktor umgebenden Bereiche oder Bauteile, abgegeben werden kann. Die Länge des Aktors und die Taktfrequenzen mit der der Aktor betrieben wird, müssen daher entsprechend klein gehalten werden. Außerdem treten punktuelle Wärmebelastungen insbesondere in der Mitte des Aktors auf, welche zu unzulässigen Spannungen im Material des Aktors führen können. Die Lebensdauer des Aktors wird dadurch verkürzt. Die Vergußmasse zwischen der Plastikhülse und dem Federelement beeinträchtigt die Funktionsweise des Federelements und ist einer dauernden mechanischen Belastung unterworfen, welche die Lebensdauer der Vergußmasse verkürzt und so insbesondere die Wärmeableitung beeinträchtigen kann.
Aus der DE 199 12 666 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Aus der DE 198 56 185 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem Wärmeleitelement bekannt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Verlustwärme des Aktors schnell und zuverlässig an das Federelement beziehungsweise an die den Aktor umgebenden Teile abgegeben wird. Die Wärmeverteilung innerhalb des Aktors ist verbessert. Außerdem kann auf die aufwendige, fehleranfällige und kostenintensive Vergußmasse zwischen dem Federelement und der Plastikhülse verzichtet werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist das Wärmeleitelement stabförmig ausgebildet. Die Wärmeleitelemente können so in gegebene geometrische Verhältnisse vorteilhaft eingebunden werden.
Vorteilhafterweise sind die Wärmeleitelemente um die Längsachse des Aktors symmetrisch verteilt. Dadurch wird eine punktuelle Wärmebelastung des Aktors verhindert.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Wärmeleitelement hülsenförmig oder rohrförmig ausgebildet. Das Wärmeleitelement läßt sich so in einfacher Weise herstellen, montieren und fügen. Außerdem können am Aktor punktuell auftretende Wärmeleistungen besser abgeführt werden. Die mechanische Stabilität ist erhöht und der Aktor in einfacher Weise vor mechanischen Einflüssen geschützt.
Vorteilhafterweise ist das Wärmeleitelement mit dem Federelement im Bereich des abspritzseitigen Endes des Federelements oder im Bereich des abspritzfernen Endes des Federelements gefügt. Die dadurch entstehende Wärmebrücke kann dadurch in einen Bereich gelegt werden, welcher der gewünschten Temperaturdifferenz entspricht. Außerdem wird dadurch die Funktion des Federelements sichergestellt.
Weiterhin ist von Vorteil, das Wärmeleitelement durch eine Presspassung oder eine Schweißnaht mit dem Federelement zu fügen. Ein optimaler Wärmeübergang von Wärmeleitelement zu Federelement ist dadurch gewährleistet.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Wärmeleitelement fast über die gesamte Länge des Aktors. Die Funktion des Federelements wird dadurch sichergestellt und die Verlustwärme des Aktors sicher abgeleitet.
Vorzugsweise besteht das Wärmeleitelement zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Stahl. Ein optimaler Wärmetransport ist dadurch gewährleistet.
Vorteilhafterweise verlaufen zwischen dem Wärmeleitelement und dem Aktor Pins, über welche der Aktor elektrisch kontaktiert werden kann. Die Pins werden durch das Wärmeleitelement vor mechanischen Einflüssen geschützt.
Vorteilhaft ist es, den Raum zwischen dem Wärmeleitelement und dem Aktor wenigstens teilweise mit einer elastischen Vergußmasse zu füllen. Insbesondere kann der Aktor dadurch vor mechanischen und chemischen Einflüssen geschützt werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Gesamtdarstellung eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik und
2 eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bevor anhand der 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird, wird anhand von 1 ein Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand der Technik in seinen wesentlichen Bauteilen zum besseren Verständnis der Erfindung kurz erläutert.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist dabei 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 6 hermetisch dicht abgeschlossen. Ein Aktor 2 stützt sich zuströmseitig über einen scheibenförmigen Aktorfuß 22 an dem Anschlußstutzen 6 ab.
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 in diesem Ausführungsbeispiel zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen von Bauteilen, insbesondere des Aktors 2. Der hydraulische Koppler 10 kann beispielsweise auch als Hubübersetzungseinrichtung zur Übersetzung eines kleinen Aktorhubs auf einen größeren Ventilnadelhub wirken. 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.
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.
Ein in diesem Ausführungsbeispiel als Rohrfeder ausgebildetes Federelement 4, welches mit seinen axialen Enden zum einen am Aktorkopf 9 und zum anderen am 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.
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.
Wird der Aktor 2 über einen nicht weiter dargestellten elektrischen Anschluß, welcher durch eine elektrische Leitung 5 kontaktiert wird, 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.
Nachfolgend wird anhand der 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Gleiche Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. In der 2 ist der in 1 mit II bezeichnete Ausschnitt dargestellt.
2 zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich II in 1. Der Aktor 2 ist radial von einem hohlzylinderförmigen, aus Aluminium bestehenden Wärmeleitelement 25 umgeben. Das Wärmeleitelement 25 kann im Querschnitt entweder rund oder der Form des Querschnitts des Aktors 2 angepaßt sein. Die Länge des Wärmeleitelements 25 ist dabei geringfügig kürzer als die Länge des Aktors 2. Zwischen dem Wärmeleitelement 25 und dem Aktor 2 ist eine Vergußmasse 20 angeordnet, welche dem Schutz des Aktors 2 und zur Wärmeabführung dient. Neben dem Aktor 2, in der Vergußmasse 20, verlaufen zwei stabförmige Pins 23. Die Pins 23 weißen nicht dargestellte Kontaktdrähte auf, die den Aktor 2 kontaktieren. Radial um das Wärmeleitelement 25 ist das Federelement 4 mit einem Abstand zum Wärmeleitelement 25 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel weist das hohlzylindrische Wärmeleitelement 25 an seinem abströmseitigen Ende eine Durchmesseraufweitung auf, welche das Wärmeleitelement 25 mit dem Federelement 4 nahe dem Aktorkopf 9 durch eine Presspassung fügt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch für beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1, insbesondere innen öffnende Brennstoffeinspritzventile, geeignet.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2), einer mit dem Aktor (2) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (12), die an einem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (13) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (24) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der Aktor (2) über wenigstens einen Teil seiner axiale Länge wenigstens teilweise radial von einem Federelement (4) umgeben ist, wobei zwischen dem Aktor (2) und dem Federelement (4) zumindest ein Wärmeleitelement (25) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (25) sich fast über die gesamte Lange des Aktors (2) erstreckt, und dass das Wärmeleitelement (25) hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei das Wärmeleitelement (25) zumindest zum Teil aus Metall besteht.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Wärmeleitelement (25) und dem Aktor (2) in allen Querschnittsebenen an allen Stellen der gleiche ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (25) mit dem Federelement (4) im Bereich des abspritzseitigen Endes des Federelements (4) oder im Bereich des abspritzfernen Endes des Federelements (4) gefügt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (25) durch eine Presspassung oder Schweißung gefügt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (25) aus Aluminium oder Stahl besteht.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmeleitelement (25) und dem Aktor (2) Pins (23) verlaufen, welche den Aktor (2) elektrisch kontaktieren.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen dem Wärmeleitelement (25) und dem Aktor (2) wenigstens teilweise mit einer elastischen Vergußmasse (20) gefüllt ist.