DE10054182A1

DE10054182A1 - Fluid dosing device with a throttle point includes a metal bellows sealing a region around the leadthrough element of a needle valve passing through a chamber

Info

Publication number: DE10054182A1
Application number: DE2000154182
Authority: DE
Inventors: Bernhard Fischer; Bernhard Gottlieb; Andreas Kappel; Randolf Mock; Enrico Ulivieri
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-05-29

Abstract

A fluid dosing device for supplying a fluid under pressure having a chamber (35) in a housing (3), which is supplied with a pressurized fluid via fluid supply piping (17, 19). A valve needle (9) passes through the chamber (35) and has a first end portion which may be lifted to a piston and a second end section forming a valve connected to chamber (35), in conjunction with a valve seat disposed on the housing (3). A metal bellows provides a leadthrough element for the first end section of the valve needle (9). The bellows provides a tight seal in the region of the leadthrough element. A throttlepoint (37, 39) is located between the valve needle (9) and the inner wall of the chamber between a metal bellows (33) and the mouth (18) of the liquid supply line (17) leading into the chamber.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluiddosiervorrich tung für ein unter Druck stehendes Fluid mit einer in einem Gehäuse befindlichen Kammer, der durch eine Fluidzuleitung das druckbeaufschlagte Fluid zugeführt wird, und mit einer durch die Kammer geführten Ventilnadel, deren erster Endab schnitt außerhalb der Kammer mit einem Hub beaufschlagbar ist und deren zweiter Endabschnitt mit einem am Gehäuse vorge sehenen Ventilsitz ein mit der Kammer in Verbindung stehendes Ventil bildet.The present invention relates to a fluid metering device device for a pressurized fluid with one in one Housing located chamber through a fluid supply line the pressurized fluid is supplied, and with a valve needle passed through the chamber, the first end of which cut outside the chamber with a stroke can be applied and the second end portion with a pre-featured on the housing seen valve seat is in communication with the chamber Valve forms.

Im Stand der Technik sind verschiedene Abdichtungs- oder Durchführungselemente für Fluiddosiervorrichtungen bekannt. Für den Anwendungsfall der Dosierung von unter Druck stehen dem Kraftstoff mit einem Druck von bis zu beispielsweise 300 bar und einer Arbeitstemperatur von -40°C bis +150°C werden besondere Anforderungen an ein serientaugliches Produkt ge stellt. Insbesondere müssen hohe Anforderungen hinsichtlich der Versprödung, des Verschleißes und der Zuverlässigkeit er füllt werden. Dabei entspricht die Dauerstandfestigkeit von bisher verwendeten O-Ring-Dichtungen den obigen Anforderungen nicht. Anstelle von O-Ringen können auch Membrandichtungen wie z. B. Metallsicken o. Ä. verwendet werden. Beim Einsatz derartiger Membranen als Durchführungselement einer Ventilna del durch eine druckbeaufschlagte Kammer können jedoch die Anforderungen bezüglich einer hohen axialen Nachgiebigkeit bei gleichzeitig ausreichender Druckfestigkeit nicht erfüllt werden.In the prior art, various sealing or Feedthrough elements for fluid metering devices are known. Under pressure for the application of dosing the fuel with a pressure of up to 300 bar, for example and a working temperature of -40 ° C to + 150 ° C special requirements for a product suitable for series production provides. In particular, high requirements must be met embrittlement, wear and reliability be filled. The fatigue strength corresponds to previously used O-ring seals meet the above requirements Not. Instead of O-rings, membrane seals can also be used such as B. metal beads or the like be used. When using such membranes as a lead-through element of a Ventilna del through a pressurized chamber, however, the Requirements for high axial compliance not fulfilled with sufficient pressure resistance become.

Die Ventilnadel kann weiterhin ähnlich wie bei Dieselin jektoren auch durch eine Spielpassung der Nadel in einer zy lindrischen Gehäusebohrung erfolgen. Nachteilig hierbei ist die unvermeidbare Leckage längs der Nadeldurchführung. Durch die größeren hydraulischen Verluste wird außerdem der Gesamt wirkungsgrad des Motors herabgesetzt.The valve needle can continue to be similar to that of Diesel ejectors by fitting the needle in a zy Lindrische housing bore. The disadvantage here is the unavoidable leakage along the needle passage. By the greater hydraulic losses will also be the total efficiency of the motor reduced.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer gat tungsgemäßen Fluiddosiervorrichtung insbesondere eine dichte Durchführung der Ventilnadel bereitzustellen, die eine gefor derte Dauerstandfestigkeit erreicht.The object of the present invention is to provide a gat according fluid metering device in particular a tight Provision of the valve needle to provide a gefor reached the fatigue strength.

Erfindungsgemäß ist dies bei einer Fluiddosiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch erreicht, dass umfangsmäßig zwischen der Ventilnadel und der Kammerin nenwand zumindest eine Drosselstelle im Kammerabschnitt zwi schen dem Durchführungselement und der Einmündung der Fluid zuleitung in die Kammer vorgesehen ist. Aus Messungen hat sich ergeben, dass für den Einsatz in Hochdruckeinspritz ventilen, beispielsweise der Fahrzeugtechnik, als Durch führungselemente konzipierte Metallbälge problemlos stati schen Druckbelastungen bis zu ca. 200 bar standhalten können. Durch eine Erhöhung der Wanddicke kann auch eine weit höhere Druckfestigkeit erreicht werden. Weitere Untersuchungen an bewegten Metallbalgabdichtungen zeigten zudem, dass ein hoch druckbelasteter Metallbalg beim Ausführen einer für die Ein spritzventile typischen Axialbewegung von bis zu 50 µm mit einer Frequenz von 50 Hz keine Degradation erleidet. Durch den Einsatz eines Metallbalges ist also eine hermetische Ab dichtung der Kraftstoffkammer bei ausreichender Druckfestig keit erreicht.This is according to the invention in the case of a fluid metering device achieved according to the preamble of claim 1, that circumferentially between the valve needle and the chamber nenwand at least one throttle point in the chamber section between rule the feed-through element and the confluence of the fluid supply line is provided in the chamber. Made measurements result that for use in high pressure injection valves, for example in vehicle technology, as a through guiding elements designed metal bellows stati easily can withstand pressure loads of up to approx. 200 bar. By increasing the wall thickness, a much higher one can also be used Compressive strength can be achieved. Further investigations on moving metal bellows seals also showed that a high pressure-loaded metal bellows when performing one for the one injection valves with typical axial movement of up to 50 µm no degradation at a frequency of 50 Hz. By the use of a metal bellows is therefore a hermetic ab Seal the fuel chamber with sufficient pressure resistance reached.

Es wurde jedoch überraschenderweise festgestellt, dass die Metallbälge beim betriebsgemäßen Einsatz in einem Hochdruck einspritzventil bei einer statischen Druckbelastung von 200 bar bereits nach ca. 10 min versagen. Dies hat seine Ursache darin, dass beim Öffnen und Schließen des Einspritzventils bzw. Injektors Druckwellen in der Kraftstoffkammer des Injek tors ausgelöst werden, die in Abhängigkeit von der Öffnungs- und Schließzeit des Injektors mit einer Amplitude von bis zu ±50% des eingestellten Kraftstoffdruckes und einer Frequenz von ca. 500 Hz-10 kHz um den eingestellten Grunddruck schwingen. Das Auftreten derartiger Druckoszillationen führt bei ausgelösten Druckwellen zum Versagen der Metallbalgab dichtung. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Drosselstellen schützen den Metallbalg vor der zerstörenden Wirkung dieser Druckoszillationen.However, it was surprisingly found that the Metal bellows for normal use in high pressure injection valve with a static pressure load of 200 bar fail after only 10 minutes. This has its cause in that when opening and closing the injector or injector pressure waves in the fuel chamber of the Injek tors are triggered, depending on the opening and closing time of the injector with an amplitude of up to ± 50% of the set fuel pressure and a frequency 500 Hz-10 kHz around the set basic pressure swing. The occurrence of such pressure oscillations leads in the event of pressure waves triggered, failure of the metal bellows poetry. The throttle points provided according to the invention protect the metal bellows from its destructive effects Pressure oscillations.

Zusammenfassend ist erfindungsgemäß also eine ausreichende Dichtigkeit der Kraftstoffkammer durch den Metallbalg reali siert, wobei die Metallbalgabdichtung vor den im Betrieb auf tretenden Druckwellen geschützt ist und dadurch eine kraft fahrzeugtechnisch typische Dauerstandfestigkeit von min destens 10⁹ Lastzyklen (ca. 2000 Betriebsstunden) erreicht ist.In summary, according to the invention, a sufficient tightness of the fuel chamber is realized by the metal bellows, the metal bellows seal being protected from the pressure waves occurring during operation, thereby achieving a vehicle-specific fatigue strength of at least 10 ⁹ load cycles (approx. 2000 operating hours).

Vorteilhafterweise weist der Metallbalg eine Wandstärke von 25 bis 500 µm auf. Diese geringen Wandstärken haben sich bei hohen Drücken von beispielsweise 300 bar als völlig aus reichend erwiesen. Versuche haben ergeben, dass eine Ausbil dung des Metallbalges in Form von - im Längsschnitt sichtba ren - aneinander gereihten Halbkreissegmenten besondere Vor teile erbringt. Diese Halbkreissegmente können jeweils durch dazwischenliegende gerade Teilstücke ergänzt werden.The metal bellows advantageously has a wall thickness of 25 to 500 µm. These small wall thicknesses have high pressures of 300 bar, for example proven enough. Experiments have shown that training Form the metal bellows in the form of - visible in longitudinal section ren - lined up semi-circular segments special Vor provides parts. These semicircular segments can each by straight sections in between can be added.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das elastische Durchführungselement an einer Montagehülse be festigt ist, insbesondere durch eine Schweißverbindung. Dies ist fertigungstechnisch besonders günstig, da sich insbeson dere ein Metallbalg nur mit vergleichsweise großem Aufwand direkt an der Ventilnadel befestigen lässt. Mit der Montage hülse steht auch ein Element bereit, durch das sich auf ein fache Weise eine genau dimensionierte Drosselstelle in der Kraftstoffkammer realisieren lässt.According to a preferred embodiment it is provided that the elastic grommet on a mounting sleeve be is strengthened, in particular by a welded connection. This is particularly cheap in terms of production technology, because a metal bellows only with comparatively great effort can be attached directly to the valve needle. With assembly There is also an element ready for the sleeve a precisely dimensioned throttle point in the Fuel chamber can be realized.

Um eine geeignete Drosselstelle in der Kraftstoffkammer be reitstellen zu können, ist alternativ oder zusätzlich zu der passend dimensionierten Montagehülse eine obere Führungshülse derart ausgebildet, dass durch diese Ventilnadelführung eine enge und möglichst lange Spielpassung realisiert ist. Da die obere Ventilnadelführung ohnehin beim Kraftstoffinjektor vor gesehen ist, können zusätzliche Komponenten entfallen.To be a suitable throttle point in the fuel chamber being able to provide a horse is alternative or in addition to that appropriately dimensioned mounting sleeve an upper guide sleeve formed such that a valve needle guide tight and long game fit is realized. Since the upper valve needle guide anyway in front of the fuel injector seen, additional components can be omitted.

Wenn beide Drosselstellen - "Montagehülse" und "obere Ventil nadelführung" - gleichzeitig bei der Fluiddosiervorrichtung realisiert sind, können die jeweiligen Drosselspalte größer und/oder in axialer Richtung kürzer ausgeführt werden, ohne die Schutzwirkung der Drosselstellen für den Metallbalg nega tiv zu beeinflussen. Zudem können Fehlpassungen, die zu einem Klemmen der Ventilnadel führen könnten, vermieden werden. Dies gilt jedoch auch, wenn auf die durch die Montagehülsen gebildete Drosselstelle verzichtet wird, wobei die durch die obere Führungshülse gebildete Drosselstelle entsprechend aus zulegen ist.If both throttling points - "mounting sleeve" and "upper valve needle guide "- at the same time with the fluid metering device are realized, the respective throttle gaps can be larger and / or shorter in the axial direction without the protective effect of the throttling points for the metal bellows nega to influence tiv. Mismatches can also lead to a Pinching the valve needle could be avoided. However, this also applies when on through the mounting sleeves formed throttle point is dispensed with, which by the upper guide sleeve formed throttle point accordingly is to be increased.

Um die Ausbreitung der Druckwellen in der Kraftstoffkammer in Richtung des Metallbalges verhindern bzw. stark beschränken zu können, ist im Bereich der Drosselstelle der freie Quer schnitt zwischen der Ventilnadel und der Kammerinnenwand sprunghaft geändert. Dies führt an dem sich quer zur Ausbrei tungsrichtung der Druckwellen erstreckenden Kammerinnenwand abschnitt zur gewünschten Reflexion der Druckwellen.To prevent the propagation of the pressure waves in the fuel chamber Prevent or severely restrict the direction of the metal bellows To be able to, is the free cross in the area of the throttle cut between the valve needle and the chamber wall changed by leaps and bounds. This leads to the crosswise spread direction of the pressure wave extending chamber inner wall section on the desired reflection of the pressure waves.

Die Spaltbreite der Drosselstelle wird in Abhängigkeit von der Lage der Drosselstelle in der Kraftstoffkammer und der Länge des Drosselspaltes unter Berücksichtigung der stati schen und dynamischen Druckverhältnisse gewählt. Es haben sich einige µm als typischer Wert für die Spaltbreite der Drosselstelle in der Kraftstoffkammer eines Hochdruck Kraftstoffinjektors ergeben.The gap width of the throttle point is dependent on the position of the throttle in the fuel chamber and Length of the throttle gap taking into account the stati and dynamic pressure ratios selected. Have it a few µm as a typical value for the gap width of the Throttle point in the fuel chamber of a high pressure Fuel injector result.

Nachfolgend sind anhand schematischer Darstellungen vier Aus führungsbeispiele der erfindungsgemäßen Fluiddosiervorrich tung beschrieben. Es zeigen: Below are four offs based on schematic representations leadership examples of the fluid metering device according to the invention tion described. Show it:

Fig. 1a in einem Längsschnitt das erste Ausführungsbeispiel der Fluiddosiervorrichtung, FIG. 1a, in a longitudinal section of the first embodiment of the fluid metering

Fig. 1b zwei Querschnittdarstellungen entlang der Linien A-A und B-B in Fig. 1a, FIG. 1b show two cross-sectional views along the lines AA and BB in Fig. 1a,

Fig. 2 in einem Längsschnitt das zweite Ausführungsbeispiel, Fig. 2 in a longitudinal section the second embodiment,

Fig. 3a in einem Längsschnitt das dritte Ausführungsbeispiel der Fluiddosiervorrichtung, sowie Fig. 3a in a longitudinal section, the third embodiment of the fluid metering device, and

Fig. 3b zwei Querschnittdarstellungen entlang der Linien A-A und B-B in Fig. 3a. FIG. 3b show two cross-sectional views along the lines AA and BB in Fig. 3a.

Bei einem in Fig. 1a, b schematisch gezeigten Einspritzventil 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist aus Verein fachungsgründen die an sich allgemein bekannte Aktoreinheit nicht dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist ein Gehäuse 3 mit einer Zentralbohrung auf, in der ein Ventilkör per 5 montiert ist. In einer Ventilkörperbohrung 7 des Ven tilkörpers ist eine Ventilnadel 9 axial verschiebbar geführt. Dazu sind in der Ventilkörperbohrung 7 an deren unteren und oberen Endabschnitt am Ventilkörper 5 eine untere bzw. vor dere und eine obere bzw. hintere Führungshülse 11, 13 be festigt, die entsprechende Ventilnadelführungen bilden. Die dadurch realisierten Engstellen sind dabei so ausgelegt, dass sie einen Flüssigkeitsstrom beim Öffnen und Schließen des Ventils 1 nicht behindern bzw. drosseln. Dazu ist die Ventil nadel 9 sowohl in Höhe der unteren als auch der oberen Füh rungshülse 11, 13 bzw. der beiden Ventilnadelführungen mit einem umfangsmäßig hervorspringenden, verrundeten Vierkant querschnitt gemäß Fig. 1a, b versehen (Schnitt A-A und Schnitt B-B). Dabei ist die Ventilnadel 9 mit den verrundeten Kantenbereichen 14 mit einem Spiel von weniger als 2 µm in die beiden Führungshülsen 11, 13 eingepasst. Der freie Spalt zwischen den vier Seitenflächen des Vierkantes der Ventilna del 9 und der zylinderförmigen Innenwand der Führungshülsen 11, 13 ist dabei deutlich größer ausgebildet, um jegliche Drosselwirkung zu vermeiden.In an injection valve 1 shown schematically in FIG. 1a, b according to a first embodiment, the actuator unit, which is generally known per se, is not shown for reasons of simplification. The fuel injection valve 1 has a housing 3 with a central bore in which a Ventilkör is mounted by 5 . In a valve body bore 7 of the valve body Ven a valve needle 9 is guided axially. For this purpose, in the valve body bore 7 at its lower and upper end section on the valve body 5, a lower or front and an upper or rear guide sleeve 11 , 13 are fastened to form the corresponding valve needle guides. The constrictions realized thereby are designed so that they do not impede or restrict a flow of liquid when the valve 1 is opened and closed. For this purpose, the valve needle 9 is provided both at the level of the lower and the upper guide sleeve 11 , 13 or the two valve needle guides with a circumferentially protruding, rounded square cross section according to FIG. 1a, b (section AA and section BB). The valve needle 9 with the rounded edge regions 14 is fitted into the two guide sleeves 11 , 13 with a clearance of less than 2 μm. The free gap between the four side surfaces of the square of the Ventilna del 9 and the cylindrical inner wall of the guide sleeves 11 , 13 is made significantly larger in order to avoid any throttling effect.

Im Grundzustand verschließt ein am vorderen Endabschnitt der Ventilnadel 9 ausgebildeter Ventilteller 15 einen Ventilsitz 16 am Ventilkörper 5. Im Ventilkörper ist eine Ventilkörper- Kraftstoffzuleitung 17 vorgesehen, die in axialer Erstreckung gesehen zwischen der unteren und der oberen Führungshülse 11, 13 mit einer Einmündung 19 in die Ventilkörperbohrung 7 mün det. Entsprechend ist auch im Ventilgehäuse 3 eine Gehäuse- Kraftstoffzuleitung 21 vorgesehen. Am oberen Endabschnitt der Ventilnadel 9 ist an dieser eine Federplatte 23 befestigt. Auf diese drückt eine Düsenfeder 25, die sich gehäuseseitig abstützt und dadurch die Ventilnadel 9 in Schließrichtung vorspannt. Oberhalb der oberen Führungshülse 13 ist in der Zentralbohrung des Ventilgehäuses 3 eine äußere Montagehülse 27 befestigt. Die äußere Montagehülse 27 weist am unteren En de einen Hülsenkragen 44 auf, der auf einer ringförmigen Auf lagefläche 45 auf dem Gehäuse 3 aufliegt. Der Hülsenkragen weist eine Außenfläche 46 auf, die einer Innenwandung 47 des Gehäuses 3 angeordnet ist. Zwischen der Außenfläche 46 und der Innenwandung 47 ist ein Dichtelement 48 in Form eines Dichtringes eingelegt. Der Hülsenkragen 44 ist mit einer ringförmig umlaufenden Schweißnaht 49 dicht mit der Innenwan dung 47 verschweißt. Diese bildet durch eine Öffnung in einem Hülsenboden 29 eine Nadeldurchführung, die wie nachfolgend beschrieben abgedichtet ist. In einem sich beschränkt in axi aller Richtung erstreckenden Teilabschnitt der äußeren Mon tagehülse 27 bildet deren Innenwand eine nachfolgend ausführ licher beschriebene Engstelle mit der Außenwand einer inneren Montagehülse 31, die wiederum an der Ventilnadel 9 befestigt ist. An die äußere und innere Montagehülse 27, 31 ange schweißt ist ein zylindrischer Metallbalg 33, durch den die Ventilnadel 9 nach außen geführt ist. Der Metallbalg 33 dient dabei zur hermetischen Abdichtung der Kraftstoffkammer 35 ge genüber einem drucklosen, luftgefüllten Zwischenraum 36. Vor zugsweise ist der Metallbalg 33 im Bereich der Öffnung am Hülsenboden 29 und auf einer Fläche der inneren Montagehülse 31 befestigt, die dem Hülsenboden 29 zugewandt ist.In the basic state, a valve plate 15 formed on the front end section of the valve needle 9 closes a valve seat 16 on the valve body 5 . In the valve body, a valve body fuel supply line 17 is provided, which seen in axial extension between the lower and the upper guide sleeve 11 , 13 with an opening 19 into the valve body bore 7 . Correspondingly, a housing fuel supply line 21 is also provided in the valve housing 3 . At the upper end portion of the valve needle 9 , a spring plate 23 is attached to this. A nozzle spring 25 , which is supported on the housing side and thereby prestresses the valve needle 9 in the closing direction, presses on this. An outer mounting sleeve 27 is fastened above the upper guide sleeve 13 in the central bore of the valve housing 3 . The outer mounting sleeve 27 has at the lower end of a sleeve collar 44 , which rests on an annular bearing surface 45 on the housing 3 . The sleeve collar has an outer surface 46 which is arranged on an inner wall 47 of the housing 3 . A sealing element 48 in the form of a sealing ring is inserted between the outer surface 46 and the inner wall 47 . The sleeve collar 44 is tightly welded to the inner wall 47 with an annular circumferential weld 49 . Through an opening in a sleeve base 29, this forms a needle bushing which is sealed as described below. In a limited axi-extending section of the outer Mon day sleeve 27 forms the inner wall of a constriction described below with the outer wall of an inner mounting sleeve 31 , which in turn is attached to the valve needle 9 . To the outer and inner mounting sleeve 27 , 31 is welded a cylindrical metal bellows 33 through which the valve needle 9 is guided to the outside. The metal bellows 33 is used for hermetic sealing of the fuel chamber 35 ge compared to an unpressurized, air-filled space 36th Before preferably the metal bellows 33 is fixed in the region of the opening on the sleeve base 29 and on a surface of the inner mounting sleeve 31 which faces the sleeve base 29 .

Die Verwendung des Metallbalges 33 in der Nadeldurchführung ermöglicht eine vollständige, dauerhafte und zuverlässige Ab dichtung des Hochdruckbereiches in der Kammer 35 des Ein spritzventils 1 gegenüber dem Zwischenraum 36 mit dem nicht dargestellten Antriebsbereich. Der Metallbalg 33 hält trotz geringer Wandstärke von beispielsweise 50 bis 500 µm aufgrund seiner hohen radialen Steifigkeit sehr hohen Drücken stand, ohne irreversibel verformt zu werden. Der Metallbalg 33 kann weiterhin so ausgelegt werden, dass eine hohe mechanische Nachgiebigkeit, d. h. eine kleine Federkonstante in Bewegungs richtung der Ventilnadel bzw. axialer Richtung erreicht wird. Dadurch ist erreicht, dass die Auslenkung der Ventilnadel 9 nicht beeinträchtigt wird, und dass durch temperaturbedingte Längenänderungen der Nadeldurchführung in die Ventilnadel eingeleitete Kräfte so klein wie möglich gehalten werden. Weiterhin kann durch den Einsatz des Metallbalges 33 in der Nadeldurchführung mit höher Zuverlässigkeit die Kraftstoff leckage verhindert werden.The use of the metal bellows 33 in the needle bushing enables a complete, permanent and reliable seal from the high pressure area in the chamber 35 of the injection valve 1 with respect to the space 36 with the drive area, not shown. The metal bellows 33 withstands very high pressures despite its small wall thickness of, for example, 50 to 500 μm, due to its high radial rigidity, without being irreversibly deformed. The metal bellows 33 can also be designed so that a high mechanical flexibility, ie a small spring constant in the direction of movement of the valve needle or axial direction is achieved. This ensures that the deflection of the valve needle 9 is not impaired and that forces introduced into the valve needle by changes in length of the needle bushing due to temperature are kept as small as possible. Furthermore, the fuel leakage can be prevented with greater reliability by using the metal bellows 33 in the needle bushing.

Die metallbalgabgedichtete Nadeldurchführung in der äußeren Montagehülse 27 kann außerdem so gestaltet werden, dass die auf die Ventilnadel 9 wirkenden druckbedingten Kräfte sich gegenseitig kompensieren. Dadurch ist die Ventilnadel 9 ins gesamt druckfrei gehalten. Hierzu wird der hydraulisch wirk same Durchmesser des Metallbalges so gewählt, dass er genau dem Durchmesser des Ventilsitzes 16 entspricht (nicht ge zeigt). Hierdurch wird erreicht, dass sich die von dem unter Druck stehenden Kraftstoff auf die Ventilnadel 9 mit dem Ven tilteller 15 ausgelöste Druckkraft und die vom Metallbalg 33 in die Ventilnadel eingeleitete druckbedingte Kraft gegensei tig kompensieren. Somit wirkt keine resultierende Druckkraft komponente auf die Ventilnadel 9. Dies gewährleistet, dass das Einspritzventil 1 ein vom Kraftstoffdruck nahezu unab hängiges Schaltverhalten zeigt, da die Öffnungs- und Schließkräfte alleine vom Aktorelement, beispielsweise von in einer Rohrfeder vorgespannten Piezoaktoren, und der Kraft der vor gespannten Düsenfeder 25 bestimmt werden. Der Metallbalg 33 verfügt weiterhin aufgrund seines metallischen Werkstoffes über einen weiten Arbeitstemperaturbereich mit gleich blei bender Funktionsfähigkeit. Thermische Längenänderungen des Metallbalges 33 selbst führen aufgrund der kleinen axialen Federkonstante des Metallbalges nur zu vernachlässigbar ge ringen Kraftänderungen an der Ventilnadel 9 in axialer Rich tung. Der Metallbalg kann darüber hinaus aufgrund seiner me chanischen Federwirkung in axialer Richtung auch die Düsenfe der 25 teilweise oder vollständig ersetzen.The metal bellows-sealed needle bushing in the outer mounting sleeve 27 can also be designed so that the pressure-related forces acting on the valve needle 9 compensate each other. As a result, the valve needle 9 is kept pressure-free overall. For this purpose, the hydraulically effective diameter of the metal bellows is selected so that it corresponds exactly to the diameter of the valve seat 16 (not shown). This ensures that the pressure force triggered by the fuel under pressure on the valve needle 9 with the Ven tilteller 15 and the pressure-induced force introduced by the metal bellows 33 into the valve needle compensate for each other. Thus, no resulting pressure force component acts on the valve needle 9 . This ensures that the injection valve 1 shows a switching behavior which is almost independent of the fuel pressure, since the opening and closing forces are determined solely by the actuator element, for example by piezo actuators preloaded in a tubular spring, and the force of the pre-tensioned nozzle spring 25 . Due to its metallic material, the metal bellows 33 also has a wide working temperature range with constant functionality. Thermal changes in length of the metal bellows 33 itself lead due to the small axial spring constant of the metal bellows only negligible ge force changes on the valve needle 9 in the axial direction Rich. The metal bellows can also partially or completely replace the Düsenfe of 25 due to its mechanical spring action in the axial direction.

Die äußere Montagehülse 27 ist gemäß Fig. 1a nun so gestal tet, dass sie zusammen mit der inneren Montagehülse 31 eine enge und möglichst lange Spielpassung bildet. Dabei beträgt das Spiel nur wenige µm. Durch die Drosselwirkung dieser lan gen zylindrischen Passung werden schnelle Druckänderungen in der Kraftstoffkammer 35 vom Metallbalg 33 ferngehalten, wäh rend statische Drücke ungehindert auf die Balgwand wirken können. Zudem werden die Druckwellen im Bereich des Quer schnittssprunges der ersten Drosselstelle 37 an dem sich quer zur Axialrichtung erstreckenden Kammerwandabschnitt bzw. der Hülsenstirnfläche reflektiert, so dass sich überhaupt nur eine Druckwelle mit stark reduzierter Druckamplitude in den durch die erste Drosselstelle 37 gebildeten ringförmigen Spalt hinein fortsetzt.The outer mounting sleeve 27 is now shown in FIG. 1a so that it forms a close and longest possible fit together with the inner mounting sleeve 31 . The game is only a few µm. Due to the throttling effect of this long cylindrical fit, rapid pressure changes in the fuel chamber 35 are kept away from the metal bellows 33 , while static pressures can act unhindered on the bellows wall. In addition, the pressure waves in the area of the cross-sectional jump of the first throttle point 37 are reflected on the chamber wall section extending transversely to the axial direction or the sleeve end face, so that only one pressure wave with a greatly reduced pressure amplitude continues into the annular gap formed by the first throttle point 37 ,

Bei einem Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel ist in Fig. 2 im Unterschied zum Ventil 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich eine Abwand lung im Bereich der ersten Drosselstelle 37 dahingehend vor genommen, dass der freie Innendurchmesser des Hülsenkragens 44 der äußeren Montagehülse 27 bei gleichen Drosselspaltmaßen zugunsten des Außendurchmessers der inneren Montagehülse 31 verkleinert ist. Wie im Ventil gemäß dem ersten Ausführungs beispiel ist der Drosselspalt zwischen innerer und äußerer Montagehülse 27, 31 so klein und lang gewählt, dass ein aus reichender Drosseleffekt realisiert ist. Die beim Öffnen und Schließen des Ventils 1 in der Kraftstoffkammer 35 ausge lösten Druckwellen können infolge des geringen Abstandes zwi schen der inneren und der äußeren Montagehülse 27, 31 nicht bzw. nur geringfügig auf den Metallbalg 33 einwirken.2 is in a fuel injection valve 1 according to exemplary implementation of the second one in Fig. In contrast to the valve 1 according to the first embodiment, only a Abwand development in the area of the first orifice 37 to the effect before taken that the free inner diameter of the sleeve collar 44 of the outer mounting sleeve 27 with the same Throttle gap dimensions in favor of the outer diameter of the inner mounting sleeve 31 is reduced. As in the valve according to the first embodiment, for example, the throttle gap between the inner and outer mounting sleeves 27 , 31 is chosen to be so small and long that a throttling effect is achieved. The pressure waves triggered when the valve 1 is opened and closed in the fuel chamber 35 cannot or only slightly act on the metal bellows 33 due to the small distance between the inner and outer mounting sleeves 27 , 31 .

Ein Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß dem dritten in Fig. 3a, b gezeigten Ausführungsbeispiel weist anstelle der ersten Drosselstelle gemäß den ersten beiden Ausführungsbeispielen alternativ eine zweite Drosselstelle 39 im Bereich der oberen Ventilnadelführung bzw. der oberen Führungshülse 13 auf. Da die Kraftstoffzuleitung 17 unterhalb der oberen Ventilnadel führung 13 in den Raum zwischen der Ventilnadel 9 und dem Ventilkörper 5 bzw. die Kraftstoffkammer 35 mündet, muss der in diese einzuspritzende Kraftstoff die obere Ventilnadel führung 13 nicht passieren. Deshalb kann die obere Ventilna delführung selbst als enge, lange zylindrische Spielpassung der Ventilnadel 9 in der oberen Führungshülse 13 ausgebildet werden, wie im Schnitt B-B in Fig. 3b dargestellt ist. Dabei ist die Ventilnadel 9 im Unterschied zur unteren Ventilnadel führung (Schnitt A-A) nicht als Vierkant ausgebildet, sondern zylinderförmig (Schnitt B-B). An dieser zweiten Drosselstelle 39 werden die bei Öffnungs- und Schließvorgängen ausgelösten Druckwellen reflektiert und ein dynamischer Volumenaustausch in Richtung auf den Metallbalg 33 wird stark gedrosselt. Durch die Integration der Drosselstelle 39 in die Ventilna delführung können auch Mehrfachpassungen vermieden werden. Die Drosselwirkung der oberen Ventilnadelführung 13 trennt die Kraftstoffkammer 35 in zwei Teilvolumina, nämlich einem ersten und einem zweiten Kammerteilvolumen 41, 43. Obwohl im unteren ersten Teilvolumen 41 der Kraftstoffkammer 35 durch das Öffnen und Schließen der Einspritzdüse dynamische Druck änderungen mit großer Amplitude erzeugt werden, können diese durch die dynamische Dichtwirkung der zweiten Drosselstelle 39 stark abgeschwächt in das obere zweite Teilvolumen 43 der Kraftstoffkammer 35 wirken, in welchem sich die Metallbalg- Nadeldurchführung befindet. Damit ist der Metallbalg 33 ge genüber dynamischen Druckänderungen geschützt.A fuel injection valve 1 according to the third exemplary embodiment shown in FIGS . 3a, b alternatively has a second throttle point 39 in the region of the upper valve needle guide or the upper guide sleeve 13 instead of the first throttle point according to the first two exemplary embodiments. Since the fuel supply line 17 opens below the upper valve needle guide 13 into the space between the valve needle 9 and the valve body 5 or the fuel chamber 35 , the fuel to be injected into this does not have to pass through the upper valve needle guide 13 . Therefore, the upper Ventilna delführung itself can be formed as a narrow, long cylindrical clearance fit of the valve needle 9 in the upper guide sleeve 13 , as shown in section BB in Fig. 3b. In contrast to the lower valve needle guide (section AA), the valve needle 9 is not designed as a square, but cylindrical (section BB). At this second throttling point 39 , the pressure waves triggered during opening and closing processes are reflected and a dynamic volume exchange in the direction of the metal bellows 33 is strongly throttled. By integrating the throttle point 39 in the Ventilna delführung multiple fits can be avoided. The throttling action of the upper valve needle guide 13 separates the fuel chamber 35 into two partial volumes, namely a first and a second partial chamber volume 41 , 43 . Although dynamic pressure changes with a large amplitude are generated in the lower first partial volume 41 of the fuel chamber 35 by opening and closing the injection nozzle, these can be greatly weakened by the dynamic sealing effect of the second throttle point 39 in the upper second partial volume 43 of the fuel chamber 35 , in which the metal bellows needle feed-through is located. The metal bellows 33 is thus protected against dynamic pressure changes.

Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffein spritzventils (nicht gezeigt) sind die in den Fig. 1 bzw. 2 und 3 gezeigten Drosselstellen 37, 39 gemeinsam in einem Ventil realisiert. Die erste Drosselstelle 37 ist durch die innere und die äußere Montagehülse 27, 31 gebildet und die zweite Drosselstelle 39 ist durch die obere Führungshülse 13 bzw. die obere Ventilnadelführung gebildet.According to the fourth exemplary embodiment of a fuel injection valve (not shown), the throttle points 37 , 39 shown in FIGS . 1 and 2 and 3 are implemented together in one valve. The first throttle point 37 is formed by the inner and outer mounting sleeves 27 , 31 and the second throttle point 39 is formed by the upper guide sleeve 13 and the upper valve needle guide.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde als elasti sches Durchführungselement ein Faltenbalg in Form eines Me tallbalges beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art von elastischem Durchführungselement beschränkt, sondern kann auch bei anderen Arten von elastischen Durch führungselementen wie z. B. einer Membran oder einer elasti schen Kunststoff- oder Gummihülse eingesetzt werden. Die Membran ist vorzugsweise aus Metall hergestellt. Die Membran und die Hülse sind entsprechend dem beschriebenen Metallbalg mit der inneren und äußeren Montagehülse 27, 31 verklebt oder verschweißt.In the exemplary embodiments described, a bellows in the form of a metal bellows was described as the elastic bushing element. However, the invention is not limited to this type of elastic bushing element, but can also be used in other types of elastic bushing elements such as. B. a membrane or an elastic plastic or rubber sleeve. The membrane is preferably made of metal. The membrane and the sleeve are glued or welded to the inner and outer mounting sleeves 27 , 31 in accordance with the metal bellows described.

Claims

1. Fluid metering device for a pressurized fluid with a housing ( 3 ) located chamber ( 35 ), which is supplied with the pressurized fluid through a fluid supply line ( 17 , 21 ), and with a valve needle guided through the chamber ( 35 ) ( 9 ), the first end section of which can be acted upon by a stroke outside the chamber and the second end section of which, with a valve seat ( 16 ) provided on the housing ( 3 ), forms a valve connected to the chamber ( 35 ), with an elastic bushing element ( 33 ) for the first end section of the valve needle ( 9 ) from the chamber ( 35 ) to the outside, which tightly closes the chamber in this loading area , characterized in that at least one throttle point () circumferentially between the valve needle ( 9 ) and the chamber inner wall ( 37 , 39 ) in the chamber section between the bushing element ( 33 ) and the mouth ( 19 ) of the fluid supply line ( 17 ) in the chamber ( 35 ) is provided.

2. Fluid metering device according to claim 1, characterized in that a bellows, in particular a metal bellows ( 33 ) is provided as a lead-through element.

3. Fluid metering device according to claim 2, characterized in that the metal bellows ( 33 ) has a wall thickness of 25 to 500 µm.

4. Fluid metering device according to claim 1 to 3, characterized in that the bushing element ( 33 ) is fastened to a mounting sleeve ( 31 ), in particular by a welded connection.

5. Fluid metering device according to claim 4, characterized in that the throttle point ( 37 ) is formed in the chamber ( 35 ) by the mounting sleeve ( 31 ).

6. Fluid metering device according to one of the preceding claims, characterized in that an upper valve needle guide ( 13 ) is provided, and that the throttle point ( 39 ) is formed in the chamber ( 35 ) by the upper valve needle guide.

7. Fluid metering device according to one of the preceding claims, characterized in that in the region of the throttle point ( 37 , 39 ) the free cross section between the valve needle ( 9 ) and the chamber inner wall is changed by leaps and bounds.

8. Fluid metering device according to one of the preceding claims, characterized in that the gap in the region of the throttle point ( 37 , 39 ) is a few µm wide.

9. Fluid metering device according to one of the preceding An claims, characterized, that fuel is used as the fluid, and that the fuel pressure ranges between 1 to 500 bar lies.