Vorteile der
Erfindung
Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß auf
einfache Art und Weise die mechanische Belastung des elastischen
Dichtelementes verringert wird, indem das elastische Dichtelement
von dem Umfangsbereich ausgehend in einem Radialbereich radial nach
innen verläuft
und zumindest einen Teil einer dem ersten Topfboden abgewandten
Stirnfläche des
Kolbens überdeckt.
Gemäß dieser
Ausführung kann
sich das elastische Dichtelement bei Austritt von Flüssigkeit
aus dem Kopplerspalt besser ausdehnen und daher ein größeres Ausgleichsvolumen als
beim Stand der Technik zur Verfügung
stellen, so daß das
elastische Dichtelement gegenüber
dem Stand der Technik einer geringeren mechanischen Belastung ausgesetzt
ist. Der hydraulische Koppler kann auf diese Weise mit höheren Innendrücken arbeiten,
so daß das
Brennstoffeinspritzventil mit höherer
Frequenz geschaltet werden kann.
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauntanspruch
angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Besonders
vorteilhaft ist, wenn das elastische Dichtelement eine oder mehrere
Wellen, Falten oder Ausbuchtungen aufweist, da auf diese Weise eine
höhere
Elastizität
des elastischen Dichtelements erreicht wird. Die Wellen, Falten
oder Ausbuchtungen sind vorteilhafterweise im Umfangsbereich und/oder
im Radialbereich des elastischen Dichtelementes vorgesehen.
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist das elastische Dichtelement topfförmig mit einer Dichtungsöffnung ausgebildet
ist, wobei der als Dichtungsboden ausgebildete Radialbereich eine Durchgangsöffnung aufweist,
deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Dichtungsöffnung.
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an der dem ersten Topfboden
abgewandten Stirnseite des Kolbens eine Kolbenstange angeordnet,
wobei das elastische Dichtelement im Bereich der Durchgangsöffnung mit
der Kolbenstange stoffschlüssig oder
kraftschlüssig
verbunden ist.
Außerdem vorteilhaft
ist, wenn zwischen dem topfförmigen
Zylinder und dem Kolben ein Kopplerspalt vorgesehen ist und wenn
der Umfangsbereich und der Radialbereich des elastischen Dichtelements
mit der dem ersten Topfboden abgewandten Stirnseite des topfförmigen Zylinders
und der des Kolbens einen Ausgleichsspalt einschließen, der über ein
Drosselelement mit dem Kopplerspalt strömungsverbunden ist. Aufgrund
des Drosselelementes verhält
sich der hydraulische Koppler bei schnellen Bewegungsvorgängen als
steifes Bauteil und bei langsamen Bewegungsvorgängen als flexibles und längenausgleichendes
Bauteil.
Darüber hinaus
vorteilhaft ist, wenn an dem dem ersten Topfboden abgewandten Ende
der Kolbenstange ein Kopfteil mit einer zweiten Schulter vorgesehen
ist, wobei vorteilhafterweise ein Federelement zwischen dem Radialbereich
des elastischen Dichtelementes und dem Kopfteil vorgesehen ist und den
Radialbereich in Richtung Kolben drückt. Auf diese Weise wird ein Überdruck
in der Flüssigkeit
des hydraulischen Kopplers erzeugt, so daß der Kopplerspalt schnell
wieder befüllbar
ist. Außerdem
ist auf diese Weise gewährleistet,
daß der
hydraulische Koppler an einer Stirnseite immer an einer Ventilnadel
und an der anderen Stirnseite an einem Aktor anliegt, da das Federelement
das Kopfteil in Richtung Aktor drückt.
In
einer vorteilhaften Ausführung
weist der Kolben eine topfförmige
Aussparung und einen zweiten Topfboden auf, wobei in dem zweiten
Topfboden ein die topfförmige
Aussparung mit dem Kopplerspalt verbindender Drosselkanal und wobei
in dem Drosselkanal ein axial beweglicher Drosselkörper vorgesehen
ist. In der topfförmigen
Aussparung des Kolbens ist ein zweites Federelement angeordnet,
das auf den Drosselkörper
wirkt und diesen an den ersten Topfboden des topfförmigen Zylinders
drückt.
Auf diese Weise ist das von dem Drosselkanal und dem Drosselkörper gebildete
Drosselelement fertigungstechnisch sehr einfach und kostengünstig ausgeführt.
Weiterhin
vorteilhaft ist, wenn in dem topfförmigen Zylinder ein weiterer
Kolben axial beweglich vorgesehen ist, wobei der Durchmesser des
weiteren Kolbens kleiner ist als der Durchmesser des Kolbens, da
auf diese Weise eine hydraulische Übersetzung des Aktorhubes erreicht
ist.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es
zeigen 1 ein schematisch dargestelltes Brennstoffeinspritzventil, 2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen hydraulischen
Kopplers, 3 ein zweites Ausführungsbeispiel, 4 ein
drittes Ausführungsbeispiel, 5 ein
viertes Ausführungsbeispiel, 6 ein
fünftes Ausführungsbeispiel
und 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Kopplers.
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
1 zeigt
ein Brennstoffeinspritzventil, bei dem beispielsweise ein erfindungsgemäß ausgebildeter
hydraulischer Koppler Verwendung findet.
Das
Brennstoffeinspritzventil dient dazu, Kraftstoff in einen Brennraum
einer Brennkraftmaschine einzuspritzen und wird beispielsweise bei
der sogenannten Direkteinspritzung verwendet.
Das
Brennstoffeinspritzventil hat ein Ventilgehäuse 1 mit einem Eingangskanal 2 für den Kraftstoff.
In dem Ventilgehäuse 1 ist
ein schematisch dargestellter Aktor 3 zur axialen Verstellung
einer Ventilnadel 4 angeordnet.
Die
Ventilnadel 4 ist in dem Ventilgehäuse 1 axial beweglich
vorgesehen und weist beispielsweise einen dem Aktor 3 zugewandten
Nadelschaft 7 und einen dem Aktor 3 abgewandten
Ventilschließkörper 8 auf.
Der Aktor 3 überträgt seine
Bewegung über
einen sogenannten hydraulischen Koppler 9 auf den Nadelschaft 7 der
Ventilnadel 4, wodurch der mit einem Ventilsitz 10 zusammenwirkende
Ventilschließkörper 8 das
Brennstoffeinspritzventil öffnet
oder schließt.
Das Brennstoffeinspritzventil weist beispielsweise einen sogenannten
Kugel-Kegelsitz auf, wobei der Ventilsitz 10 beispielsweise
kegelförmig ausgebildet
ist und der Ventilschließkörper 8 einen mit
dem Ventilsitz 10 zusammenwirkenden Kugel- oder Radienabschnitt 11 aufweist.
Bei
geschlossenem Brennstoffeinspritzventil liegt der Ventilschließkörper 8 über seinen
gesamten Umfang an dem Ventilsitz 10 mit Linien- oder Flächenberührung dicht
an, was im folgenden als Dichtsitz 12 bezeichnet wird.
Der
Aktor 3 ist beispielsweise ein piezoelektrischer oder magnetostriktiver
Aktor und gegenüber dem
Kraftstoff gekapselt ausgeführt.
Ein
piezoelektrischer Aktor ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung
103 19 599 vorgeschlagen, wobei deren Inhalt ausdrücklich Teil
der Offenbarung dieser Anmeldung sein soll.
Der
piezoelektrische Aktor 3 besteht aus einer Vielzahl von
piezokeramischen Schichten, die durch Anlegen einer elektrischen
Spannung eine Dehnung in axialer Richtung ausführen. Dabei wird der sogenannte
inverse piezoelektrische Effekt ausgenutzt, bei dem elektrische
Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Die durch das Anlegen der
elektrischen Spannung erzeugte Dehnung der piezokeramischen Schichten
wird über
den hydraulischen Koppler 9 auf die Ventilnadel 4 übertragen,
wobei die Ventilnadel 4 beispielsweise einen Hub von 40 bis
50 Mikrometer ausführt.
Nach erfolgter Öffnung des
Brennstoffeinspritzventils verkürzt
sich der Aktor 3 durch Abschalten der elektrischen Spannung
und die Ventilnadel 4 wird mittels einer Feder 15 wieder
in Richtung Ventilsitz 10 zurückbewegt und schließt das Brennstoffeinspritzventil.
Da
sich der Aktor 3 und die übrigen Komponenten des Brennstoffeinspritzventils,
beispielsweise das Ventilgehäuse 1,
wegen unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten bei
Temperaturänderung
unterschiedlich stark ausdehnen, muß der hydraulische Koppler 9 die
Differenzen in der unterschiedlichen Längenausdehnung ausgleichen,
um zu gewährleisten,
daß das
Brennstoffeinspritzventil mit der Ventilnadel 4 unabhängig von
der jeweiligen Temperatur des Brennstoffeinspritzventils bei einer Öffnungsbewegung
jeweils den gleichen Hub ausführt
wie der Aktor 3. Es dürfen
keine Hubverluste auftreten, bei denen der Hub des Aktors 3 nicht
vollständig
auf die Ventilnadel 4 übertragen
wird, so daß der
Hub der Ventilnadel 4 kleiner ist als der Hub des Aktors 3.
Der
Kraftstoff wird im Ventilgehäuse 1 ausgehend
vom Eingangskanal 2 bis an den Ventilschließkörper 8 stromauf
des Dichtsitzes 12 geleitet. Beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils
hebt der Ventilschließkörper 8 von
dem Dichtsitz 12 ab, wodurch eine Verbindung zu dem Brennraum
der Brennkraftmaschine geöffnet
wird, so daß Kraftstoff über einen zwischen
dem Ventilschließkörper 8 und
dem Ventilsitz 10 gebildeten Ausgangsspalt in den Brennraum ausströmt. Der
Ausgangsspalt erweitert sich beispielsweise in Strömungsrichtung
und wirkt dadurch als Diffusor. Je größer der Hub der Ventilnadel 4 in Öffnungsrichtung
ist, desto größer ist
der Ausgangsspalt und desto mehr Kraftstoff wird pro Zeiteinheit
in den Brennraum eingespritzt.
Das
Brennstoffeinspritzventil ist beispielsweise ein sogenanntes nach
außen öffnendes
Ventil, wobei die Ventilnadel 4 einen Hub in vom Aktor 3 abgewandte
Richtung ausführt,
kann aber selbstverständlich
auch ein sogenanntes nach innen öffnendes
Ventil sein.
2 zeigt
einen erfindungsgemäßen hydraulischen
Koppler gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
Bei
dem hydraulischen Koppler nach 2 sind die
gegenüber
dem Brennstoffeinspritzventil nach 1 gleichbleibenden oder
gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der
hydraulische Koppler 9 ist zwischen dem Aktor 3 und
der Ventilnadel 4 eingespannt und weist beispielsweise
einen topfförmigen
Zylinder 15 mit einem ersten Topfboden 18 und
einen in dem topfförmigen
Zylinder 16 axial beweglichen Kolben 17 auf. Der erste
Topfboden 18 des topfförmiger
Zylinders 16 liegt an der Ventilnadel 4 an. Der
Durchmesser der dem Kolben 17 zugewandten Innenseite 16.1 des topfförmigen Zylinders 16 ist
geringfügig
größer als der
Durchmesser des Kolbens 17.
Der
Kolben 17 ist beispielsweise zylinderförmig ausgeführt. An einer dem ersten Topfboden 18 abgewandten
Stirnseite des Kolbens 17 ist beispielsweise eine Kolbenstange 19 angeordnet,
die eine gegenüber
dem Kolben 17 kleinere radiale Ausdehnung aufweist und
sich in einer vom Kolben 17 abgewandten Richtung axial
erstreckt.
Die
Kolbenstange 19 des Kolbens 17 ist beispielsweise
zylinderförmig
ausgebildet, kann aber auch eine andere Form haben. Die Kolbenstange 19 weist
beispielsweise an ihrem dem Kolben 17 abgewandten Ende
ein auf die Kolbenstange 19 aufgesetztes Kopfteil 22 auf,
das an dem Aktor 3 anliegt. Das Kopfteil 22 ist
beispielsweise zylinderförmig
ausgebildet, kann aber auch eine andere Form aufweisen. Das Kopfteil 22 weist
eine erste Durchgangsöffnung 32 auf,
in die die Kolbenstange 19 zumindest hineinragt, und ist
beispielsweise kraftschlüssig
mit der Kolbenstange 19 verbunden. Das Kopfteil 22 kann aber
selbstverständlich
auch auf andere Weise mit der Kolbenstange 19 zusammengefügt sein.
Der
topfförmige
Zylinder 16, der Kolben 17 mit der Kolbenstange 19 und
dem Kopfteil 22 sind konzentrisch zu einer Achse 21 des
Kopplers 9 angeordnet.
Der
Zylinder 16 weist an seinem Außenumfang einen ringförmig umlaufenden
ersten Absatz 23 auf, der von der dem erster Topfboden 18 abgewandten
Stirnseite des Zylinders 16 aus bis zu einer ersten Schulter 24 des
ersten Absatzes 23 verläuft.
Ein
elastisches Dichtungselement 25, das den hydraulischen
Koppler 9 zwischen dem Zylinder 16 und dem Kolben 17 gegenüber dem
Kraftstoff im Brennstoffeinspritzventil abdichtet, verläuft in einem Umfangsbereich 25.1,
beispielsweise von der ersten Schulter 24 des ersten Absatzes 23 ausgehend,
in vom ersten Topfboden 18 abgewandter, axialer Richtung
bis über
eine Kante 33 der dem ersten Topfboden 18 abgewandten
Stirnseite des topfförmigen
Zylinders 16 hinaus. Auf diese Weise umschließt das elastische
Dichtelement 25 zumindest teilweise die äußere Mantelfläche 16.2 des
topfförmigen
Zylinders 16, beispielsweise im Bereich des ersten Absatzes 23.
Erfindungsgemäß verläuft das
elastische Dichtelement 25 von dem Umfangsbereich 25.1 ausgehend
in einem Radialbereich 25.2 radial nach innen und überdeckt
dabei zumindest einen Teil der dem ersten Topfboden 18 abgewandten
Stirnseite des Kolbens 17. Das elastische Dichtelement 25 ist auf
diese Weise topfförmig
ausgebildet, wobei der Radialbereich 25.2 einen Dichtungsboden
und die dem Radialbereich 25.2 abgewandte Stirnseite des elastischen
Dichtelementes 25 eine Dichtungsöffnung 25.3 bildet.
Der Radialbereich 25.2 des elastischen Dichtelementes 25 reicht
von dem Umfangsbereich 25.1 ausgehend bis an den Kolben 17 oder die
Kolbenstange 19.
Der
Radialbereich 25.2 des elastischen Dichtelementes 25 weist
eine zweite Durchgangsöffnung 25.4 auf,
durch die die Kolbenstange 19 des Kolbens 17 hindurchreicht.
Der
Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung 25.4 ist erfindungsgemäß kleiner
als der Durchmesser der Dichtungsöffnung 25.3 des elastischen
Dichtelementes 25. Der Durchmesser der zweiten Durchgangsöffnung 25.4 entspricht
in etwa dem Durchmesser der Kolbenstange 19, damit eine gute
Abdichtung und Führung
zwischen der Kolbenstange 19 und dem elastischen Dichtelement 25 erreicht
ist.
Das
elastische Dichtelement 25 ist im Bereich der Dichtungsöffnung 25.3 mit
dem topfförmigen
Zylinder 16 stoffschlüssig
oder kraftschlüssig verbunden,
beispielsweise mit der ersten Schulter 24 des ersten Absatzes 23.
Im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung 25.4 ist das
elastische Dichtelement 25 mit dem Kolben 17 oder
der Kolbenstange 19, beispielsweise stirnseitig mit einem
zweiten Absatz 26 der Kolbenstange 19, stoffschlüssig oder kraftschlüssig verbunden.
Dabei liegt das elastische Dichtelement 25 beispielsweise
an einem Kragen 28 des zweiten Absatzes 26 an.
Das elastische Dichtelement 25 ist aus Metall, beispielsweise
Stahl, hergestellt und zylinderseitig und/oder kolbenseitig beispielsweise
mittels einer Schweißverbindung
an dem topfförmigen
Zylinder 16 beziehungsweise an dem Kolben 17 oder
der Kolbenstange 19 befestigt.
Das
elastische Dichtelement 25 weist eine oder mehrere ringförmig um
die Achse 21 umlaufende Wellen, Falten oder Ausbuchtungen 27 auf.
Daher ist das elastische Dichtelement 25 auch als Wellbalg bezeichenbar.
Die Wellen, Falten oder Ausbuchtungen 27 sind in dem Umfangsbereich 25.1 und/oder
in dem Radialbereich 25.2 des elastischen Dichtelements 25 vorgesehen.
Das elastische Dichtelement 25 ist auf diese Weise in axialer
Richtung elastisch ausgebildet. Eine Welle 27 ist von zwei
beispielsweise etwa parallel zueinander laufenden Wellenwänden 30 und
einem die Wellenwände 30 verbindenden Wellenbogen 31 gebildet.
Die Wandstärke
des elastischen Dichtelementes 25 beträgt etwa 50 bis 250 Mikrometer,
vorzugsweise 100 Mikrometer. Das elastische Dichtelement 25 weist
beispielsweise eine in radialer Richtung zwischen zwei benachbarten
Wellenbogen 35 gemessene Wellenhöhe von ein bis sechs Millimetern
auf. Die Anzahl der Wellen, Falten oder Ausbuchtungen 27 im
Umfangsbereich 25.1 liegt beispielsweise zwischen drei
und zwölf,
vorzugsweise 8, und die Anzahl der Wellen, Falten oder Ausbuchtungen 27 im
Radialbereich 25.2 zwischen eins und drei, vorzugsweise
eins.
Zwischen
dem ersten Topfboden 18 des Zylinders 16 und dem
Kolben 17 ist ein Kopplerspalt 34 vorgesehen.
Die Größe des Kopplerspaltes 34 ist
abhängig
von der axialen Lage des Kolbens 17 variabel.
Der
Umfangsbereich 25.1 und der Radialbereich 25.2 des
elastischen Dichtelementes 25 schließen zusammen mit der dem ersten
Topfboden 18 abgewandten Stirnseite des topfförmigen Zylinders 16 und
der des Kolbens 17 einen Ausgleichsspalt 35 mit einem
Ausgleichsvolumen ein. Der Ausgleichsspalt 35 ist mit dem
Kopplerspalt 34 strömungsverbunden, beispielsweise über einen
Querkanal 36, einen Verbindungskanal 37 und ein
Drosselelement 38. Der Verbindungskanal 37 ist
in dem Kolben 17 mit der Kolbenstange 19 vorgesehen,
verläuft
beispielsweise von einer dem Kolben 17 abgewandten Stirnseite der
Kolbenstange 19 bis in den Kolben 17 hinein und mündet über das
Drosselelement 38 in den Kopplerspalt 34. Der
Verbindungskanal 37 ist beispielsweise konzentrisch zu
der Achse 21 angeordnet. Das Drosselelement 38 ist
gegenüber
dem Verbindungskanal 37 verengt und weist beispielsweise
einen Durchmesser von 100 Mikrometer auf. Der Querkanal 36 verläuft beispielsweise
im zweiten Absatz 26 der Kolbenstange 19 quer
zum Verbindungskanal 37 und verbindet diesen mit dem Ausgleichsspalt 35.
Der
hydraulische Koppler 9 hat einen Innenraum 42,
der von dem topfförmigen
Zylinder 16, dem Kolben 17 und dem elastischen
Dichtelement 25 eingeschlossen ist, unter anderem durch
den Ausgleichsspalt 35, den Kopplerspalt 34, den
Querkanal 36 und den Verbindungskanal 37 gebildet
ist und mittels des elastischen Dichtelements 25 hermetisch
gegenüber
dem Kraftstoff im Brennstoffeinspritzventil abgedichtet ist. Der
Innenraum 42 des hydraulischen Kopplers 9 ist
mit einer Flüssigkeit,
beispielsweise Kraftstoff oder einem Zweitmedium wie etwa Silikonöl oder Fomblin,
gefüllt.
Der Innenraum 42 wird über den
Verbindungskanal 37 befüllt.
Nach dem Befüllen des
Innenraums 42 mit Flüssigkeit
wird der Verbindungskanal 37 mit einem Verschließkörper 39 gegenüber dem
Kraftstoff im Brennstoffeinspritzventil dicht verschlossen.
Ein
erstes Federelement 43 wirkt von außen derart auf den Innenraum 42,
daß darin
ein Überdruck
erzeugt wird. Dazu liegt das erste Federelement 43 beispielsweise
mit seinem einen Ende an einer zweiten Schulter 44 des
Kopfteils 22 und mit seinem anderen Ende an einem Federteller 45 an,
der an einer Außenseite 25.5 des
Radialbereiches 25.2 des elastischen Dichtelementes 25 angeordnet
ist. Das unter einer Vorspannung stehende erste Federelement 43 preßt den Federteller 45 an
die Außenseite 25.5 des
Radialbereiches 25.2 an und drückt diesen in Richtung zum
Kolben 17. Das erste Federelement 43 ist beispielsweise
als Schraubenfeder ausgebildet.
Wenn
sich Komponenten des Brennstoffeinspritzventils, beispielsweise
das Ventilgehäuse 1 oder
die Ventilnadel 4, bedingt durch Temperaturänderung
stärker
ausdehnen als der Aktor 3, gleicht der hydraulische Koppler 9 die
aus der unterschiedlichen Dehnung resultierende Längendifferenz
aus, indem er seine axiale Länge
derart ändert,
daß der
hydraulische Koppler 9 mit dem Kopfteil 22 immer
an dem Aktor 3 und mit dem ersten Topfboden 18 immer
an der Ventilnadel 4 anliegt. Auf diese Weise wird erreicht,
daß sich
kein Spalt zwischen dem Aktor 3 und der Ventilnadel 4 bilden
kann, so daß immer
gewährleistet
ist, daß der
Hub des Aktors 3 vollständig
auf die Ventilnadel 4 übertragen
wird und keine Hubverluste auftreten.
Die
Ausdehnung des Aktors 3 wird über das Kopfteil 22,
die Kolbenstange 19, den Kolben 17, den Kopplerspalt 34 und
den Zylinder 16 auf die Ventilnadel 4 übertragen.
Bei zeitlich schnellen auf den hydraulischen Koppler 9 wirkenden
Bewegungsvorgängen,
wie beispielsweise der Ausdehung des Aktors 3 bei Beschalten
mit einer elektrischen Spannung, verhält sich der hydraulische Koppler 9 als
extrem steifes Bauteil, da in der kurzen Zeit fast keine Flüssigkeit
aus dem Kopplerspalt 34 und durch das Drosselelement 38 fließen kann.
Da also der Kopplerspalt 34 konstant bleibt, wird der Hub
des Aktors 3 vollständig auf
die Ventilnadel 4 übertragen.
Bei zeitlich langsamen auf den hydraulischen Koppler 9 wirkenden
Bewegungsvorgängen,
wie beispielsweise der Dehnung aufgrund von Temperaturänderungen,
verkleinert oder vergrößert sich
der Kopplerspalt 34, da die Flüssigkeit genügend Zeit
hat, über
das Drosselelement 38 aus dem Kopplerspalt 34 heraus-
oder in den Kopplerspalt 34 hineinzuströmen.
Wenn
der hydraulische Koppler 9 seine axiale Länge langsam
vergrößert, bewegt
sich der Kolben 17 mit seiner Kolbenstange 19 und
dem Kopfteil 22 in vom ersten Topfboden 18 abgewandter
Richtung und vergrößert dabei
den Kopplerspalt 34. Dabei muß Flüssigkeit aus dem Ausgleichsspalt 35 über den Querkanal 36,
den Verbindungskanal 37 und das Drosselelement 38 in
den Kopplerspalt 34 strömen. Da
der Ausgleichsspalt 35 Flüssigkeit abgegeben hat, verkleinert
sich das Volumen des Ausgleichsspalts 35 durch elastische
Verformung des elastischen Dichtelementes 25 im Umfangsbereich 25.1 und/oder
im Radialbereich 25.2 in axialer und/oder radialer Richtung
bezüglich
der Achse 21.
Um
den Kopplerspalt 34 jeweils schnellstmöglich vollständig mit
Flüssigkeit
zu befüllen,
damit keine Hubverluste eintreten können und das Brennstoffeinspritzventil
mit hoher Frequenz geschaltet werden kann, ist ein möglichst
hoher Druck der Flüssigkeit
in dem hydraulischen Koppler 9 erforderlich. Der Überdruck
der Flüssigkeit
im hydraulischen Koppler 9 beträgt beispielsweise 5 bis 20
bar.
Wenn
der hydraulische Koppler 9 seine axiale Länge langsam
verkleinert, bewegt sich der Kolben 17 mit seiner Kolbenstange 19 und
dem Kopfteil 22 in Richtung des ersten Topfbodens 18 und
verkleinert dabei den Kopplerspalt 34. Dabei muß Flüssigkeit aus
dem Kopplerspalt 34 durch das Drosselelement 38,
den Verbindungskanal 37 und den Querkanal 36 in
den Ausgleichsspalt 35 strömen. Damit der Ausgleichsspalt 35 die
zusätzliche
Flüssigkeit
aufnehmen kann, vergrößert sich
das Volumen des Ausgleichsspalts 35 durch elastische Ausdehnung
des Dichtelementes 25 im Umfangsbereich 25.1 und/oder
im Radialbereich 25.2 in axialer und/oder radialer Richtung
bezüglich
der Achse 21.
3 zeigt
einen erfindungsgemäßen hydraulischen
Koppler gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
Bei
dem hydraulischen Koppler nach 3 sind die
gegenüber
dem hydraulischen Koppler nach 2 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der
hydraulische Koppler nach 3 unterscheidet
sich von dem hydraulischen Koppler nach 2 darin,
daß der
Kolben 17 und die Kolbenstange 19 nicht einteilig,
sondern zweiteilig ausgebildet sind, wobei die Kolbenstange 19 mit
einem dritten Absatz 48 in eine topfförmige Aussparung 49 des Kolbens 17 reicht
und mit einer dritten Schulter 50 an der dem ersten Topfboden 18 abgewandten
Stirnseite des Kolbens 17 anliegt.
Der
dritte Absatz 48 der Kolbenstange 19 ist beispielsweise
an dem dem Kolben 17 zugewandten Ende der Kolbenstange 19 vorgesehen.
Die Kolbenstange 19 ist beispielsweise kraftschlüssig oder
stoffschlüssig
mit dem Kolben 17 verbunden und beispielsweise mit dem
dritten Absatz 48 in die topfförmige Aussparung 49 eingepreßt. Der
Kolben 17 weist durch die topfförmige Aussparung 49 einen
zweiten Topfboden 52 auf, der von der dem ersten Topfboden 18 zugewandten
Stirnseite des Kolbens 17 in axiale Richtung bis zur topfförmigen Aussparung 49 reicht. Zwischen
der Kolbenstange 19 und dem zweiten Topfboden 52 verbleibt
beispielsweise ein axialer Verbindungsspalt 51. Der axiale
Verbindungsspalt 51 teilt den Verbindungskanal 37 in
einen ersten Abschnitt 37.1 und einen zweiten Abschnitt 37.2.
Der erste Abschnitt 37.1 des Verbindungskanals 37 durchläuft die
Kolbenstange 19 in axialer Richtung vollständig von
seiner einen Stirnseite zu seiner anderen Stirnseite und mündet in
den axialen Verbindungsspalt 51. Der zweite Abschnitt 37.2 verläuft in dem
zweiten Topfboden 52 des Kolbens 17 vom axialen
Verbindungsspalt 51 ausgehend in axiale Richtung bis zum
Drosselelement 38.
Der
Querkanal 36 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als eine Nut
ausgeführt,
die beispielsweise vom Ausgleichsspalt 35 ausgehend entlang der
dem Kolben 17 zugewandten Seite der dritten Schulter 50 radial
nach innen verläuft
und sich zwischen dem dritten Absatz 48 der Kolbenstange 19 und
der topfförmigen
Aussparung 49 in axialer Richtung bis zum axialen Verbindungsspalt 51 erstreckt. Auf
diese Weise ist der Ausgleichsspalt 35 über den Querkanal 36 mit
dem axialen Verbindungsspalt 51 strömungsverbunden, so daß Flüssigkeit
aus dem Ausgleichsspalt 35 über den Querkanal 36,
den Verbindungsspalt 51, den zweiten Abschnitt 37.2 des Verbindungskanals 37 und
das Drosselelement 38 in den Kopplerspalt 34 fließen kann
und umgekehrt.
4 zeigt
einen erfindungsgemäßen hydraulischen
Koppler gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
Bei
dem hydraulischen Koppler nach 4 sind die
gegenüber
dem hydraulischen Koppler nach 2 und 3 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der
hydraulische Koppler nach 4 unterscheidet
sich von dem hydraulischen Koppler nach 3 darin,
daß in
der topfförmigen
Aussparung 49 des Kolbens 17 zusätzlich ein
in einem Federtopf 59 vorgesehenes zweites Federelement 57 angeordnet ist.
Der Durchmesser des Federtopfes 59 ist dabei geringfügig kleiner
als der Durchmesser der topfförmigen
Aussparung 49, so daß der
Federtopf 59 in der topfförmigen Aussparung 49 axial
beweglich und axial geführt
ist.
In
dem zweiten Topfboden 52 ist ein Drosselkanal 62 vorgesehen,
der gegenüber
den Ausführungsbeispielen
nach 2 und 3 deutlich größer ist.
Deshalb ist die Ausbildung des Drosselelementes 38 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
einfacher und kostengünstiger
zu fertigen als bei den Ausführungsbeispielen
nach 2 und 3.
In
dem Drosselkanal 62 ist ein Drosselkörper 63, beispielsweise
eine Kugel, axial beweglich vorgesehen. Ein zwischen dem Drosselkanal 62 und
dem Drosselkörper 63 vorhandener
Drosselspalt wirkt als Drosselelement 38. Der Durchmesser
des Drosselkörpers 63 ist
größer als
eine in axialer Richtung gemessene Dicke des zweiten Topfbodens 52,
so daß der
Drosselkörper 63 den
Drosselkanal 62 in zumindest einer axialen Richtung überragt.
Der Federtopf 59 liegt mit einem dritten Topfboden 58 an
dem Drosselkörper 63 an.
Die Kolbenstange 19 reicht in die topfförmige Aussparung 49 bis
nahe dem zweiten Topfboden 52 des Kolbens 17 und
weist einen vierten Absatz 55 auf, der von der dem zweiten
Topfboden 52 des Kolbens 17 zugewandten Stirnseite
der Kolbenstange 19 ausgehend in axialer Richtung bis zu einer
vierten Schulter 56 verläuft. In dem Federtopf 59 ist
das zweite Federelement 57, beispielsweise eine Schraubenfeder,
angeordnet und liegt mit seinem einen Ende an der dem Drosselkörper 63 gegenüberliegenden
Innenseite des dritten Topfbodens 58 und mit seinem anderen
Ende an der vierten Schulter 56 des vierten Absatzes 55 an.
Der Federtopf 59 und das zweite Federelement 57 umgeben die
Kolbenstange 19 auf diese Weise im Bereich des vierten
Absatzes 55 und sind konzentrisch zu der Kolbenstange 19 angeordnet.
Der Federtopf 59 wird mittels des zweiten Federelementes 57 an
den Drosselkörper 63 gedrückt. Der
Drosselkörper 63 wird
auf diese Weise an den ersten Topfboden 18 gedrückt und
dadurch axial fixiert. Darüber
hinaus sorgt das zweite Federelement 57 dafür, daß der hydraulische Koppler
mit ausreichend großer
Kraft zwischen dem Aktor 3 und der Ventilnadel 4 vorgespannt
ist. Auf diese Weise liegt der Koppler mit dem Kopfteil 22 immer am
Aktor 3 und mit dem ersten Topfboden 18 immer
an der Ventilnadel 4 an.
Flüssigkeit
kann aus dem Ausgleichsspalt 35 über den Querkanal 36 in
die Aussparung 49, in den Federtopf 59 und über eine Öffnung 64 im
Federtopf 59 in den Bereich zwischen dem zweiten Topfboden 52 des
Kolbens 17 und den dritten Topfboden 58 des Federtopfes 59 strömen und
von dort aus über
das Drosselelement 38 in den Kopplerspalt 34 gelangen und
umgekehrt.
5 zeigt
einen erfindungsgemäßen hydraulischen
Koppler gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel.
Bei
dem hydraulischen Koppler nach 5 sind die
gegenüber
dem hydraulischen Koppler nach 2 bis 4 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der
hydraulische Koppler nach 5 unterscheidet
sich von dem hydraulischen Koppler nach 4 darin,
daß das
elastische Dichtelement 25 aus zwei Teilen hergestellt
ist, die dicht miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels
Schweißen.
Der Umfangsbereich 25.1 des elastischen Dichtelements 25 bildet
beispielsweise das erste Teil, das zylindrisch ausgebildet und an
beiden Stirnseiten offen ist, und der Radialbereich 25.2 das
zweite Teil, das beispielsweise scheibenförmig ausgebildet und stirnseitig
an dem ersten Teil angeordnet und mit diesem dicht verbunden ist.
6 zeigt
einen erfindungsgemäßen hydraulischen
Koppler gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel.
Bei
dem hydraulischen Koppler nach 6 sind die
gegenüber
dem hydraulischen Koppler nach 2 bis 5 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der
hydraulische Koppler nach 6 weist deutlich
kleinere sich in radialer Richtung erstreckende Wellen 27 auf
als der hydraulische Koppler nach 2 bis 5.
Außerdem
ist das elastische Dichtelement 25 im Bereich der zweiten
Durchgangsöffnung 25.4 nicht
wie in der Ausführung
nach 2 bis 5 stirnseitig an dem zweiten
Absatz 26 der Kolbenstange 19, sondern am Umfang
der Kolbenstange 19 befestigt. Der zweite Absatz 26 der
Kolbenstange kann entfallen. Dazu schließt sich an den Radialbereich 25.2 des
elastischen Dichtelementes 25 ein Axialbereich 25.5 an,
der von der zweiten Durchgangsöffnung 25.4 ausgehend über eine
vorbestimmte Länge
in axialer Richtung des Aktors 3 verläuft. Der Durchmesser des zweiten
Durchgangsöffnung 25.4 entspricht
in etwa dem Durchmesser der Kolbenstange 19, so daß eine gute
Abdichtung zwischen der Kolbenstange 19 und dem elastischen Dichtelement 25 erreicht
ist.
7 zeigt
einen erfindungsgemäßen hydraulischen
Koppler gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel.
Bei
dem hydraulischen Koppler nach 7 sind die
gegenüber
dem hydraulischen Koppler nach 2 bis 6 gleichbleibenden
oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der
hydraulische Koppler nach 7 unterscheidet
sich von dem hydraulischen Koppler nach 2 darin,
daß eine
hydraulische Übersetzung
des Hubes des Aktors 3 vorgesehen ist.
Dazu
ist in dem ersten Topfboden 18 ein Führungskanal 66 vorgesehen,
der konzentrisch zu der Achse 21 angeordnet ist und den
ersten Topfboden 18 durchgängig durchläuft. In dem Führungskanal 66 ist
ein weiterer Kolben 67 axial beweglich angeordnet, der
den Führungskanal 66 in
Richtung der Ventilnadel 4 überragt. Der Führungskanal 66 und der
weitere Kolben 67 sind beispielsweise zylinderförmig ausgebildet.
Der
Führungskanal 66 mündet über eine
weitere Öffnung 74 in
den Kopplerspalt 34. Auf diese Weise wird der Kopplerspalt 34 durch
ein Teilvolumen des Führungskanals 66 erweitert,
das von der weiteren Öffnung 74 des
Führungskanals 66 in
axiale Richtung bis zu dem weiteren Kolben 67 reicht.
Die
hydraulische Übersetzung
des Kopplers wird erzielt, indem der Durchmesser des weiteren Kolbens 67 kleiner
ausgeführt
ist als der Durchmesser des Kolbens 17. Die hydraulische Übersetzung ergibt
sich aus dem Verhältnis
von dem Durchmesser des Kolbens 17 zum Durchmesser des
weiteren Kolbens 67.
Auf
der der Ventilnadel 4 zugewandten Seite des ersten Topfbodens 18 ist
ein Ringkragen 69 angeordnet, der ringförmig um den weiteren Kolben 67 herum
und konzentrisch zu der Achse 21 vorgesehen ist. Zwischen
dem weiteren Kolben 67 und dem Ringkragen 69 ist
ein Ringspalt 70 gebildet.
Ein
weiteres elastisches Dichtelement 68, beispielsweise aus
Metall hergestellt, dichtet den hydraulischen Koppler zwischen dem
Ringkragen 69 des topfförmigen
Zylinders 16 und dem weiteren Kolben 67 ab. Das
weitere Dichtelement 68 verläuft dabei beispielsweise von
einem der Ventilnadel 4 zugewandten Endabschnitt des weiteren
Kolbens 67 ausgehend durch den Ringspalt 70 bis
an den Ringkragen 69 des topfförmigen Zylinders 16.
Das weitere elastische Dichtelement 68 ist stoffschlüssig oder kraftschlüssig, beispielsweise
mittels einer Schweißverbindung,
mit dem weiteren Kolben 67 und dem Ringkragen 69 verbunden.
Der
Ringspalt 6S ist über
einen im topfförmigen
Zylinder 16 vorgesehenen Kanal 73 mit dem Ausgleichsspalt 35 strömungsverbunden.
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
liegt nicht der erste Topfboden 18, sondern der weitere
Kolben 67 an der Ventilnadel 4 an.
Die
Ausdehnung des Aktors 3 wird über das Kopfteil 22,
die Kolbenstange 19, den Kolben 17, den Kopplerspalt 34 und
den weiteren Kolben 67 auf die Ventilnadel 4 übertragen.
Da der weitere Kolben 67 axial beweglich gelagert ist,
wird der Kolben 17 beim Hub des Aktors 3 in Richtung
des ersten Topfbodens 18 bewegt, wobei ein Teil der Flüssigkeit
des Kopplerspaltes 34 in den Führungskanal 66 verdrängt wird.
Da der Durchmesser des Führungskanals 66 kleiner
ist als der Durchmesser der Innenseite 16.1 des topfförmigen Zylinders 16,
wird die Bewegung des Kolbens 17 über die Flüssigkeit mit einer Hubvergrößerung auf
den weiteren Kolben 67 übertragen.