DE102004002134A1

DE102004002134A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102004002134A1
Application number: DE200410002134
Authority: DE
Inventors: Klaus Noller; Wolfgang Stoecklein; Dietmar Schmieder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2005-08-04

Abstract

Bekannte Brennstoffeinspritzventile haben einen hydraulischen Koppler, der einen Zylinder mit einem Topfboden und einen axial beweglichen Kolben aufweist, wobei zwischen dem Topfboden und dem Kolben ein Kopplerspalt vorgesehen ist. Eine erste Dichtung dichtet den Koppler zwischen dem Zylinder und dem Kolben ab. Der Koppler hat ein vergleichsweise großes Flüssigkeitsvolumen, so daß die erste Dichtung bei temperaturbedingter Volumenänderung der Flüssigkeit ein großes Ausgleichsvolumen durch elastische Dehnung bereitstellen muß. Die erste Dichtung ist durch die Flüssigkeitsausdehnung mechanisch stark belastet. DOLLAR A Bei dem erfindungsgemäßen Brennnstoffeinspritzventil wird auf einfache Art und Weise die mechanische Belastung der ersten Dichtung verringert. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, auf der dem Kolben (17) abgewandten Seite des ersten Topfbodens (18) eine zweite Dichtung (36) vozusehen, die mit dem ersten Topfboden (18) einen zweiten Ausgleichsraum (37) einschließt, der über ein Drosselelement (38) mit dem Kopplerspalt (22) strömungsverbunden ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein Brennstoffeinspritzventil aus der DE 35 33 085 A1 bekannt mit einem hydraulischen Koppler, der einen topfförmigen Zylinder mit einem Topfboden und einen in dem topfförmigen Zylinder axial beweglichen Kolben aufweist, wobei zwischen dem Topfboden und dem Kolben ein Kopplerspalt vorgesehen ist. Auf der dem Topfboden abgewandten Stirnseite des topfförmigen Zylinders ist eine erste Dichtung angeordnet, die den hydraulischen Koppler zwischen dem topfförmigen Zylinder und dem Kolben abdichtet und den Hub des Kolbens in einem dem Kolben zugewandten Bereich mit ausführt. Der hydraulische Koppler hat ein vergleichsweise großes Flüssigkeitsvolumen, so daß die erste Dichtung bei temperaturbedingter Volumenänderung der Kopplerflüssigkeit ein großes Ausgleichsvolumen durch elastische Dehnung bereitstellen muß. Die erste Dichtung ist dadurch nicht nur durch die Bewegung des Kolbens, sondern auch durch die Flüssigkeitsausdehnung mechanisch stark belastet.

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 der ersten Dichtung verringert wird, indem auf einer dem Kolben abgewandten Seite des ersten Topfbodens eine zweite Dichtung vorgesehen ist, die mit dem ersten Topfboden einen zweiten Ausgleichsraum einschließt, der über ein Drosselelement mit dem Kopplerspalt strömungsverbunden ist. Durch diese Funktionstrennung ist die erste Dichtung im wesentlichen durch die Kolbenbewegung mechanisch beansprucht, wobei die zweite Dichtung die Belastung durch Volumenänderung der Kopplerflüssigkeit aufnimmt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die zweite Dichtung den Topfboden überdeckt und mit einem Dichtungsrand in axialer Richtung übergreift, da auf diese Weise eine zuverlässige und einfache Abdichtung des zweiten Ausgleichsraums möglich ist. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die zweite Dichtung stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem topfförmigen Zylinder verbunden.
Sehr vorteilhaft ist, wenn die zweite Dichtung einen Abstand zum ersten Topfboden aufweist, der im Bereich einer Achse des hydraulischen Kopplers zwischen 0,1 Millimeter und 1 Millimeter beträgt, da auf diese Weise das Flüssigkeitsvolumen des hydraulischen Kopplers und damit das durch die zweite Dichtung bereitzustellende Ausgleichsvolumen stark verringert wird. Der hydraulische Koppler ist bei höheren Temperaturen einsetzbar, da die erste Dichtung und die zweite Dichtung mechanisch entlastet sind.
Auch vorteilhaft ist, wenn die zweite Dichtung als Wellbalg ausgebildet ist, da der Wellbalg einen größeren axialen Hub ausführen und damit ein größeres Ausgleichsvolumen bereitstellen kann. Gemäß dieser Ausführung sind auch Flüssigkeiten in dem Koppler einsetzbar, die eine vergleichsweise große Wärmeausdehnung aufweisen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die erste Dichtung und die zweite Dichtung aus Stahl hergestellt, da auf diese Weise eine hermetische Abdichtung des hydraulischen Kopplers über die gesamte Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils sichergestellt ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Topfboden eine muldenförmige zweite Vertiefung auf.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Topfboden an einer zweiten Zylinderkante einen zweiten Radius aufweist, da sich die zweite Dichtung auf diese Weise gut an den Topfboden anschmiegen kann, ohne dabei zu stark umgelenkt zu werden.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die erste Dichtung einen Ausgleichsraum einschließt, der über einen Verbindungskanal mit dem zweiten Ausgleichsraum strömungsverbunden ist, da auf diese Weise die zuvor beschriebene Funktionstrennung ermöglicht wird.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn ein Federelement auf den zweiten Ausgleichsraum oder den ersten Ausgleichsraum wirkt und einen Überdruck in dem zweiten Ausgleichsraum und dem ersten Ausgleichsraum erzeugt, da auf diese Weise eine schnelle Befüllung des Kopplerspaltes erreicht wird, die eine Voraussetzung dafür ist, daß das Brennstoffeinspritzventil mit hoher Frequenz und ohne Hubverluste geschaltet werden kann. Außerdem ist durch das Federelement gewährleistet, daß der hydraulische Koppler an einer Stirnseite immer an einer Ventilnadel und an der anderen Stirnseite an einem Aktor anliegt.
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 einen erfindungsgemäßen hydraulischen Koppler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und 3 einen erfindungsgemäßen hydraulischen Koppler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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 16 mit einem ersten Topfboden 18 und einem in dem topfförmigen Zylinder 16 axial beweglichen Kolben 17 auf. Die dem Aktor 3 zugewandte Stirnseite des hydraulischen Kopplers 9 wird im folgenden als erste Stirnseite 20 und die der Ventilnadel 4 zugewandte Stirnseite als zweite Stirnseite 21 bezeichnet. Der Durchmesser einer dem Umfang des Kolbens 17 zugewandten Zylinderinnenfläche 19 des topfförmigen Zylinders 16 ist geringfügig größer als der Durchmesser des Kolbens 17. Zwischen dem Kolben 17 und dem ersten Topfboden 18 ist ein Kopplerspalt 22 vorgesehen, dessen Größe abhängig von der axialen Lage des Kolbens 17 variabel ist.
An der dem ersten Topfboden 18 abgewandten Stirnseite des Kolbens 17 ist konzentrisch ein Kolbenabsatz 23 vorgesehen, der beispielsweise zylinderförmig ausgebildet ist mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Kolbens 17. Der Kolbenabsatz 23 liegt mit seiner dem Kolben 17 abgewandten Stirnseite an dem Aktor 3 an. An dem Kolbenabsatz 23 ist ein Stellring 24 vorgesehen, der den Kolbenabsatz 23 ringförmig umgibt und am Umfang des Kolbenabsatzes 23 anliegt.
Der hydraulische Koppler 9 ist zwischen dem topfförmigen Zylinder 16 und dem Kolben 17 mittels einer ersten Dichtung 25 gegenüber dem Kraftstoff im Brennstoffeinspritzventil abgedichtet. Die erste Dichtung 25 ist dazu sowohl an dem Zylinder 16 als auch an dem Kolben 17 angeordnet, wobei ein dem Kolben 17 zugewandter Bereich der ersten Dichtung 25 an die Bewegung des Kolbens 17 gekoppelt ist und diese mit ausführt.
Der topfförmige Zylinder 16, der Kolben 17 mit dem Kolbenabsatz 23 und der Stellring 24 sind beispielsweise konzentrisch zu einer Achse 26 des hydraulischen Kopplers 9 angeordnet.
Die erste Dichtung 25 ist beispielsweise ringförmig um den Kolbenabsatz 23 herum angeordnet und verläuft beispielsweise vom Stellring 24 ausgehend gewölbt radial nach außen bis zu einer abgerundeten ersten Zylinderkante 30 mit einem ersten Radius 31, ist entlang dem ersten Radius 31 gebogen und erstreckt sich anschließend über eine vorbestimmte Länge in axialer Richtung vom Kolbenabsatz 23 weg entlang dem Umfang des Zylinders 16. Die erste Dichtung 25 ist auf diese Weise deckelförmig ausgebildet. Der erste Radius 31 ist derart abgerundet ausgebildet, daß die erste Dichtung 25 nicht zu stark umgelenkt wird. Auf diese Weise wird die mechanische Belastung der ersten Dichtung 25 verringert.
Die erste Dichtung 25 ist beispielsweise aus Stahl hergestellt und mit ihrem in axialer Richtung verlaufenden Abschnitt mit dem Zylinder 16 und ihrem radial verlaufenden Abschnitt mit dem Stellring 24 kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt. Die erste Dichtung 25 kann aber auch aus einem Elastomer hergestellt sein.
Der Stellring 24 mit daran befestigter erster Dichtung 25 ist in axialer Richtung derart an dem Kolbenabsatz 23 angeordnet, daß ein vorbestimmter Abstand zwischen der ersten Dichtung 25 und der dem ersten Topfboden 18 abgewandten Stirnseite des Kolbens 17 verbleibt. Der Stellring 24 ist stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Kolbenabsatz 23 verbunden, beispielsweise mittels Schweißen. Auf diese Weise ist zwischen der ersten Dichtung 25 und den dem ersten Topfboden 18 abgewandten Stirnseiten des Kolbens 17 und des topfförmigen Zylinders 16 ein erster Ausgleichsraum 29 gebildet. Der vorbestimmte Abstand zwischen der ersten Dichtung 25 und der dem ersten Topfboden 18 abgewandten Stirnseite des Kolbens 17 ist in axialer Richtung gesehen größer als der maximale Hub des Kolbens 17 und beträgt beispielsweise 0,1 bis 1 Millimeter, vorzugsweise 0,2 Millimeter. Die erste Dichtung 25 hat eine ausreichend hohe Elastizität, um eine axiale Bewegung des Kolbens 17 im topfförmigen Zylinder 16 zu ermöglichen.
Der Kolben 17 weist auf der dem ersten Topfboden 18 abgewandten Stirnfläche an den Kolbenabsatz 23 anschließend beispielsweise eine muldenförmige erste Vertiefung 32 auf.
Der topfförmige Zylinder 16 weist einen Verbindungskanal 33 auf, der von der dem ersten Topfboden 18 abgewandten Stirnseite des topfförmigen Zylinders 16 ausgehend in axialer Richtung bis zum ersten Topfboden 18 verläuft und diesen durchdringt.
Erfindungsgemäß ist auf der dem Kolben 17 abgewandten Seite des ersten Topfbodens 18 eine zweite Dichtung 36 angeordnet, die mit dem ersten Topfboden 18 einen zweiten Ausgleichsraum 37 einschließt, indem ein vorbestimmter Abstand zwischen der zweiten Dichtung 36 und der dem Kolben 17 abgewandten Seite des ersten Topfbodens 18 im Bereich der Achse 26 besteht. Der vorbestimmte Abstand zwischen der zweiten Dichtung 36 und der dem Kolben 17 abgewandten Seite des ersten Topfbodens 18 liegt im Bereich der Achse 26 beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,1 und 1 Millimeter, vorzugsweise 0,2 Millimeter, bezogen auf den Einbauzustand des hydraulischen Kopplers 9 zwischen dem Aktor 3 und der Ventilnadel 4. Der zweite Ausgleichsraum 37 ist über ein Drosselelement 38, das beispielsweise in dem ersten Topfboden 18 konzentrisch bezüglich der Achse 26 vorgesehen ist, mit dem Kopplerspalt 22 strömungsverbunden und über den Verbindungskanal 33 mit dem ersten Ausgleichsraum 29.
Die zweite Dichtung 36 überdeckt den ersten Topfboden 18 des topfförmigen Zylinders 16 beispielsweise bis zu einer zweiten Zylinderkante 40 mit einem zweiten Radius 41, übergreift die zweite Zylinderkante 40 mit einem in axialer Richtung verlaufenden Dichtungsrand 43 und liegt mit dem Dichtungsrand 43 am Umfang des topfförmigen Zylinders 16 an. Die zweite Dichtung 36 ist auf diese Weise deckelförmig ausgebildet. Die zweite Dichtung 36 ist beispielsweise aus Stahl hergestellt, kann aber auch aus einem Elastomer bestehen. Die zweite Dichtung 36 ist stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig am Dichtungsrand 43 mit dem Umfang des topfförmigen Zylinders 16 verbunden, beispielsweise mittels Schweißen.
Der erste Topfboden 18 geht beispielsweise vom zweiten Radius 41 ausgehend in radialer Richtung nach innen gesehen stetig in eine muldenförmige zweite Vertiefung 42 über. Der erste Topfboden 18 ist auf der dem Kolben 17 abgewandten Seite derart abgerundet ausgebildet, daß die zweite Dichtung 36 nicht zu stark umgelenkt wird. Auf diese Weise wird die mechanische Belastung der zweiten Dichtung 36 verringert.
Der hydraulische Koppler 9 weist einen Innenraum 44 auf, der mittels der ersten Dichtung 25 und der zweiten Dichtung 36 hermetisch gegenüber dem Kraftstoff im Brennstoffeinspritzventil abgedichtet ist. Zu dem Innenraum 44 gehören beispielsweise der Kopplerspalt 22, der erste Ausgleichsraum 29, der Verbindungskanal 33 und der zweite Ausgleichsraum 37. Der Innenraum 44 des hydraulischen Kopplers 9 ist mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Kraftstoff oder einem Zweitmedium wie etwa Silikonöl oder Fomblin, gefüllt.
Zur Erzeugung eines Überdrucks in dem Innenraum 44 wirkt ein Federelement 45 beispielsweise über einen zylinderförmigen oder scheibenförmigen Druckkolben 48 von außen auf die zweite Dichtung 36 und damit auf den zweiten Ausgleichsraum 37. Das Federelement 45 kann aber auch über die erste Dichtung 25 von außen auf den ersten Ausgleichsraum 37 wirken und auf diese Weise einen Überdruck in dem Innenraum 44 erzeugen. Das Federelement 45 ist beispielsweise eine Schraubenfeder. Der Druckkolben 48 ist zur Führung beispielsweise in einem topfförmigen Gehäuseabschnitt 49 mit einem zweiten Topfboden 50 angeordnet, wobei der topfförmige Gehäuseabschnitt 49 mit einem dem zweiten Topfboden 50 abgewandten Endabschnitt 51 an dem topfförmigen Zylinder 16 angeordnet ist. Das Federelement 45 und der Druckkolben 48 sind auf diese Weise in einem Federraum 53 vorgesehen, der von dem topfförmigen Gehäuseabschnitt 49 und der am ersten Topfboden 18 angeordneten zweiten Dichtung 36 begrenzt ist. Der Endabschnitt 51 ist beispielsweise in einen am Umfang des topfförmigen Zylinders 16 vorgesehenen ringförmig umlaufenden Kopplerabsatz 52 angeordnet. Der Gehäuseabschnitt 49 ist stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem topfförmigen Zylinder 16 verbunden, beispielsweise mittels Schweißen. Die dem ersten Topfboden 18 zugewandte Stirnseite des Druckkolbens 48 weist beispielsweise eine Erhöhung 55 auf, die in die zweite Vertiefung 42 des ersten Topfbodens 18 eingreift und über die zweite Dichtung 36 mit dieser zusammenwirkt. Das Federelement 45 liegt mit seinem einen Ende an dem zweiten Topfboden 50 des Gehäuseabschnitts 49 und mit seinem anderen Ende an dem Druckkolben 48 an. Der Druckkolben 48 liegt an der zweiten Dichtung 36 an und wird von dem Federelement 45 in Richtung des ersten Topfbodens 18 gedrückt.
Auf der der Ventilnadel 4 zugewandten Seite des zweiten Topfbodens 50 weist der Gehäuseabschnitt 49 eine dritte Vertiefung 56 zur Lagerung und Zentrierung der Ventilnadel 4 auf.
Zur Befüllung des hydraulischen Kopplers 9 weist der topfförmige Zylinder 16 einen Befüllkanal 57 auf, der in den Innenraum 44 des hydraulischen Kopplers 9, beispielsweise in den Verbindungskanal 33, mündet. Der Befüllkanal 58 wird nach dem Befüllen des hydraulischen Kopplers 9 mit Flüssigkeit mittels eines Verschlußkörpers 58, beispielsweise einer Kugel, gegenüber dem Kraftstoff im Brennstoffeinspritzventil abgedichtet. Das Flüssigkeitsvolumen, mit dem der hydraulische Koppler 9 befüllt wird, ist erfindungsgemäß sehr gering, da die erste Dichtung 25 sehr nah am Kolben 17 und die zweite Dichtung 36 sehr nah am ersten Topfboden 18 angeordnet ist, so daß kleine Ausgleichsräume 29,37 gebildet sind.
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 Kolbenabsatz 23 immer an dem Aktor 3 und mit dem zweiten Topfboden 50 des Gehäuseabschnitts 49 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 den Kolbenabsatz 23, den Kolben 17, den Kopplerspalt 22, den topfförmigen Zylinder 16 und den Gehäuseabschnitt 49 auf die Ventilnadel 4 übertragen. Bei zeitlich schnellen auf den hydraulischen Koppler 9 wirkenden Bewegungsvorgängen, wie beispielsweise der Ausdehung des Aktors 3 bei Anlegen einer elektrischen Spannung, verhält sich der hydraulische Koppler 9 als extrem steifes Bauteil, da in der kurzen Zeit fast keine Flüssigkeit aus dem Kopplerspalt 22 durch das Drosselelement 38 fließen kann. Da also der Kopplerspalt 22 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 22, da die Flüssigkeit genügend Zeit hat, über das Drosselelement 38 aus dem Kopplerspalt 22 heraus- oder in den Kopplerspalt 22 hineinzuströmen.
Wenn der hydraulische Koppler 9 seine axiale Länge langsam vergrößert, bewegt sich der Kolben 17 mit dem Kolbenabsatz 23 und dem Stellring 24 unter elastischer Verformung der ersten Dichtung 25 in vom ersten Topfboden 18 abgewandter Richtung und vergrößert dabei den Kopplerspalt 22. Dabei muß Flüssigkeit aus dem zweiten Ausgleichsraum 37 und/oder dem übrigen Innenraum 44 über das Drosselelement 38 in den Kopplerspalt 22 strömen. Da der zweite Ausgleichsraum 37 Flüssigkeit abgegeben hat, drückt der Druckkolben 48 die zweite Dichtung 36 näher in Richtung des ersten Topfbodens 18, so daß sich der zweite Ausgleichsraum 37 verkleinert.
Um den Kopplerspalt 22 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 dem Kolbenabsatz 23 und dem Stellring 24 unter elastischer Verformung der ersten Dichtung 25 in dem ersten Topfboden 18 zugewandter Richtung und verkleinert dabei den Kopplerspalt 22. Dabei muß Flüssigkeit aus dem Kopplerspalt 22 durch das Drosselelement 38 in den zweiten Ausgleichsraum 37 und/oder den übrigen Innenraum 44 strömen. Damit der zweite Ausgleichsraum 37 und/oder der erste Ausgleichsraum 29 die zusätzliche Flüssigkeit aufnehmen kann, muß sich das Volumen des zweiten Ausgleichsraums 37 und/oder des ersten Ausgleichsraums 29 vergrößern, indem sich die zweite Dichtung 36 und/oder die erste Dichtung 25 zumindest abschnittsweise in vom ersten Topfboden 18 abgewandter Richtung bewegt.
Wenn sich das Volumen der Flüssigkeit des Kopplers 9 durch Temperaturänderung ausdehnt und die Flüssigkeit ein größeres Volumen einnimmt als vor der Temperaturänderung, wird die zweite Dichtung 36 derart elastisch gedehnt, daß ein hinreichend großes Ausgleichsvolumen zur Aufnahme des durch die Temperaturänderung entstandenen Zusatzvolumens gebildet ist. Da das Flüssigkeitsvolumen des Kopplers 9 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sehr gering ist, muß die zweite Dichtung 36 und/oder die erste Dichtung 25 nur eine geringe elastische Ausdehnung ausführen, um das erforderliche Zusatzvolumen bereitzustellen. Die zweite Dichtung 36 ist daher durch die Flüssigkeitsdehnung nur gering beansprucht.
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 die zweite Dichtung 36 als Wellbalg ausgebildet ist.
Der Wellbalg ist zylinderförmig ausgebildet und weist eine oder mehrere ringförmig umlaufende Wellen oder Falten 59 auf, wobei eine Welle 59 von zwei beispielsweise etwa parallel zueinander laufenden Wellenwänden 60 und einem die Wellenwände 60 verbindenden Wellenbogen 61 gebildet ist. Die zweite Dichtung 36 ist auf diese Weise in axialer Richtung elastisch ausgebildet.
Die zweite Dichtung 36 ist an seinem dem ersten Topfboden 18 zugewandten Ende an einer ringförmigen Schulter 64 des Gehäuseabschnitts 49 und mit seinem anderen, dem ersten Topfboden 18 abgewandten Ende beispielsweise an einem Topfrand 65 eines Topfes 66 befestigt. Der Topf 66 reicht mit einem dritten Topfboden 67 vorauseilend in die zweite Dichtung 36 hinein bis nahe dem ersten Topfboden 18 des Zylinders 16. Die zweite Dichtung 36 ist mit dem Topfrand 65 und dem Gehäuseabschnitt 49 kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden, beispielsweise mittels Schweißen. Die ringförmige Schulter 64 ist, beabstandet zum ersten Topfboden 18, am Umfang des Gehäuseabschnitts 49 vorgesehen und ragt quer zur Achse 26 in den Federraum 53.
Der zweite Ausgleichsraum 37 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel begrenzt durch den ersten Topfboden 18, den Topf 66 mit dem dritten Topfboden 67, die Schulter 64 und die als Wellbalg ausgebildete zweite Dichtung 36.
Das Federelement 45 liegt mit seinem einen Ende an dem zweiten Topfboden 50 des Gehäuseabschnitts 49 an und reicht mit seinem anderen Ende bis an den dritten Topfboden 67 des Topfes 66. Der Topf 66 ersetzt den Druckkolben 48 aus dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei das Federelement 45 den Topf 66 in Richtung des ersten Topfbodens 18 drückt.

Claims

Brennstoffeinspritzventil mit einem hydraulischen Koppler, der einen topfförmigen Zylinder mit einem ersten Topfboden und einen in dem topfförmigen Zylinder axial beweglichen Kolben aufweist, wobei zwischen dem ersten Topfboden und dem Kolben ein Kopplerspalt und auf einer dem Kopplerspalt abgewandten Seite des Kolbens eine erste Dichtung vorgesehen ist, die den hydraulischen Koppler zwischen dem topfförmigen Zylinder und dem Kolben abdichtet und einen ersten Ausgleichsraum begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Kolben (17) abgewandten Seite des ersten Topfbodens (18) eine zweite Dichtung (36) vorgesehen ist, die mit dem ersten Topfboden (18) einen zweiten Ausgleichsraum (37) einschließt, der über ein Drosselelement (38) mit dem Kopplerspalt (22) strömungsverbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (36) den ersten Topfboden (18) überdeckt und mit einem Dichtungsrand (43) in axialer Richtung übergreift.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (36) einen Abstand zum ersten Topfboden (18) aufweist, der im Bereich einer Achse (26) des hydraulischen Kopplers (9) zwischen 0,1 Millimeter und 1 Millimeter beträgt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (36) stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem topfförmigen Zylinder (16) verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (36) als Wellbalg mit einer oder mehreren Wellen (59) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (25) und die zweite Dichtung (36) aus Stahl hergestellt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Topfboden (18) eine muldenförmige zweite Vertiefung (42) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Topfboden (18) an einer zweiten Zylinderkante (40) einen zweiten Radius (41) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ausgleichsraum (29) über einen Verbindungskanal (33) mit dem zweiten Ausgleichsraum (37) strömungsverbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (45) auf den zweiten Ausgleichsraum (37) oder den ersten Ausgleichsraum (29) wirkt und einen Überdruck in dem zweiten Ausgleichsraum (37) und dem ersten Ausgleichsraum (29) erzeugt.