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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus
der
DE 103 28 573
A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere zum
direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine,
bekannt, welches einen Betätigungsstrang
umfaßt,
der einen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven
Aktor aufweist, der mit einem Ventilschließkörper in Wirkverbindung steht,
der mit einer Ventilsitzfläche
zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei zumindest ein erster einseitig von
dem Brennstoff mit Brennstoffdruck beaufschlagter flexibler Abschnitt
zuströmseitig
des Aktors und zumindest ein zweiter von dem Brennstoff einseitig mit
Brennstoffdruck beaufschlagter flexibler Abschnitt abströmseitig
des Aktors angeordnet sind. Der erste flexible Abschnitt und der
zweite flexible Abschnitt sind so angeordnet, daß die flexiblen Abschnitte
bzw. der auf die flexiblen Abschnitte wirkende Brennstoffdruck auf
den Aktor bzw. den Betätigungsstrang
entgegengesetzte axiale Kräfte
ausüben.
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Nachteilig
an dem aus der
DE
103 28 573 A1 bekannten Stand der Technik ist, daß der konstruktive
Aufbau des Brennstoffeinspritzventils aufwendig und somit kostenintensiv
ist, da der Brennstoff durch ein Außenrohr zugeleitet werden muß.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß abströmseitig
des Aktors ein zweites Ausgleichsvolumen ausgebildet ist, welches
mit Brennstoff gefüllt
ist.
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Die
dabei auftretenden hohen hydraulischen Drücke des Brennstoffs können vorteilhafterweise durch
die Kraftübertragung über einen
hydraulischen Koppler in einfacher Weise kompensiert werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Weiterhin
ist von Vorteil, daß die
Membran des Kopplers auch mehrlagig ausgebildet sein kann, wobei
die mehreren Lagen fest und dicht miteinander verbunden sind, da
dadurch das Ausgleichsvolumen vergrößert werden kann, ohne auf
die sichere Abdichtung des Kopplers verzichten zu müssen.
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Vorteilhafterweise
kann die Membran des Kopplers auch in Form eines durch eine Abschlußplatte
abgeschlossenen Wellbalges ausgebildet sein, welcher ebenfalls eine
Vergrößerung des
Ausgleichsvolumens erlaubt.
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Von
Vorteil ist, daß die
Membran am Koppler bzw. der Wellbalg jeweils mit der Führungshülse dicht verschweißt ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann die Membran am Koppler
auch aus einem Elastomerwerkstoff bestehen.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils,
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2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils,
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3 ein
schematischer Ausschnitt aus dem in 2 dargestellten
zweiten Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im
Bereich III in 2,
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4 ein
schematischer Ausschnitt aus dem in 2 dargestellten
zweiten Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im
Bereich IV in 2,
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5 ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich V in 4, und
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6 ein
viertes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im gleichen Ausschnitt wie 5.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In
den 1 und 2 sind in gleicher Darstellung
zwei Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Brennstoffeinspritzventils 1 schematisch dargestellt. Die
Brennstoffeinspritzventile 1 sind dabei insbesondere als Brennstoffeinspritzventile 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
für gemischverdichtende,
fremdgezündete
Brennkraftmaschinen zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum
der Brennkraftmaschine geeignet. Die in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiele
werden im Folgenden gemeinsam beschrieben, wo nötig, wird auf die Unterschiede
eingegangen.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß 1 und 2 umfaßt einen
piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor 2, welcher
in Form eines Aktormoduls 3 in einem Gehäuse 4 des
Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet ist.
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Weiterhin
umfaßt
das Brennstoffeinspritzventil 1 einen hydraulischen Koppler 5,
welcher zuströmseitig
des Aktormoduls 3 angeordnet ist. Die verschiedenen Ausführungsformen
des hydraulischen Kopplers 5 sind weiter unten näher beschrieben.
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Abströmseitig
des Aktormoduls 3 ist als Teil eines Betätigungsstrangs
des Brennstoffeinspritzventils 1 eine Ventilnadel 6 angeordnet,
welche an ihrem abströmseitigen
Ende einen Ventilschließkörper 8 aufweist,
welcher mit der Ventilnadel 6 insbesondere einstückig ausgebildet
sein kann. Die Ventilnadel 6 durchgreift einen Düsenkörper 10,
welcher in dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
einstückig
und in dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel
zweiteilig aus dem Düsenkörper 10 und
einem Verbindungsbauteil 11 ausgebildet ist. Der Düsenkörper 10 bzw.
das Verbindungsbauteil 11 ist in das Gehäuse 4 des
Brennstoffeinspritzventils 1 eingeschoben und mit diesem
beispielsweise verschweißt.
An dem Düsenkörper 10 ist
eine Ventilsitzfläche 9 ausgebildet,
welche mit dem Ventilschließkörper 8 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Die in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäß ausgebildeter
Brennstoffeinspritzventile 1 sind als außen öffnende
Brennstoffeinspritzventile 1 ausgebildet, wobei die Ventilnadel 6 bzw.
der Ventilschließkörper 8 eine
Abspritzöffnung 7 im
Düsenkörper 10 durchgreift.
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Die
Ventilnadel 6 setzt sich zuströmseitig in einem rohrförmigen Einsatz 12 fort,
welcher eine zentrale Bohrung 13 sowie eine Querbohrung 14 aufweist.
Der Einsatz 12 durchgreift eine Einstellhülse 15,
an deren zulaufseitiger Stirnseite das Aktormodul 3 in
einer kardanischen Führung
zum Ausgleich von radialen Versätzen
des Aktormoduls 3 gegenüber
der Ventilnadel 6 gelagert ist.
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An
dem Einsatz 12 sowie an dem Düsenkörper 10 bzw. dem Verbindungsbauteil 11 ist
eine erste Membran 16 ausgebildet, welche aus einem hochelastischem
Federstahl wie z.B. Marvac hergestellt ist. Die erste Membran 16 dichtet
dabei das Aktormodul 3 gegen den das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff
ab und sorgt durch Bildung eines Ausgleichsvolumens 26 zwischen
der Membran 16 und dem Verbindungsbauteil 11 bzw.
dem Düsenkörper 10 für eine ausgeglichene
Kräftebilanz
relativ zu den auf den hydraulischen Koppler 5 wirkenden Kräften, wie
im Folgenden näher
beschrieben wird.
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In
die Einstellhülse 15 ist
ein elastisches Rohr 17 eingeschoben, welches das Aktormodul 3 sowie
den hydraulischen Koppler 5 durchgreift. Das Rohr 17 erstreckt
sich bis in einen Brennstoffzulaufstutzen 18, welcher das
Brennstoffeinspritzventil 1 zulaufseitig abschließt. Im Bereich
des Kopplers 5 ist das Rohr 17 durch eine Führungshülse 19 verstärkt. Zwischen
der Führungshülse 19 und
dem Brennstoffzulaufstutzen 18 ist eine zweite Membran 20 angeordnet.
Diese besteht ebenso wie die erste Membran 16 aus einem
elastischen Federstahl und ist mit der Führungshülse 19 und dem Brennstoffzulaufstutzen 18 beispielsweise
verschweißt.
Die zweite Membran 20 dichtet den Koppler 5 gegen
den Brennstoff ab, welcher über
den Brennstoffzulaufstutzen 18 in das Rohr 17 geleitet
wird und dann durch den rohrförmigen
Einsatz 12 sowie den Düsenkörper 10 zum Dichtsitz
strömt.
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Der
hydraulische Koppler 5 umfaßt einen Kopplerzylinder 21,
welcher in das Ventilgehäuse 4 eingeschoben
und mit diesem beispielsweise verschweißt ist, sowie einen Kopplerkolben 22, welcher in
dem Kopplerzylinder 21 verschieblich angeordnet ist. Ein
Ausgleichsvolumen 23 zwischen dem Kopplerzylinder 21,
der Führungshülse 19 und
dem Brennstoffzulaufstutzen 18 ist mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllt,
welche in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Brennstoffeinspritzventils 1 durch einen Leckagespalt 24 in
einen Kopplerspalt 25 ein- und ausströmen kann.
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Betrachtet
man 1, so ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß zwischen
den beiden Membranen 16 und 20 ein Kräftegleichgewicht
der im Brennstoffeinspritzventil 1 wirkenden hydraulischen
Kräfte herrscht.
Einerseits ist der Kopplerkolben 22 durch den Druck des
Brennstoffs auf die Membran 20, welcher über die
Hydraulikflüssigkeit
auf den Kopplerkolben 22 übertragen wird, beaufschlagt
und erfährt eine
Kraft in Abströmrichtung.
Andererseits ist die erste Membran 16 entgegen der Abströmrichtung des
Brennstoffs durch den Brennstoffdruck beaufschlagt, welcher durch
den das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmende Brennstoff
ausgeübt
wird. Der Brennstoffdruck, mit welchem das Brennstoffeinspritzventil 1 arbeitet,
ist dabei durch die Gegebenheiten des Betriebs der Brennkraftmaschine
festgelegt, weshalb nurmehr der Druck der Hydraulikflüssigkeit
in dem Ausgleichsvolumen 23 des hydraulischen Kopplers 5 entsprechend
gewählt
werden muß,
damit das Kräftegleichgewicht
in Strömungsrichtung
und entgegen der Strömungsrichtung
erhalten werden kann.
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Dadurch
kann auf einfache Weise sichergestellt werden, daß das Aktormodul 3 einerseits
nicht durch die Krafteinwirkung durch den Brennstoffdruck beschädigt wird
und andererseits zuverlässig
gegen die chemische Einwirkung des Brennstoffs abgedichtet ist,
wodurch der Herstellungsaufwand bei der Herstellung des Aktormoduls 3 erheblich
gesenkt werden kann, da die Rohrfeder, welche den Aktor 2 vorspannt,
nicht so stark dimensioniert werden muß und das Aktormodul 3 nicht
bereits vor der Montage in Dichtmasse eingegossen werden muß.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Brennstoffeinspritzventils 1 weist gegenüber dem
in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einen modifizierten
hydraulischen Koppler 5 sowie eine geringfügig andere Ausbildung
im Bereich des Dichtsitzes auf.
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Die
Brennstoffzufuhr erfolgt hier über
den Brennstoffzulaufstutzen 18, durch das flexible Rohr 17,
das Einstellstück 15 und
den rohrfömigen
Einsatz 12 in den Düsenkörper 10,
wobei der Ventilschließkörper 8 in
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel Flächenanschliffe 27 aufweist,
wie aus 3 in vergrößerter Darstellung ersichtlich.
Auch die Querbohrung 14, durch welche der Brennstoff in
das Ausgleichsvolumen 26 abströmseitig der ersten Membran 16 gelangt,
ist aus 3 gut ersichtlich.
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Der
hydraulische Koppler 5, der in 4 vergrößert dargestellt
ist, weist im zweiten Ausführungsbeispiel
ein verkleinertes Volumen durch ein eingesetztes Zwischenstück 28 auf,
welches in dem Ausgleichsvolumen 23 angeordnet ist. Dies
ist dadurch möglich,
daß der
Kopplerkolben 22 gegenüber
dem Kopplerzylinder 21 durch eine zulaufseitige äußere Dichtung 30 und
gegenüber
der Führungshülse 19 durch
eine ablaufseitige innere Dichtung 31 abgedichtet ist,
so daß Leckageverluste
minimiert werden können.
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Weiterhin
ist ein Rückschlagventil 29 vorgesehen,
durch welches Überdruck
zur Vermeidung von Beschädigungen
abgebaut werden kann.
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Die 5 und 6 zeigen
in einer ausschnittsweisen schematischen Darstellung jeweils den
in 4 mit V bezeichneten Ausschnitt in zwei weiteren
erfindungsgemäßen Weiterbildungen
der Erfindung.
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Gemäß 5 ist
dabei vorgesehen, daß die Membran 20 mehrlagig
ausgebildet ist, um das Ausgleichsvolumen 23 gegenüber dem
in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel zu erhöhen. Damit
kann das große
Ausgleichsvolumen gemäß 1 mit
der effektiven Abdichtung gemäß 4 kombiniert
werden. Die mehreren Lagen der Membran 20 sind dabei fest
und dicht miteinander verbunden. Die Membran 20 ist mit
der Führungshülse 19 verbunden,
vorzugsweise verschweißt.
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Gemäß 6 ist
vorgesehen, die Membran 20 in Form eines zweiteiligen Wellbalges 32 auszubilden,
welcher zuströmseitig
des Kopplers 3 angeordnet und durch eine Abschlußplatte 33 gegenüber dem
Brennstoff abgeschlossen ist. Auch hierdurch ist eine Vergrößerung des
Ausgleichsvolumens 23 möglich.
Auch hier ist der Wellbalg vorzugsweise durch Schweißen mit
der Führungshülse 19 verbunden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
auch für
beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1,
insbesondere für
andere Aktoren 2 und für nach
innen öffnende
Brennstoffeinspritzventile 1, geeignet. Weiterhin ist denkbar,
die Membran 20, welche nahe dem Koppler 5 angeordnet
ist, nicht aus Metall, sondern aus einem geeigneten Elastomer auszubilden.
Alle Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar.