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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus
der
DE 199 54 537
A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem Betätigungsstrang
mit einem Aktor, einer Ventilnadel, einer hydraulische Umsetzeinrichtung
und einer Rückstellfeder,
die einen Ventilschließkörper betätigen, bekannt.
Die Umsetzeinrichtung dient der Umsetzung eines kleinen Aktorhubs
auf einen größeren Ventilnadelhub
und zum Ausgleich von unterschiedlichen, temperaturbedingten Längenänderungen
von Bauteilen. Abströmseitig und
zuströmseitig
des Aktors ist jeweils zumindest ein flexibler Abschnitt angeordnet,
der Relativbewegungen der Ventilnadel gegenüber dem Aktor oder anderen
Bauteilen ausgleicht und Brennstoff vom Aktor fernhält. Durch
die wellrohrförmige
Ausbildung der flexiblen Abschnitte soll verhindert werden, daß die einseitig
von Brennstoff mit Brennstoffdruck beaufschlagten flexiblen Abschnitte
axiale Kräfte
am Betätigungsstrang
ausüben.
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Nachteilig
an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß die als Dichtung wirkenden
flexiblen Abschnitte sehr aufwendig hergestellt werden müssen, um
eine befriedigende Dauerfestigkeit zu erreichen. Um den radial wirkenden
Kräften
des Brennstoffdrucks standzuhalten, müssen sie jedoch auch eine entsprechende
radial Steifigkeit aufweisen. Diese radiale Steifigkeit erhöht den Fertigungsaufwand und
die Fertigungskosten weiter und wirkt auf die Ventildynamik, durch
die einhergehende axiale Steifigkeit, unvorteilhaft. Der Bauraum
solcher Dichtungen und die vom Brennstoffdruck beaufschlagte Oberfläche ist
erhöht.
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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 auf
unvorteilhaft große,
fehleranfällige,
die Ventildynamik negativ beeinflussende und aufwendig hergestellte
flexible Abschnitte bzw. Dichtungen verzichtet werden kann. Der
Herstellungsaufwand des Brennstoffeinspritzventils ist dadurch wesentlich
reduziert, die Baugröße kann
ohne funktionelle Einbußen
verringert werden und die Zuverlässigkeit
des Brennstoffeinspritzventils ist erhöht. Darüber hinaus können die
in entgegengesetzten axialen Richtungen wirkenden Kräfte des
Brennstoffdrucks vorteilhaft zur Unterstützung oder Übernahme von Funktionsvorgängen im
Brennstoffeinspritzventil genutzt werden.
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Insbesondere
kann ein den Aktor alleinig vorspannendes Federelement, das beispielsweise
als Rohrfeder um den Aktor verläuft,
mit geringerer Vorspannkraft dimensioniert werden oder ggf. ganz
entfallen. Das Aktormodul kann damit einfacher aufgebaut und montiert
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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In
einer ersten Weiterbildung weist der Betätigungsstrang einen hydraulischen
Koppler zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen des Aktors und/oder
anderer Bauteile und/oder zur Hubumsetzung auf, wobei der Koppler
in einer weiteren Weiterbildung zuströmseitig des Aktors angeordnet
ist. Das Brennstoffeinspritzventil kann dadurch besonders zuverlässig gestaltet
und einfach aufgebaut werden. Insbesondere kann so der Kopplerzylinder
in besonders einfacher Weise beispielsweise im Ventilgehäuse angeordnet
werden.
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Weist
der hydraulische Koppler einen Ausgleichsraum, einen Leckagespalt
und einen Membranraum auf, wobei der Leckagespalt den Ausgleichsraum
mit dem Membranraum verbindet, so ist der hydraulische Koppler in
besonders einfache Weise aufgebaut.
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Vorteilhafterweise
ist der hydraulische Koppler vollständig mit einem Hydraulikmedium
gefüllt
und ein dritter flexibler Abschnitt trennt bzw. dichtet das Hydraulikmedium
von Brennstoff ab. Der Koppler kann dadurch insbesondere langlebiger
und zuverlässiger
gestaltet werden, da die Eigenschaften des Hydraulikmedium weitgehend
unabhängig
von der Wahl des Brennstoffes gewählt werden können. Dadurch
können
beispielsweise die Viskosität
und die Schmiereigenschaften des Hydraulikmediums frei gewählt werden.
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Vorteilhafterweise
ist der dritte flexible Abschnitt so gestaltet, daß er den
an ihm einseitig anliegenden Brennstoffdruck zum größten Teil
an das Hydraulikmedium überträgt. Der
Brennstoffdruck kann so in besonders einfacher und vorteilhafterweise dazu
benutzt werden, den Ausgleichsraum mit Hydraulikmedium gefüllt zu halten.
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In
einer weiteren Weiterbildung sind die flexiblen Abschnitte lochplattenförmig und
im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet. Die Flexibilität wird dadurch
gesteigert, die flexiblen Abschnitte können dadurch einfacher gefügt werden und
sind einfach herzustellen.
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Greift
der Betätigungsstrang
durch zumindest einen der flexiblen Abschnitte, so kann das Brennstoffeinspritzventil
besonders kompakt hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise
stehen die einzelnen flexible Abschnitte über Flansche mit dem Betätigungsstrang
in Verbindung. Die flexible Abschnitte können dadurch besonders einfach
mit dem Betätigungsstrang
verbunden werden. Insbesondere die Sicherheit und Langlebigkeit
der Fügeverbindung
zwischen den flexiblen Abschnitten und dem Betätigungsstrang, sowie die Montagefreundlichkeit
der flexiblen Abschnitte, ist dadurch gesteigert.
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Vorteilhafterweise
sind der erste flexible Abschnitt und der zweite flexible Abschnitt
so angeordnet, daß der
mittel- und unmittelbar auf den Ventilschließkörper wirkende Brennstoffdruck
sich kräftemäßig, in
axialer Richtung des Betätigungsstrangs, aufhebt.
Durch den dadurch erzielten hydraulischen Kraftausgleich kann insbesondere
die Federkraft einer auf den Betätigungsstrang
wirkende Vorspannfeder wesentlich kleiner gewählt werden. Durch die verringerte
Federkraft der entgegen der Bestätigungsrichtung
des Aktors wirkenden Vorspannfeder kann ein kleinerer und kostengünstigerer
Aktor verwendet werden. Der Leistungsbedarf des Aktors ist verringert und
die Wärmeentwicklung
im Aktor und im Steuergerät
sind vermindert.
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Durch
die auf den Koppler wirkende verringerte Federkraft kann der Koppler
auch in Kaltstartphasen, bei denen in der Regel die Ventilöffnungszeiten
verlängert
sind, sehr schnell temperaturbedingte Längenausdehnungen kompensieren,
wodurch auch eine Kaltstartphasen mit reduziertem Brennstoffdruck
ermöglicht
wird.
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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
und
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2 eine schematische Darstellung
eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich des Aktorkopfs.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Das
in 1 schematisch dargestellte
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 ist
insbesondere als Brennstoffeinspritzventil 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
für gemischverdichtende,
fremdgezündete
Brennkraftmaschinen zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den
Brennraum der Brennkraftmaschine geeignet.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt insbesondere einen piezoelektrischen,
magnetostriktiven oder elektrostriktiven Aktor 2, welcher
in einem Aktormodul 22 angeordnet ist. Der Aktor 2 bzw.
das Aktormodul 22 ist Bestandteil eines Bestätigungsstrangs, der
in diesem Ausführungsbeispiel
außerdem
einen zuströmseitig
des Aktormoduls 22 angeordneten hydraulischen Koppler 3 und
eine abströmseitig
des Aktormoduls 22 angeordnete Ventilnadel 4 aufweist. Das
Aktormodul 22, der hydraulische Koppler 3 und die
Ventilnadel 4 sind in einem Ventilgehäuses 6 koaxial angeordnet.
Das Ventilgehäuses 6 weist
an seinem abströmseitigen
Ende einen Düsenkörper 5 auf, durch
welchen die Ventilnadel 4 koaxial greift und an dessen
abströmseitigen
Ende ein einstückig
mit dem Düsenkörper 5 ausgebildeter
Ventilsitzkörper 10 mit einer
Abspritzöffnung 7 angeordnet
ist. Eine am Ventilsitzkörper 10 ausgebildete
Ventilsitzfläche 9 wirkt mit
einem am abspritzseitigen Ende der Ventilnadel 4 ausgebildeten
Ventilschließkörper 8 zu
einem Dichtsitz zusammen. Das Brennstoffeinspritzventil 1 öffnet nach
außen.
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Zuströmseitig
weist das Ventilgehäuses 6 ein Ventiloberteil 33 auf.
Das Ventiloberteil 33 liegt auf dem zuströmseitigen
Ende des Ventilgehäuses 6 hermetisch
dicht mit einer ersten Schulter 34 auf, ist dort mit dem
Ventilgehäuses 6 beispielsweise
stoffschlüssig
gefügt,
und greift mit seinem abströmseitigen
Ende in das Ventilgehäuses 6 ein.
Koaxial im Ventiloberteil 33 ausgebildet befindet sich
ein zum Aktormodul 22 hin geöffneter Kopplerzylinder 23,
in den ein Ausgleichskolben 21 eingreift. Seitlich des Ausgleichskolbens 21 befindet
sich zwischen dem Ausgleichskolbens 21 und dem Kopplerzylinder 23 ein
Leckagespalt 24. Der Leckagespalt 24 verbindet einen
oben zwischen dem Kopplerzylinder 23 und dem Ausgleichskolbens 21 gebildeten
Ausgleichsraum 31 und einen unten, zum Aktormodul 22 hin
orientierten Membranraum 32. Der Membranraum 32 wird
durch einen dritten flexiblen Abschnitt 28 abströmseitig
abgeschlossen bzw. abgedichtet.
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Der
in diesem Ausführungsbeispiel
membranartige und lochplattenförmige
dritte flexible Abschnitt 28 ist im Bereich des Außenumfangs
mit dem in das Aktorgehäuses 6 eingreifenden
abströmseitigen
Ende des Ventiloberteils 33 unterhalb einer durchmesserreduzierenden
zweiten Schulter 35 hermetisch dicht, beispielsweise durch
Schweißen
oder andere stoffschlüssigen
Fügeverfahren,
gefügt.
Im Bereich seines Innenumfangs ist der dritte flexible Abschnitt 28 an
dem sich zum Aktormodul 22 hin verjüngenden, den dritten flexiblen
Abschnitt 28 durchgreifenden Ausgleichskolben 21 hermetisch
dicht und stoffschlüssig
gefügt.
In radialer Richtung weist der aus Stahl oder einer Stahlregierung
bestehende dritte flexible Abschnitt 28 im Querschnitt
einen U-förmigen,
bzw. wellenförmigen
Verlauf auf. Der dritte flexible Abschnitt 28 wird dadurch
nicht auf Zug, sondern vorteilhafterweise auf Biegung beansprucht.
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Der
Kopplerzylinder 23, der Ausgleichskolbens 21,
der Ausgleichsraum 31, der Leckagespalt 24 und
der Membranraum 32 bilden in diesem Ausführungsbeispiel
den hydraulischen Koppler 3. Der hydraulischen Koppler 3,
bzw. der Ausgleichsraum 31, der Leckagespalt 24 und
der Membranraum 32 sind vollständig mit einem Hydraulikmedium 30 gefüllt. Das
Hydraulikmedium 30 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein gut wärmeleitendes
und hochviskoses Öl.
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Im
Ventiloberteil 33 verlaufen ein elektrischer Anschluß 15 und
ein Brennstoffeinlaß 16,
der sich in einen ersten Brennstoffkanal 17 und einen zweiten Brennstoffkanal 18 teilt.
Der elektrische Anschluß 15 verläuft im weiteren
im Ventilgehäuses 6,
um auf Höhe
des Aktormoduls 22 in dieses einzutreten.
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Im
Bereich oberhalb der den Durchmesser des abströmseitigen Endes des Ventiloberteils 33 nach
unten reduzierenden zweiten Schulter 35, ist ein lochplattenförmiger,
im Querschnitt im wesentlichen U-förmig geformter und aus Stahl
bestehender erster flexibler Abschnitt 25 mit seinem Außenumfang
stoffschlüssig
und hermetisch dicht gefügt.
Im Bereich des Innenumfangs des ersten flexiblen Abschnitts 25 ist
dieser auf der Oberseite eines dritten Flansches 29, der
das im Durchmesser verjüngte, abströmseitige
Ende des Ausgleichskolbens 21 umschließt, stoffschlüssig und
hermetisch dicht verbunden. Der dritte Flansch 29 greift
mit seinem abströmseitigen
Ende in eine in der Oberseite des Aktormoduls 22 in einem
Aktorfuß 13 angeordnete
konische Ausnehmung 27 ein, mit der er idealerweise in
ständigem
Kontakt steht.
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Unmittelbar
unterhalb der zweiten Schulter 35 und oberhalb des Außenumfangs
des dritten flexiblen Abschnitts 28 ist eine zum ersten
Brennstoffkanal 17 gehörende
Ringnut 36 angeordnet. Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 ist der
zwischen dem ersten flexiblen Abschnitt 25 und dem dritten
flexiblen Abschnitt 28 befindliche Raum über den
ersten Brennstoffkanal 17 vollständig mit Brennstoff gefüllt. Der
Brennstoff drückt
dabei auf jeweils eine Seite des ersten flexiblen Abschnitts 25 und
dritten flexiblen Abschnitts 28. Brennstoffdruck wirkt
in dieser Weise auf den im Vergleich zum ersten flexiblen Abschnitt 25 weicheren,
insbesondere dünneren,
dritten flexiblen Abschnitt 28 auf das Hydraulikmedium 30.
Der zwischen dem dritten flexiblen Abschnitt 28 und dem ersten
flexiblen Abschnitt 25 herrschende Brennstoffdruck wirkt
außerdem
auf den ersten flexiblen Abschnitt 25 so, daß das Aktormodul 22 von
oben über den
dritten Flansch 29 auf dem Aktorfuß 13 mit einer in
Abspritzrichtung wirkenden Vorspannung belastet wird.
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Die
Ventilnadel 4 wird durch eine Vorspannfeder 11,
welche über
einen zweiten Flansch 20 an der Ventilnadel 4 angreift,
entgegen der Abspritzrichtung vorspannt. Der Ventilschließkörper 8 wird
dadurch in den Dichtsitz gezogen und das konisch geformte, zuströmseitige
Ende der Ventilnadel 4 wird in eine in einem Aktorkopf 12 angeordnete
zweite Ausnehmung 37 gedrückt. Zwischen dem zweiten Flansch 20 und
dem zuströmseitigen
Ende der Ventilnadel 4 ist ein erster Flansch 19 stoffschlüssig, beispielsweise
durch Schweißen,
mit der Ventilnadel 4 verbunden. Im Bereich seines Innenumfangs
ist ein zweiter flexibler Abschnitt 26 mit der Unterseite
des ersten Flansches 19 stoffschlüssig und hermetisch dicht verbunden.
Im Bereich des Außenumfangs
des zweiten flexiblen Abschnitts 26 ist dieser mit dem
Düsenkörper 5 stoffschlüssig und
hermetisch dicht verbunden.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
kann der zweite flexible Abschnitt 26 im Bereich seines
Außenumfangs
auch mit dem Ventilgehäuses 6 gefügt sein. Der
druckbehaftet in dem zweiten Brennstoffkanal 18 im Ventilgehäuse 6 an
dem Aktormodul 22 und der Vorspannfeder 11 vorbeigeführte Brennstoff
wird, von unten kommend, die Vorspannfeder 11 und den zweiten
Flansch 20 umspülend,
an den zweiten flexiblen Abschnitt 26 geführt. Der
einseitig auf den zweiten flexiblen Abschnitt 26 wirkende
Brennstoffdruck drückt über den
ersten Flansch 19 die Ventilnadel 4 in axialer
Richtung zum Aktormodul 22 hin, entgegen der Abspritzrichtung.
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Ein
zum Aktormodul 22 gehörendes
Federelement 14 spannt den Aktorfuß 13 gegen den Aktorkopf 12,
so daß der
Aktor 2 unter Vorspannung steht.
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Wird über den
elektrischen Anschluß 15 der Aktor 2 angeregt,
so dehnt dieser sich in axialer Richtung aus und wirkt über den
Aktorfuß 13 auf
den Ausgleichskolben 21 ein. Bedingt durch die Schnelligkeit der
Bewegung des Aktors 2 und des relativ schmalen Leckagespaltes 24 verhält sich
das Hydraulikmedium 30 ähnlich
wie ein Festkörper.
Die Längenänderungen
des Aktors 2 können
dadurch fast vollständig
auf die Ventilnadel 4 übertragen
werden, wodurch der Ventilschließkörper 8 von der Ventilsitzfläche 9 abhebt
und Brennstoff in den nicht dargestellten Brennraum der nicht dargestellten
Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei langsamen Bewegungen des
Aktors 2, beispielsweise durch thermische Einflüsse, wird
das Hydraulikmedium 30 durch den Leckagespalt 24 in
den Membranraum 32 verdrängt, wodurch ein willkürliches Öffnen des
Brennstoffeinspritzventils 1 verhindert wird.
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Der
erste flexible Abschnitt 25 und der zweite flexible Abschnitt 26 sind
so dimensioniert und angeordnet, daß sich die axial, mittel- und
unmittelbar auf den Ventilschließkörper 8 wirkenden Kräfte des Brennstoffdrucks
sich im wesentlichen aufheben. Insbesondere kann das Brennstoffeinspritzventil 1 dadurch
bei unterschiedlichen Brennstoffdrücken betrieben werden, ohne
das beispielsweise die Federkraft der Vorspannfeder 11 durch
aufwendige Maßnahmen
adaptiv gestaltet werden muß.
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2 zeigt eine schematische
Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich des Aktorkopfs 12, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel
aus 1. Im Unterschied
fehlt der im ersten Ausführungsbeispiel
verwendete dritte flexible Abschnitt 28. Der durch den
ersten Brennstoffkanal 17 und die Ringnut 36 geleitete
Brennstoff füllt
in diesem Ausführungsbeispiel
den hydraulischen Koppler 3, womit das Hydraulikmedium 30 aus
Brennstoff besteht. Der Aufbau des Brennstoffeinspritzventils 1 wird
dadurch vereinfacht.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
auch für
beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1,
insbesondere nach innen öffnende
Brennstoffeinspritzventile, geeignet.