EP1406006A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1406006A1
EP1406006A1 EP03022035A EP03022035A EP1406006A1 EP 1406006 A1 EP1406006 A1 EP 1406006A1 EP 03022035 A EP03022035 A EP 03022035A EP 03022035 A EP03022035 A EP 03022035A EP 1406006 A1 EP1406006 A1 EP 1406006A1
Authority
EP
European Patent Office
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valve
fuel injection
injection valve
piston
coupler
Prior art date
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Granted
Application number
EP03022035A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1406006B1 (de
Inventor
Hubert Stier
Walter Maeurer
Elmar Okrent
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10342034A external-priority patent/DE10342034A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1406006A1 publication Critical patent/EP1406006A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1406006B1 publication Critical patent/EP1406006B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • the invention is based on a fuel injector according to the genus of the main claim.
  • EP 0 477 400 A1 describes an arrangement for an in Adaptive mechanical acting stroke direction Tolerance compensation for a displacement transformer piezoelectric actuator for a fuel injector known.
  • the actuator acts on a master piston that is connected to a hydraulic chamber.
  • About the Pressure increase in the hydraulic chamber becomes a slave piston which moves a mass to be driven, to be positioned emotional.
  • This mass to be driven is, for example Valve needle of a fuel injector.
  • the hydraulic chamber is filled with a hydraulic fluid. With an expansion of the actuator and compression of the Hydraulic fluid in the hydraulic chamber flows a little Part of the hydraulic fluid with a defined leak rate. In the resting phase of the actuator, this hydraulic fluid added.
  • DE 195 00 706 A1 describes a hydraulic one Known displacement transformer for a piezoelectric actuator, where a master piston and a slave piston in one common axis of symmetry are arranged and the Hydraulic chamber is arranged between the two pistons.
  • a spring is arranged, which Pushes master cylinder and slave piston apart, whereby the master piston in the direction of the actuator and the slave piston in one working direction towards a valve needle be biased.
  • this lifting movement is carried out by the Pressure of a hydraulic fluid in the hydraulic chamber on the Transfer slave piston because the hydraulic fluid in the Hydraulic chamber can not be compressed and only one low proportion of hydraulic fluid due to annular gaps between master piston and a guide bore and Slave piston and a pilot hole during the short Period of a stroke can escape.
  • a disadvantage of this known prior art is that during a discharge period in which Hydraulic chamber there is no high pressure Hydraulic fluid can evaporate. However, there is a gas compressible and builds only with a strong one Volume reduction a correspondingly high pressure. The Master cylinder can now be pressed into its guide hole be, without there being a power transmission to the Master piston comes.
  • a further disadvantage is that cavitation of the Fuel can come when the spring has a high tension exercises on the master cylinder and slave cylinder and the Movement of the actuator to its starting position very quickly he follows. The negative pressure that forms in the hydraulic chamber can then lead to cavitation and the resulting damage lead on components.
  • the fuel injector according to the invention with the has characteristic features of the main claim in contrast, the advantage that a filling valve, which a Throttle bore in a master piston or slave piston of the hydraulic coupler, a valve seat and one with it cooperating valve body includes the fast Filling the coupler gap between the encoder and the Slave piston allows without the above mentioned disadvantages arise.
  • the valve body is advantageously in one with the Actuator in non-positive connection Gimbaled actuator so that offsets can be compensated.
  • the throttle bore ensures that the Coupler gap can be filled quickly enough without too much pressure of the hydraulic medium to one unintentional opening of the fuel injector can lead.
  • the valve seat is ring-shaped in a simple manner and can on the valve body or on the encoder or Slave piston be arranged.
  • the Sealing seat of the filling valve on the slave piston and the Valve body on the valve needle of the Fuel injector trained. This is a very simple and therefore inexpensive variant of the Filling valve.
  • the master and slave pistons of the hydraulic coupler are advantageously hollow cylindrical, which reduces their mass and the switching dynamics of the Fuel injector is positively influenced.
  • Fig. 1 shows a schematic section through the spray-side part of a first embodiment of a fuel injector 1 according to the invention.
  • the fuel injection valve 1 comprises an actuator 2, which is preferably a piezoelectric actuator 2 is trained.
  • the actuator 2 is to protect against Tensile load and chemical influence of the fuel in encapsulated a sleeve 3. That from the sleeve 3, the actuator 2 and one clamped in the sleeve 3 against the actuator 2
  • Preload spring 4 existing component can be pre-assembled and then into a housing 5 of the fuel injection valve 1 be introduced. The fully assembled component is through a support ring 6 fixed in the housing 5.
  • the actuating element 7 and the sleeve 3 are against by means of a corrugated tube seal 8 flowing through the fuel injector 1 Fuel sealed.
  • the actuating element 7 extends into a master piston 9 of a hydraulic coupler 10 of the fuel injector 1.
  • the master piston 9 is executed hollow cylindrical, which in particular the Advantage of saving weight and resulting one has better switching dynamics of the fuel injector 1.
  • Coupler gap 11 Downstream of the master piston 9 is forming a Coupler gap 11 is arranged a slave piston 12, which also to improve the switching dynamics in hollow cylindrical shape is executed.
  • the components of the hydraulic coupler 10 are in a guide sleeve 13 arranged, which by means of a compression spring 14 relative to the Master piston 9 is clamped.
  • the hydraulic coupler 10 can effect a stroke ratio depending on the requirement, as is the case in the illustrated embodiment , or only implement the stroke of actuator 2 1: 1.
  • Hydraulic medium is used in the embodiment of the Fuel injector 1 flowing fuel.
  • a valve needle 15 is connected to the slave piston 12 non-positively connected. It extends into Outflow direction in a valve group 16, which in any, the requirements of that Fuel injector 1 of sufficient type can.
  • a valve closing body 22 is located on the valve needle 15 formed, which with a valve seat 23 to a Sealing seat interacts.
  • a closing spring 24 acts the valve needle 15 against an outflow direction, so that the fuel injector 1 in the non-excited state of the Actuator 2 is kept closed.
  • the Valve group 16 can, for example, by means of a Union nut 17 on the housing 5 of the Fuel injector 1 must be fixed.
  • the valve group 16 is located in a nozzle body 26 through a Seal 27 against a cylinder head, not shown is sealed. Connects to the nozzle body 26 on the inlet side to a flange 28, which by means of a seal 29 is sealed against the housing 5.
  • Adjustment disc 30 is used to adjust the width of the Coupling gap 11.
  • the hydraulic coupler 10 has a Filling valve 18, which for the rapid filling of the Coupling gap 11 when operating the fuel injector 1 cares.
  • the filling valve 18 is in the embodiment from a throttle bore 19 in the master piston 9 and one Valve body 20 in the actuator 7, which the Throttle bore 19 in the closed state of the filling valve 18 covers.
  • the valve body 20 has an annular Valve seat 21, which is turned off, for example the valve body 20 can be produced.
  • Throttle bore 19 can alternatively or additionally also in the slave piston 12 be trained.
  • valve body 20 Due to the special shape of the valve body 20 in Partial spherical shape with a corresponding guide in one spherical recess 25 in the actuating element 7 becomes a gimbal mounting of the valve body 20 achieved which can serve to offset the actuating element 7 compensate. In this way, malfunctions of the Filling valve 18 due to manufacturing tolerances or thermal Processes excluded.
  • the filling valve 18 is when the Fuel injector 1 is actuated when the actuator 2 contracts. If the actuator 2 is no longer a Applied to excitation voltage, it pulls quickly together so that the valve needle 15 and the slave piston 12 and the master piston 9, which over the Actuating element 7 is actuated by the actuator 2, the Follow actuator 2 movement.
  • the actuator 7 with the valve body 20 arranged therein lifts from the annular valve seat 21, so that fuel in the Coupler gap 11 flows and which during the operation of the Fuel injection valve 1 occurring leakage loss is balanced.
  • the filling of the coupler gap 11 by the throttle bore 19 continues until the Compression spring 14 again against the master piston 9 Valve body 20 presses and the throttle bore 19 is closed becomes.
  • the quick fillability of the coupler gap 11 contributes to this an improved switching dynamics of the Fuel injector 1 at.
  • the filling can take place considerably faster than through leakage gaps.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a Fuel injection valve 1 according to the invention in area II 1. Components already explained in FIG. 1 are provided with the same reference numerals.
  • the cutout shows the area of the hydraulic coupler 10 with the Master piston 9 and slave piston 12.
  • valve seat 21 of the Filling valve 18 on the valve body 20 of the filling valve 18 is formed
  • the valve seat 21 is in the position in FIG. 2 illustrated second embodiment now on the master piston 9 in the form of an annular, the throttle bore 19th surrounding essay trained.
  • Fig. 3 shows a third embodiment of a Fuel injector according to the invention 1. Already in 1 and 2 components are explained with the same Provide reference numerals. The section shows the area of the hydraulic coupler 10 with the master piston 9 and Slave piston 12.
  • the filling valve 18 in Shape of a spherical valve body 20 with a Valve seat 21 is formed, the filling valve 18 is now with the valve needle 15 and one on the slave piston 12 trained valve seat 21.
  • the valve body 20 is formed in one piece with the valve needle 15 and has lateral surface grindings 33. It is advantageous in particular the simple design of the valve body 20 the filling valve 18.
  • the coupler gap 11 is emptied, the coupler gap 11 between the master piston 9 and slave piston 12 so smaller. Pulls off after injection Fuel from the fuel injector 1 through Shutdown of the excitation of the actuator 2 Actuator 7 back during the closing movement, lifts the valve needle 15 from the sealing seat 21 of the slave piston 12. By the force of one between the master piston 9 and the Slave piston 12 arranged disc spring 31 is the Refill the coupler gap 11 with coupler medium initiated. Fuel flows over the Surface grindings 33 on the valve needle 15 and on the Valve needle 15 formed valve body 20 over and through the filling hole 19 into the coupler gap 11. As soon as the valve needle 15 in the sealing seat 21 is the Refill completed.
  • valve needle 15 is during the closing process by the closing spring 24, which is between the Nozzle body 26 and one formed on the valve needle 15 Flange 32 is clamped again in the sealing seat 21 pressed and the fuel injector 1 thereby closed.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfaßt einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2), der über einen hydraulischen Koppler (10) einen Ventilschließkörper (22) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (23) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der hydraulische Koppler (10) einen Geberkolben (9) und einen Nehmerkolben (12) aufweist, die in einer Führungshülse (13) angeordnet und durch einen Kopplerspalt (11) voneinander beabstandet sind. Der Geberkolben (9) weist eine Drosselbohrung (19) auf, welche zusammen mit einem Ventilkörper (20) und einem Ventilsitz (21) ein Befüllventil (18) für den Kopplerspalt (11) bildet. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der EP 0 477 400 A1 ist eine Anordnung für einen in Hubrichtung wirkenden, adaptiven mechanischen Toleranzausgleich für einen Wegtransformator eines piezoelektrischen Aktors für ein Brennstoffeinspritzventil bekannt. Dabei wirkt der Aktor auf einen Geberkolben, der mit einer Hydraulikkammer verbunden ist. Über die Druckerhöhung in der Hydraulikkammer wird ein Nehmerkolben bewegt, der eine anzutreibende, zu positionierende Masse bewegt. Diese anzutreibende Masse ist beispielsweise eine Ventilnadel eines Brennstoffeinspritzventils. Die Hydraulikkammer ist dabei mit einem Hydraulikfluid gefüllt. Bei einer Ausdehnung des Aktors und Kompression des Hydraulikfluids in der Hydraulikkammer fließt ein kleiner Teil des Hydraulikfluids mit einer definierten Leckrate ab. In der Ruhephase des Aktors wird dieses Hydraulikfluid ergänzt.
Aus der DE 195 00 706 A1 ist ein hydraulischer Wegtransformator für einen piezoelektrischen Aktor bekannt, bei dem ein Geberkolben und ein Nehmerkolben in einer gemeinsamen Symmetrieachse angeordnet sind und die Hydraulikkammer zwischen den beiden Kolben angeordnet ist. In der Hydraulikkammer ist eine Feder angeordnet, die den Geberzylinder und den Nehmerkolben auseinander drückt, wobei der Geberkolben in Richtung des Aktors und der Nehmerkolben in einer Arbeitsrichtung zu einer Ventilnadel hin vorgespannt werden. Wenn der Aktor auf den Geberzylinder eine Hubbewegung überträgt, wird diese Hubbewegung durch den Druck eines Hydraulikfluids in der Hydraulikkammer auf den Nehmerkolben übertragen, da das Hydraulikfluid in der Hydraulikkammer sich nicht zusammenpressen läßt und nur ein geringer Anteil des Hydraulikfluids durch Ringspalte zwischen Geberkolben und einer Führungsbohrung und Nehmerkolben und einer Führungsbohrung während des kurzen Zeitraumes eines Hubes entweichen kann.
In der Ruhephase, wenn der Aktor keine Druckkraft auf den Geberzylinder ausübt, werden durch die Feder der Geberkolben und der Nehmerkolben auseinander gedrückt. Durch den entstehenden Unterdruck dringt über die Ringspalte das Hydraulikfluid in die Hydraulikkammer ein und füllt diese wieder auf. Dadurch stellt der Wegtransformator sich automatisch auf Längenausdehnungen und druckbedingte Dehnungen eines Brennstoffeinspritzventils ein.
Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß während eines Entlastungszeitraumes, in dem in der Hydraulikkammer kein hoher Druck herrscht, das Hydraulikfluid verdampfen kann. Ein Gas ist jedoch kompressibel und baut erst bei einer starken Volumenverringerung einen entsprechend hohen Druck auf. Der Geberzylinder kann nun in seine Führungsbohrung gedrückt werden, ohne daß es zu einer Kraftübertragung auf den Geberkolben kommt.
Diese Gefahr besteht insbesondere bei einem Brennstoffeinspritzventil, das zur Einspritzung von Benzin als Brennstoff dient, wenn das Benzin zugleich als Hydraulikfluid dient. Nochmals erhöht wird diese Gefahr bei einem direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzventil für Benzin nach dem Abstellen einer heißen Brennkraftmaschine. Das Brennstoffeinspritzsystem verliert nun seinen Druck. Es kommt besonders leicht zum Verdampfen des Benzins. Bei einem erneuten Startversuch der Brennkraftmaschine kann dies dazu führen, daß die Hubbewegung des Aktors nicht mehr auf eine Ventilnadel übertragen wird und das Brennstoffeinspritzventil nicht funktioniert.
Weiterhin ist nachteilig, daß es zu einer Kavitation des Brennstoffs kommen kann, wenn die Feder eine hohe Spannkraft auf den Geberzylinder und den Nehmerzylinder ausübt und die Bewegung des Aktors in seine Ausgangslage sehr rasch erfolgt. Der sich in der Hydraulikkammer bildende Unterdruck kann dann zur Kavitation und den hieraus folgenden Schäden an Bauteilen führen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Befüllventil, welches eine Drosselbohrung in einem Geberkolben oder einem Nehmerkolben des hydraulischen Kopplers, einen Ventilsitz und einen damit zusammenwirkenden Ventilkörper umfaßt, die schnelle Befüllung des Kopplerspalts zwischen dem Geber- und dem Nehmerkolben ermöglicht, ohne daß sich die oben angesprochenen Nachteile ergeben.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhafterweise ist der Ventilkörper in einem mit dem Aktor in kraftschlüssiger Verbindung stehenden Betätigungselement kardanisch angeordnet, so daß Versätze ausgeglichen werden können.
Die Drosselbohrung sorgt in einfacher Weise dafür, daß der Kopplerspalt schnell genug aufgefüllt werden kann, ohne daß ein zu starker Druck des Hydraulikmediums zu einer unbeabsichtigten Öffnung des Brennstoffeinspritzventils führen kann.
Der Ventilsitz ist in einfacher Weise ringförmig ausgebildet und kann an dem Ventilkörper oder am Geber- oder Nehmerkolben angeordnet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Dichtsitz des Befüllventils am Nehmerkolben und der Ventilkörper an der Ventilnadel des Brennstoffeinspritzventils ausgebildet. Dies ist eine sehr einfache und daher kostengünstige Ausführungsvariante des Befüllventils.
Der Geber- und der Nehmerkolben des hydraulischen Kopplers sind in vorteilhafter Weise hohlzylindrisch ausgebildet, wodurch sich deren Masse reduziert und die Schaltdynamik des Brennstoffeinspritzventils positiv beeinflußt wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung des abspritzseitigen Teils eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
Fig. 2
ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils entsprechend einer Variante im Bereich II in Fig. 1; und
Fig. 3
eine schematische Darstellung des mittleren Teils eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch den abspritzseitigen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt einen Aktor 2, welcher vorzugsweise als piezoelektrischer Aktor 2 ausgebildet ist. Der Aktor 2 ist zum Schutz gegen Zugbelastung und chemische Einwirkung des Brennstoffs in einer Hülse 3 gekapselt. Das aus der Hülse 3, dem Aktor 2 und einer in der Hülse 3 gegen den Aktor 2 verspannten Vorspannfeder 4 bestehende Bauteil kann vormontiert und dann in ein Gehäuse 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 eingebracht werden. Das fertig montierte Bauteil ist durch einen Stützring 6 im Gehäuse 5 fixiert.
Ein Betätigungselement 7, an welchem sich der Aktor 2 abstützt, durchgreift die Hülse 3 in einer Betätigungsrichtung des Aktors 2. Das Betätigungselement 7 und die Hülse 3 sind mittels einer Wellrohrdichtung 8 gegen den das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff abgedichtet. Das Betätigungselement 7 erstreckt sich in einen Geberkolben 9 eines hydraulischen Kopplers 10 des Brennstoffeinspritzventils 1 hinein. Der Geberkolben 9 ist dabei hohlzylindrisch ausgeführt, was insbesondere den Vorteil der Gewichtsersparnis und daraus resultierend einer besseren Schaltdynamik des Brennstoffeinspritzventils 1 hat.
Abströmseitig des Geberkolbens 9 ist unter Ausbildung eines Kopplerspalts 11 ein Nehmerkolben 12 angeordnet, welcher ebenfalls zur Verbesserung der Schaltdynamik in hohlzylindrischer Form ausgeführt ist. Die Bauteile des hydraulischen Kopplers 10 sind in einer Führungshülse 13 angeordnet, welche mittels einer Druckfeder 14 gegenüber dem Geberkolben 9 verspannt ist. Der hydraulische Koppler 10 kann dabei je nach Anforderung eine Hubübersetzung bewirken, wie dies in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, oder den Hub des Aktors 2 lediglich 1:1 umsetzen. Als Hydraulikmedium dient im Ausführungsbeispiel der das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmende Brennstoff.
Eine Ventilnadel 15 ist mit dem Nehmerkolben 12 kraftschlüssig verbunden. Sie erstreckt sich in Abströmrichtung in eine Ventilgruppe 16, welche in beliebiger, den Anforderungen an das Brennstoffeinspritzventil 1 genügender Art ausgebildet sein kann.
An der Ventilnadel 15 ist ein Ventilschließkörper 22 ausgebildet, welcher mit einer Ventilsitzfläche 23 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Eine Schließfeder 24 beaufschlagt die Ventilnadel 15 entgegen einer Abströmrichtung, so daß das Brennstoffeinspritzventil 1 im nichterregten Zustand des Aktors 2 geschlossen gehalten wird.
In dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das Brennstoffeinspritzventil 1 in Form eines nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventils 1 ausgeführt. Die Ventilgruppe 16 kann beispielsweise mittels einer Überwurfmutter 17 am Gehäuse 5 des Brennstoffeinspritzventils 1 fixiert sein. Die Ventilgruppe 16 befindet sich in einem Düsenkörper 26, der durch eine Dichtung 27 gegen einen nicht dargestellten Zylinderkopf abgedichtet ist. An den Düsenkörper 26 schließt sich zulaufseitig ein Flansch 28 an, der mittels einer Dichtung 29 gegen das Gehäuse 5 abgedichtet ist. Eine zwischen der Überwurfmutter 17 und dem Flansch 28 eingelegte Einstellscheibe 30 dient zum Einstellen der Breite des Kopplerspalts 11.
Erfindungsgemäß weist der hydraulische Koppler 10 ein Befüllventil 18 auf, welches für die zügige Befüllung des Kopplerspalts 11 beim Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 sorgt. Das Befüllventil 18 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Drosselbohrung 19 im Geberkolben 9 und einem Ventilkörper 20 im Betätigungselement 7, welcher die Drosselbohrung 19 im geschlossenen Zustand des Befüllventils 18 abdeckt. Der Ventilkörper 20 weist einen ringförmigen Ventilsitz 21 auf, welcher beispielsweise durch Drehen aus dem Ventilkörper 20 herstellbar ist. Die Drosselbohrung 19 kann alternativ oder zusätzlich auch in dem Nehmerkolben 12 ausgebildet sein.
Durch die spezielle Ausformung des Ventilkörpers 20 in Teilkugelform mit einer entsprechenden Führung in einer sphärischen Ausnehmung 25 im Betätigungselement 7 wird eine kardanische Lagerung des Ventilkörpers 20 erzielt, welche dazu dienen kann, Versätze des Betätigungselements 7 auszugleichen. Auf diese Weise sind Fehlfunktionen des Befüllventils 18 durch Fertigungstoleranzen oder thermische Prozesse ausgeschlossen.
Das Befüllventil 18 wird beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 betätigt, wenn sich der Aktor 2 zusammenzieht. Wird der Aktor 2 nicht mehr durch eine Erregerspannung beaufschlagt, zieht er sich schnell zusammen, so daß die Ventilnadel 15 sowie der Nehmerkolben 12 und der Geberkolben 9, welcher über das Betätigungselement 7 von dem Aktor 2 betätigt wird, der Bewegung des Aktors 2 folgen. Das Betätigungselement 7 mit dem darin angeordneten Ventilkörper 20 hebt dadurch von dem ringförmigen Ventilsitz 21 ab, so daß Brennstoff in den Kopplerspalt 11 nachfließt und der während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils 1 auftretende Leckageverlust ausgeglichen wird. Die Befüllung des Kopplerspalts 11 durch die Drosselbohrung 19 setzt sich so lange fort, bis die Druckfeder 14 den Geberkolben 9 wieder gegen den Ventilkörper 20 drückt und die Drosselbohrung 19 geschlossen wird.
Die schnelle Befüllbarkeit des Kopplerspalts 11 trägt zu einer verbesserten Schaltdynamik des Brennstoffeinspritzventils 1 bei. Die Befüllung kann erheblich schneller als über Leckagespalte erfolgen.
Dadurch, daß die Befüllung zwar schneller als über die Leckagespalte erfolgt, durch die Drosselbohrung 19 aber gedrosselt ist, kann verhindert werden, daß sich das Brennstoffeinspritzventil 1 während des Nachschwingens des Aktors 2 unbeabsichtigt nochmals öffnet.
Dadurch, daß der Geberkolben 9 über die Drosselbohrung 19 verfügt, kann zudem die Bildung eines Luftpolsters bei der Montage des hydraulischen Kopplers 10 vermieden werden, da die Luft sofort über die Drosselbohrung 19 entweichen kann. Die Abführung der Luft über die Leckagespalte erfolgt gewöhnlich nur sehr langsam.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich II der Fig. 1. Bereits bei der Fig. 1 erläuterte Bauelemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Ausschnitt zeigt den Bereich des hydraulischen Kopplers 10 mit dem Geberkolben 9 und dem Nehmerkolben 12.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, bei welchem der Ventilsitz 21 des Befüllventils 18 am Ventilkörper 20 des Befüllventils 18 ausgebildet ist, ist der Ventilsitz 21 in dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel nun am Geberkolben 9 in Form eines ringförmigen, die Drosselbohrung 19 umgebenden Aufsatzes ausgebildet. Vorteilhaft ist dabei insbesondere die einfache Ausbildung des Ventilkörpers 20 des Befüllventils 18, welcher annähernd kugelförmig ausgebildet ist und dadurch ebenfalls in einfacher Weise eine Versätze ausgleichende kardanische Führung ermöglicht. Die Funktionsweise entspricht dabei derjenigen, welche in der Beschreibung zu Fig. 1 weiter oben bereits erläutert wurde.
Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Bereits in Fig. 1 und 2 erläuterte Bauelemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Ausschnitt zeigt den Bereich des hydraulischen Kopplers 10 mit dem Geberkolben 9 und dem Nehmerkolben 12.
Im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen, bei welchem das Befüllventil 18 in Form eines kugelförmigen Ventilkörpers 20 mit einem Ventilsitz 21 ausgebildet ist, ist das Befüllventil 18 nun mit der Ventilnadel 15 und einem am Nehmerkolben 12 ausgebildeten Ventilsitz 21 ausgebildet. Der Ventilkörper 20 ist einstückig mit der Ventilnadel 15 ausgebildet und weist seitliche Flächenanschliffe 33 auf. Vorteilhaft ist dabei insbesondere die einfache Ausbildung des Ventilkörpers 20 des Befüllventils 18.
Das Funktionsprinzip der Wiederbefüllung des Kopplerspalts 11 ist dabei analog zu derjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, die Funktionsweise des Befüllventils 18 weist jedoch Unterschiede auf.
Bei Betätigung des Aktors 2 drückt dieser über das Betätigungselement 7 den Geberkolben 9 der hydraulischen Kopplers 10 in Abströmrichtung des Brennstoffs. Der Geberkolben 9 gibt diese Bewegung über das Kopplermedium an den Nehmerkolben 12 weiter. Da die Ventilnadel 15 im Ventilsitz 21 an dem Nehmerkolben 12 anliegt, wird das Brennstoffeinspritzventil 1 dadurch geöffnet.
Während dieses Vorgangs wird der Kopplerspalt 11 entleert, der Kopplerspalt 11 zwischen Geberkolben 9 und Nehmerkolben 12 also kleiner. Zieht sich nach der Einspritzung von Brennstoff aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 durch Abschaltung der den Aktor 2 erregenden Spannung der Betätigungskörper 7 während der Schließbewegung zurück, hebt die Ventilnadel 15 vom Dichtsitz 21 des Nehmerkolbens 12 ab. Durch die Kraft einer zwischen dem Geberkolben 9 und dem Nehmerkolben 12 angeordneten Tellerfeder 31 wird die Wiederbefüllung des Kopplerspaltes 11 mit Kopplermedium eingeleitet. Dabei fließt Brennstoff über die Flächenanschliffe 33 an der Ventilnadel 15 sowie dem an der Ventilnadel 15 ausgebildeten Ventilkörper 20 vorbei und durch die Befüllbohrung 19 in den Kopplerspalt 11. Sobald die Ventilnadel 15 im Dichtsitz 21 anliegt, ist die Wiederbefüllung abgeschlossen.
Die Ventilnadel 15 wird dabei während des Schließvorgangs durch die Schließfeder 24, welche sich zwischen dem Düsenkörper 26 und einem an der Ventilnadel 15 ausgebildeten Flansch 32 eingespannt ist, wieder in den Dichtsitz 21 gedrückt und das Brennstoffeinspritzventil 1 dadurch geschlossen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch für beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 geeignet. Insbesondere sind beliebige Kombinationen der einzelnen Merkmale möglich.
Bezugszeichenliste
1
Brennstoffeinspritzventil
2
Aktor
3
Hülse
4
Vorspannfeder
5
Gehäuse
6
Stützring
7
Betätigungselement
8
Wellrohrdichtung
9
Geberkolben
10
hydraulischer Koppler
11
Kopplerspalt
12
Nehmerkolben
13
Führungshülse
14
Druckfeder
15
Ventilnadel
16
Ventilgruppe
17
Überwurfmutter
18
Befüllventil
19
Drosselbohrung
20
Ventilkörper
21
Ventilsitz
22
Ventilschließkörper
23
Ventilsitzfläche
24
Rückstellfeder
25
Ausnehmung
26
Düsenkörper
27
Dichtung
28
Flansch
29
Dichtung
30
Einstellscheibe
31
Tellerfeder
32
Flansch
33
Flächenanschliffe

Claims (14)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2), der über einen hydraulischen Koppler (10) einen an einer Ventilnadel (15) ausgebildeten Ventilschließkörper (22) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (23) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der hydraulische Koppler (10) einen Geberkolben (9) und einen Nehmerkolben (12) aufweist, die in einer Führungshülse (13) angeordnet und durch einen Kopplerspalt (11) voneinander beabstandet sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Geberkolben (9) und/oder der Nehmerkolben (12) eine Drosselbohrung (19) aufweist, welche zusammen mit einem Ventilkörper (20) und einem Ventilsitz (21) ein Befüllventil (18) für den Kopplerspalt (11) bildet.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) in einem Betätigungselement (7) angeordnet ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (7) in kraftschlüssiger Verbindung mit dem Aktor (2) steht.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) kardanisch in dem Betätigungselement (7) gelagert ist.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) teilkugelförmig ausgebildet ist und in eine sphärische Ausnehmung (25) des Betätigungselements (7) eingreift.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (21) an dem Ventilkörper (20) ausgebildet ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (21) an dem Geberkolben (9) oder dem Nehmerkolben (12) des hydraulischen Kopplers (10) ausgebildet ist.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (21) die Drosselbohrung (19) ringförmig umgibt.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Geberkolben (9) und der Nehmerkolben (12) des hydraulischen Kopplers (10) hohlzylindrisch ausgebildet sind.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) einstückig mit der Ventilnadel (15) des Brennstoffeinspritzventils (1) ausgebildet ist.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) Flächenanschliffe (33) aufweist.
  12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) mit einem an dem Nehmerkolben (12) des hydraulischen Kopplers (10) ausgebildeten Ventilsitz (21) zusammenwirkt.
  13. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselbohrung (19) zuströmseitig des Ventilsitzes (21) in dem Nehmerkolben (12) angeordnet ist.
  14. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Geberkolben (9) und dem Nehmerkolben (12) eine Tellerfeder (31) angeordnet ist.
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