EP1423600A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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Publication number
EP1423600A1
EP1423600A1 EP02748581A EP02748581A EP1423600A1 EP 1423600 A1 EP1423600 A1 EP 1423600A1 EP 02748581 A EP02748581 A EP 02748581A EP 02748581 A EP02748581 A EP 02748581A EP 1423600 A1 EP1423600 A1 EP 1423600A1
Authority
EP
European Patent Office
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valve
fuel injection
piston
fuel
injection valve
Prior art date
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Granted
Application number
EP02748581A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1423600B1 (de
Inventor
Gottlob Haag
Michael Huebel
Jürgen Stein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1423600A1 publication Critical patent/EP1423600A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1423600B1 publication Critical patent/EP1423600B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F02M61/16—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
    • 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
    • F02M61/04—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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • EP 0 477 400 A1 discloses an arrangement for an adaptive mechanical tolerance compensation acting in the stroke direction for a displacement transformer of a piezoelectric actuator for a fuel injection valve.
  • the actuator acts on a master piston, which is connected to a hydraulic chamber, and a slave piston is moved via the pressure increase in the hydraulic chamber, which moves a mass to be driven, to be positioned.
  • This mass to be driven is, for example, a valve needle of a fuel injector.
  • the hydraulic chamber is filled with a hydraulic fluid. When the actuator is deflected and the hydraulic fluid is compressed in the hydraulic chamber, a small part of the hydraulic fluid flows off at a defined leak rate. In the resting phase of the actuator, this hydraulic fluid is added.
  • a hydraulic displacement transformer for a piezoelectric actuator in which a master piston and a slave piston are arranged in a common system axis and the hydraulics are arranged between the two pistons.
  • a spring is arranged which presses the master cylinder and the slave piston apart, the master piston being biased in the direction of the actuator and the slave piston in one working direction towards a valve needle.
  • this stroke movement is caused by the pressure of a hydraulic fluid in the hydraulic chamber to the slave piston, since the hydraulic fluid in the hydraulic chamber cannot be compressed and only a small proportion of the hydraulic fluid can escape through annular gaps between the master piston and a guide bore and slave piston and a guide bore during the short period of a stroke.
  • the actuator In the idle phase, when the actuator does not exert any pressure on the master cylinder, the spring pushes the master piston and the slave piston apart and the resulting negative pressure penetrates the hydraulic fluid into the hydraulic chamber through the annular gaps and refills it.
  • the displacement transformer automatically adjusts to linear expansion and expansion of a fuel injector due to pressure.
  • a disadvantage of this known prior art is that the hydraulic fluid can evaporate during a relief period in which there is no high pressure in the hydraulic chamber.
  • a gas is compressible and only builds up a correspondingly high pressure when the volume is greatly reduced.
  • the master cylinder can now be pressed into its guide bore without force being transferred to the master piston.
  • a further disadvantage is that the fuel can cavitate if the spring exerts a high tension force on the master cylinder and the slave cylinder and the actuator moves very quickly into its initial position. The negative pressure that forms in the hydraulic chamber can then lead to cavitation and the resulting damage to components.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the check valve opens at a negative pressure in the pressure chamber and releases a connection to the fuel inlet.
  • the coupler spring element exerts a force on the master piston and the slave piston, which attempts to increase the volume of the pressure chamber if the coupler does not assume the maximum possible length as a transmission element between the actuator and the valve needle. Due to the relatively large cross-section of the inlet bore can now rapidly as long as fuel • material continue to flow into the pressure chamber, until the check valve when the pressure equality in the pressure chamber and the fuel inlet is closed and the coupler takes the maximum possible length as a transmission element between 'the actuator and the valve needle.
  • the rapid filling of the hydraulic chamber is "favorable if gas has formed in the pressure chamber after the internal combustion engine has come to a standstill after heavy use and thus high temperature of the fuel injector. Because there is no or only a small amount in the fuel supply when the internal combustion engine is switched off If there is pressure, the gas of the possibly evaporating fuel can fuel the fuel through the annular gap between the master piston. how slave pistons and the respective guide holes are pressed into the fuel feed. When the internal combustion engine starts, the actuator exerts a lifting force on the coupler. However, since gas is compressible, this stroke movement is no longer transmitted to the valve needle.
  • the inventive fuel injection valve is advantageous, as soon as the fuel pressure increases in the fuel supply, the "non-return valve is opened and fuel at excess pressure flows into the pressure chamber. This fuel compresses the gas and cools the same time the pressure chamber, '• condensed whereby the vaporized fuel. '
  • Another advantage of the fuel injector according to the invention is that expansion of the fuel injector caused by temperature changes and changes in the pressure of the fuel are compensated for on the transmission path between the actuator and the valve needle.
  • the stroke of the valve needle is always the same.
  • the master piston and the slave piston can be arranged in a common axis and in a common guide bore and between them the pressure chamber.
  • This embodiment of the fuel injection valve of the invention is advantageously easy to manufacture, because for Geher- "k-olben slave piston and only a precise hole is required.”
  • the check valve is advantageously a ball check valve and a valve seat of the ball check valve on the slave piston, the inlet bore penetrating the slave piston.
  • the ball check valve is loaded by a ball valve spring, which in a The spring bore of the master piston lies and the spring bore has such a large diameter in relation to the guide bore that the wall thickness of the master piston remaining to the diameter of the guide bore is small.
  • the check valve is advantageously located in a substantial part of its installation volume in the master piston, as a result of which the coupler as a whole can be made shorter in its longitudinal extent. Furthermore, the fuel pressure in the area of the spring bore expands the fuel piston because the remaining wall thickness is only small and the annular gap leading to leakage losses is reduced.
  • the ball valve spring can also be the coupler spring element.
  • Fig. 1 shows a schematic section through an exemplary embodiment of a fuel injection valve according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic section through the fuel injection valve according to the invention in the area II of FIG. 1 and
  • Fig. 3 shows a hydraulic circuit diagram of the coupler of the fuel injection valve of FIG. 1 .
  • Fig. 1 shows a schematic section through e in from a ⁇ approximately example of an inventive Brennstof f injection venti ⁇ ls. 1
  • a valve body 2 is in an actuator space 3 an actuator 4 is arranged, which rests on an actuator support element 5.
  • Two connection holes 6 are used to feed electrical connection lines of the actuator 4.
  • the actuator 4 is controlled via the connecting lines, not shown.
  • the actuator 4 transmits its lifting movement to an actuator head 7, which is formed in one piece with a plunger 8.
  • the intermediate piece -12 is sealed off from the valve body 2 by a sealing ring 13.
  • the plunger 8 penetrates the intermediate piece 12 and transmits a lifting movement of the actuator 4 and the actuator head 7 to a master piston 14.
  • a corrugated tube 15 is sealingly connected on one side.
  • the other side of the corrugated tube 15 is also sealingly connected to the master piston 14.
  • the actuator chamber 3 is sealed off from an upper fuel chamber 16a.
  • the master piston 14 is inserted into a guide bore 17 of a coupler carrier 18.
  • a slave piston 19 is inserted, the axis in its longitudinal will be penetrated by an inlet bore 20 ..
  • the inlet bore 20 'impact valve closed by a ball 21 of a ball check, which is biased by a Kuge lfeder 22nd Coupler support 18, Geb ⁇ rkolben -14, slave piston 19, and ball spring 22 and ball 21 form 'the hy- draulic coupler 23, the structure below in' Fig. 2 is explained in more detail.
  • the slave piston 19 transmits its lifting movement via a valve needle head. 28 on a valve needle 24.
  • the valve needle 24 has a valve closing body 25 which is formed in one piece with the valve needle 24 and which cooperates with a valve seat surface 26 formed on a valve seat support 29 to form a valve sealing seat 27.
  • the fuel injector 1 has an outward valve spade l 24, which, when the fuel injection valve 1 is opened, lifts out of the valve sealing seat 27 toward a combustion chamber and opens an annular spray opening.
  • a valve spring 30 bears against a first spring system 31 of the valve seat support 29 and, via a second spring system 32, which is formed on the valve needle head 28, exerts a prestress on the valve spring 30 in a closing direction, which biases the valve closing body 25 against the valve sealing seat 27 suppressed.
  • the fuel can get into the upper fuel chamber 16a from a fuel feed, not shown.
  • the fuel flows to the lower fuel chamber 16b and further to the valve sealing seat 27 via recesses 34 in the valve body 2 and fuel bores 35 in the coupler carrier 18.
  • Fig. 2 shows a schematic 'section through which the inven- tion proper fuel injection valve 1 in the region II of Fig. 1. Even with the FIG. 1 explained components are provided with the same reference numerals.
  • the detail shows the hydraulic coupler 23 with the master piston 14 and the slave piston 19.
  • the master piston 14 and the slave piston 19 are inserted in the common guide bore 17 of the coupler carrier 18.
  • the coupler carrier 18 is in turn inserted into a bore 36 in the valve body 2 and sealed by a ring 37 made of elastomer material.
  • the Brermsir ⁇ ff flows to the lower fuel chamber 16b via the recesses in the valve body 2 and the fuel bores 35 in the coupler carrier 18.
  • the plunger 8 integrally formed with the actuator head 7 in the .. 1 penetrates the intermediate piece 12 and is in contact with the master piston 14 by means of a shaped piece 39.
  • a corrugated tube 15 is sealingly connected to the intermediate piece on one side.
  • the other side of the corrugated tube 15 is also sealingly connected to the ⁇ master piston 14.
  • These connections consist, for example, of a slight press fit or soldering, welding or gluing the sleeve-shaped sections 40 of the corrugated tube 15 to the master piston 14 and / or the intermediate piece 12.
  • the master piston 14 has a spring bore "i" '41, the diameter of which only falls below the diameter of the guide bore 17 to such an extent that the wall thickness of the master piston 14 remaining in the region of the spring bore 41 is relatively small.
  • a pressure chamber 42 Inside the spring bore 41 and in the Guide bore 17, between the master piston 14 and the slave piston 19, there is a pressure chamber 42.
  • the slave piston 19 is penetrated in its longitudinal axis by the inlet bore 20.
  • the inlet bore 20 is closed by the ball 21, which is biased by the ball spring 22 and forms a ball sealing seat 44 with the mouth 43 of the inlet bore 20.
  • the ball check valve 49 is constructed from the ball sealing seat 44, the ball 21 and the ball spring 22.
  • the inlet bore 20 is connected to the lower fuel chamber 16b via a transverse bore 45 in the slave piston 19.
  • the ball spring 22 abuts the master piston 14 via a spring pressure piece 46, which has a spring guide section 47.
  • FIG. 3 shows a hydraulic circuit diagram of the coupler of the fuel injection valve 1 of FIG. 1.
  • the master piston 1-4 and the slave piston 19 are greatly simplified and " shown schematically as pistons, which on the two see this arranged pressure chamber 42 act.
  • the circuit symbols are designated by the reference symbols which correspond to the components of FIGS. 1 and 2.
  • Fuel as hydraulic fluid can flow via the inlet bore 20 from the fuel inlet bore 33 via the ball check valve 49 ′ consisting of a ball sealing seat 44, ball 21 and ball spring 22 in the forward direction of the ball check valve 49 into the pressure chamber 42.
  • a coupler spring element which in the present embodiment is also the ball spring 22, exerts a force on the master piston 14 and the slave piston 19, which attempts to increase the volume of the pressure chamber 42 when the hydraulic coupler 23 does not exceed the maximum possible length Transmission element between the actuator 4 and the valve needle 24 occupies.
  • the rapid filling of the pressure chamber 42 is favorable if, after the internal combustion engine has come to a standstill after heavy use and thus high temperature of the fuel fine injection valve 1, gas has formed in the pressure chamber 42.
  • the ball check valve 49 is opened and fuel with excess pressure flows into the pressure chamber 42. This fuel compresses the gas and at the same time cools the pressure chamber - 42, through which the vaporized fuel condenses.
  • the volume of the pressure chamber 42 increases rapidly because of a cavitation of the fuel, since a negative pressure in the pressure chamber 42 is quickly compensated for by the fuel flowing through the ball check valve 49.
  • the inventions fuel injector 1 therefore enables the application a hydraulic coupler 23 with its advantages such as temperature and expansion compensation with very rapid opening and closing movements of the valve needle 24.

Landscapes

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), betätigt über einen hydraulischen Koppler (23) einen an einer Ventilnadel (24) ausgeformten Ventilschliesskörper (25), der mit einer Ventilsitzfläche (26) zu einem Ventildichtsitz (27) zusammenwirkt. Der Koppler (23) weist einen Geberkolben (14) und einen Nehmerkolben (19) auf, die mit einem Druckraum (42) verbunden sind und zumindest ein Kopplerfederelement, das jeweils eine Vorspannkraft auf den Geberkolben (14) gegen eine Arbeitsrichtung und auf den Nehmerkolben (19) in eine Arbeitsrichtung erzeugt. Der Druckraum (42) des Kopplers (23) ist über eine Zulaufbohrung (20) und ein Rückschlagventil mit einem Brennstoffzulauf in Durchflussrichtung zu dem Druckraum (42) verbunden.

Description

Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der EP 0 477 400 AI ist eine Anordnung für einen in Hubrichtung wirkenden,- adaptiven mechanischen Toleranzaus- gleich für einen Wegtransformator eines piezoelektrischen Aktors für ein Brennstoffeinspritzventil bekannt. Dabei wirkt der Aktor auf einen Geberkolben, der mit einer Hydraulikkammer verbunden ist, und über die Druckerhöhung in der Hydraulikkammer wird ein Nehmerkolben bewegt, der eine anzu- treibende, zu positionierende Masse bewegt. Diese anzutreibende Masse ist beispielsweise eine Ventilnadel eines Brennstoffeinpritzventils . Die Hydraulikkammer ist dabei mit einem Hydraulikfluid gefüllt. Bei einer Auslenkung des Aktors und Kompression des Hydraulikfluids in der Hydraulikkammer fließ- 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 AI ist ein hydraulischer Wegtransfor- ator für einen piezoelektrischen Aktor bekannt, bei der ein Geberkolben und ein Nehmerkolben in einer gemeinsamen Sy e- trieachse angeordnet sind und die Hydrauli äm er 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 Hy- draulikfluid 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 und 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 Entlastungs eitraumes, in dem in der Hydrau- likkammer 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 Führungs- bohrung gedrückt- -werden, ohne daß es zu einer Kra tübertra- gung 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. Ein Brennstoff- einspritzsys'tem verliert nun seinen Druck. Es kommt besonders leicht zum- erdampfen 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 er- folgt. Der sich in der Hydraulikkammer bildende Unterdruck kann dann zur Kavitation führen und den hieraus folgenden Schäden an Bauteilen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß bei einem Unterdruck im Druckraum das Rückschlagventil öffnet und eine Verbindung zu dem Brennstoffzu- lauf freigibt. Das Kopplerfederelement übt auf den Geberkolben und den- Nehmerkolben eine Kraft aus, die das Volumen des Druckraums zu vergrößern sucht, wenn der Koppler nicht die maximal mögliche Länge als Übertragungselement zwischen dem Aktor und der Ventilnadel einnimmt. Durch den relativ großen Querschnitt der Zulaufbohrung kann nun rasch solange Brenn- • stoff in den Druckraum nachfließen, bis das Rückschlagventil bei Druckgleichheit in dem Druckraum und dem BrennstoffZulauf schließt und der Koppler die maximal mögliche Länge als Übertragungselement zwischen ' dem Aktor und der Ventilnadel einnimmt.
Das rasche Auffüllen der Hydraulikkammer ist "günstig, wenn nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine nach starker Beanspruchung und somit hoher Temperatur des -Brennstoffein- spritzventils sich Gas in dem Druckraum gebildet hat. Da in dem Brennstoffzulauf in dem abgestellten Zustand der Brennkraftmaschine kein oder nur ein geringer Druck herrscht, kann durch das Gas des eventuell verdampfenden Brennstoffs der Brennstoff durch den Ringspalt zwischen Geberkolben so- wie Nehmerkolben und den jeweiligen Führungsbohrungen in den Brennstoffzulauf gedrückt werden. Beim Start der Brennkraftmaschine übt der Aktor auf den Koppler eine Hubkraft aus . Da Gas jedoch kompressibel ist, wird diese Hubbewegung nicht mehr zu der Ventilnadel übertragen. Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil wird jedoch vorteilhaft, sobald der Brennstoffdruck in dem Brennstoffzulauf ansteigt, das 'Rückschlagventil geöffnet und Brennstoff mit Überdruck fließt in den Druckraum. Dieser Brennstoff komprimiert das Gas und kühlt zugleich den Druckraum,'• wodurch der verdampfte Brennstoff kondensiert.'
Weiterhin ist an dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil vorteilhaft, daß durch Temperaturänderungen und durch Änderungen des Drucks des Brennstoffs bedingte Dehnungen des Brennstoffeinspritzventils auf dem Übertragungsweg zwischen Aktor und Ventilnadel ausgeglichen werden. Der Hub der Ventilnadel ist stets gleich groß.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Der Geberkolben und der Nehmerkolben können in einer gemein- sa en Achse sowie in einer gemeinsamen Führungsbohrung und zwischen ihnen der Druckraum angeordnet sein.
Diese Ausführung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist vorteilhaft einfach zu fertigen, da für Geher- " k-olben und Nehmerkolben nur eine präzise Bohrung erforderlich ist."
Vorteilhaft ist das Rückschlagventil ein Kugelrückschlagventil und ein Ventilsitz des Kugelrückschlagventils an dem Nehmerkolben ausgebildet, wobei die Zulaufbohrung den Nehmerkolben durchdringt.
In einer günstigen Ausführungsform ist das Kugelrückschlag¬ ventil durch eine Kugelventilfeder belastet, die in einer Federbohrung des Geberkolbens liegt und weist die Federbohrung im Verhältnis zur Führungsbohrung einen so großen Durchmesser auf , daß die zum Durchmesser der Führungsbohrung verbleibende Wandstärke des Geberkolbens gering ist .
Vorteilhaft befindet sich das Rückschlagventil zu einem wesentlichen Teil seines Einbauvolumens in dem Geberkolben, wodurch der Koppler als Ganzes in seiner Längserstreckung kürzer ausgebildet werden kann . Weiterhin vorteilhaft wird durch den Brennstof f druck der Geberkolben im Berei ch der Federbohrung aufgedehnt, da die verbleibende Wandstärke nur gering ist, und der zu Leckverlusten führende Ringspalt verringert .
Die Kugelventilfeder kann zugleich das Kopplerfederelement sein .
Vorteilhaft wird ein zusätzliches Bauteil eingespart .
Zeichnungen
Ein Aus führungsbeispiel der Erfindung ist in den Z eichnungen vereinf acht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen :
Fig . 1 einen schematischen Schnitt durch ein Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstof feinspritzventils ;
Fig . 2 einen schematischen Schnitt durch das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil im Bereich I I der Fig . 1 und
Fig . 3 ein hydraulisches .Schaltbild des Kopplers des Brennstoff einspritzventils der Fig . 1 .
Fig . 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch e in Aus füh¬ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstof f einspritz¬ venti ls 1 . In einem Ventilkörper 2 i st in einem Aktorraum 3 ein Aktor 4 angeordnet, der an einem Aktorstützelement 5 anliegt . Zwei Anschlußbohrungen 6 dienen zur Zuführung elektrischer Anschlußleitungen des Aktors 4 . Über die nicht dargestellten Anschlußleitungen wird der Aktor 4 angesteuert . Der Aktor 4 überträgt seine Hubbewegung auf einen Aktorkopf 7 , der einteilig mit einem Stößel 8 ausgeformt ist . Eine Aktorfeder 9 , die an einer ersten Federanlage 10 des Aktor- kopfs 7 und einer zweiten Federanlage 11 eines Zwischenstücks 12 anliegt, übt auf den Aktorkopf 7 eine Vorspannung aus , so daß der Aktorkopf 7 an dem Aktor ■ 4 anliegt . Das Zwischenstück -12 ist durch einen Dichtring 13 gegenüber dem Ventilkörper 2 abgedichtet . Der Stößel 8 durchdringt das Zwischenstück 12 und überträgt eine Hubbewegung des Aktors 4 sowie des Aktorkopfes 7 auf einen Geberkolben 14 . Mit dem Zwischenstück ist ein Wellrohr 15 dichtend an einer Seite verbunden . Die andere Seite des Wellrohrs 15 ist ebenfalls dichtend mit dem Geberkolben 14 verbunden . Durch den Dichtring 13, das Zwischenstück 12 , das Wellrohr 15 und den Geberkolben 14 wird der Aktorraum 3 dichtend gegenüber einem oberen Brennstof f räum 16a abgeschlossen .
Der Geberkolben 14 ist in eine Führungsbohrung 17 eines Kopplerträgers 18 eingesetzt . In derselben Führungsbohrung 17 ist ein Nehmerkolben 19 eingesetzt, der in seiner Längs- achse von einer Zulaufbohrung 20 durchdrungen wird.. Die Zulaufbohrung 20 wird durch eine Kugel 21 eines Kugelrück- ' schlagventils verschlossen, die durch eine Kuge lfeder 22 vorgespannt ist . Kopplerträger 18 , Gebεrkolben -14 , Nehmerkolben 19 sowie Kugelfeder 22 und Kugel 21 bilden ' den hy- draulischen Koppler 23 , dessen Aufbau nachfolgend in ' Fig . 2 genauer erläutert wird.
Der Nehmerkolben 19 überträgt seine Hubbewegung über einen Ventilnadelkopf . 28 auf eine Ventilnadel 24 . Die Ventilnadel 24 weist einen mit der Ventilnadel 24 einstückig ausgeformten Ventilschließkörper 25 auf , der mit einer- an einem Ventilsit zträger 29 ausgeformten Ventilsitzf lache 26 zu einem Ventildichtsitz 27 zusammenwirkt . Das Brennstoff einspritzventil 1 weist eine nach außen off ende Ventilnade l 24 auf , die bei einem Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 sich zu einem Brennraum hin aus dem Ventildichtsitz 27 hebt und eine ringförmige Abspritzöffnung freigibt. Eine Ventilfeder 30 liegt an einer ersten Federanlage 31 des Ventilsitzträ- gers 29 an und übt über eine zweite Federanlage 32, die an dem Ventilnadelkopf 28 ausgeformt ist, auf die Ventilfeder 30 in einer Schließrichtung eine Vorspannung aus, die den Ventilschließkörper 25 gegen den Ventildichtsitz 27 drückt.
Über eine Brennstoffzulaufbohrung 33 in dem Ventilkörper 2 kann der Brennstoff von einem nicht dargestellten Brennstoffzulauf in den oberen Brennstoffräum 16a gelangen. Über Ausnehmungen 34 in dem Ventilkörper 2 und Brennstoffbohrungen 35 in dem Kopplerträger 18 fließt der Brennstoff zu dem unteren Brennstoffräum 16b und weiter zu dem Ventildichtsitz 27.
Fig. 2 zeigt einen schematischen' Schnitt durch den das er- findungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 im Bereich II der Fig. 1. Bereits bei der Fig. 1 erläuterte Bauelemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Ausschnitt zeigt den hydraulischen Koppler 23 mit dem Geberkolben 14 und dem Nehmerkolben 19. Der Geberkolben 14 und der Nehmerkolben 19 sind in der gemeinsamen Führungsbohrung 17 des Kopplerträ- gers 18 eingesetzt. Der Kopplerträger 18 wiederum ist in eine Bohrung 36 des Ventilkörpers 2 eingesetzt und durch einen Ring 37 aus Elastomermaterial abgedichtet. Von der Brennstoffzulaufbohrung 33 in dem Ventilkörper 2 besteht über Verbindungsbohrungen 38 in dem Kopplerträger 18 eine Verbin- ' düng zu' dem oberen Brennstoffräum 16a. Über die Ausnehmungen in dem Ventilkörper 2 und die Brennstoffbohrungen 35 in dem Kopplerträger 18 fließt der Brermsirσff zu dem unteren Brennstoffräum 16b.
Der mit dem Aktorkopf 7 in der Eig.. 1 einstückig ausgeformte Stößel 8 durchdringt das Zwischenstück 12 und liegt mittels -eines Formstücks 39 an dem Geberkolben 14 an. Mit dem Zwischenstück ist ein Wellrohr 15. dichtend an einer Seite verbunden. Die andere Seite des Wellrohrs 15 ist ebenfalls dichtend mit dem ■Geberkolben 14 verbunden. Diese Verbindungen bestehen beispielsweise aus einer leichten Presspassung bzw. Lötung, Sohweißung oder einer Klebung der hülsenförmi- gen Abschnitte 40 des Wellrohrs 15 mit dem Geberkolben 14 und/oder dem Zwischenstück 12. Durch den Dichtring 13, das Zwischenstück 12, das Wellrohr 15 und den Gebεrkolben 14 wird der Aktorraum 3 dichtend gegenüber dem oberen Brenn- stoffraum 16a abgeschlossen.
Der Geberkolben 14 weist eine Federbohrung?i"'41 auf, deren Durchmesser den Durchmesser der Führungsbohrung 17 nur um ein solches Maß unterschreitet, daß die im Bereich der Federbohrung 41 verbleibende Wandstärke des Geberkolbens 14 relativ gering ist. Innerhalb der Federbohrung 41 und in der Führungsbohrung 17, zwischen dem Geberkolben 14 und dem. Nehmerkolben 19 befindet sich ein Druckraum 42.
Der Nehmerkolben 19 wird in seiner Längsachse von der Zulaufbohrung 20 durchdrungen. Die Zulaufbohrung 20 wird durch die Kugel 21 verschlossen, die durch die Kugelfeder 22 vorgespannt ist und mit der Ausmündung 43 der Zulaufbohrung 20 einen Kugeldichtsitz 44 bildet. Aus dem Kugeldichtsitz 44, der Kugel 21 und der Kugelfeder 22 ist das Kugelrückschlagventil 49 aufgebaut. Die Zulaufbohrung 20 steht über eine Querbohrung 45 in dem Nehmerkolben 19 mit dem unteren Brennstoffräum 16b in Verbindung. Die Kugelfeder 22 liegt über ein Federdruckstück 46, das einen Federführungsabschnitt 47 aufweist, an dem Geberkolben 14 an. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die Kugelfeder-"22. über ein Kugeldruckstück 48 auf die Kugel 21 ab. Di ' Kügelfeder 22 drückt somit die Kugel 21 in den Kugeldichtsitz 44 .und belastet zugleich den Geberkolben 14 mit einer Vorspannkraft in Richtung auf den Aktor 4 sowie den Nehmerkolben.' 19 mit einer Vorspannkraft in Richtung der Ventilnadel 24
In Fig. 3 ist ein hydraulisches Schaltbild des Kopplers des Brennstoffeinspritzventils 1 der Fig. l dargestellt. Der Geberkolben 1-4 und der Nehmerkolben 19 sind stark vereinfacht und" schematisiert als Kolben dargestellt, die auf den zwi- sehen diesen angeordneten Druckraum 42 wirken. Um - das Auffinden, der den Schaltsymbolen entsprechenden Bauteile zu erleichtern sind die Schaltsymbole mit den Bezugszeichen bezeichnet, die den Bauteilen der Fig. 1 und Fig. 2 entspre- cheriden. Über die Zulaufbohrung 20 kann Brennstoff als Hy- draulikfluid von der Brennstoffzulaufbohrung 33 über das aus Kugeldichtsitz 44, Kugel 21 und Kugelfeder 22 bestehende Kugelrückschlagventil 49 ' in Durchlaßrichtung des Kugelrückschlagventils 49 in den Druckraum 42 fließen. Der zwischen Geberkolben 14 und Führungsbohrung 17 des Kopplerträgers 18 in Fig. 2 bestehende Ringspalt wirkt als eine Geberkolbendrossel 50, über die der Druckraum 42 mit dem oberen Brennstoffr um 16a verbunden ist. Ebenso wirkt der zwischen Nehmerkolben 19 und Führungsbohrung 17 des Kopplerträgers 18 in Fig. 2 bestehende Ringspalt als eine Nehmer olbendrossei 51, über die der Druckraum 42 mit dem unteren Brennstoffräum 16b verbunden ist .
Wenn an den Aktor 4 eine Spannung angelegt wird, übt der Ak- tor '4 auf den Aktorkopf 7 und den Stößel 8 in der Fig. 1 eine Hubkraft aus. Diese Hubkraft überträgt sich auf den Geberkolben 14, der in der Führungsbohrung 17 auf den Nehmerkolben 19 zu bewegt wird. Der Druck im Druckraum 42 steigt dadurch rasch an, da der Brennstoff, mit dem der Druckraum '42 befüllt ist, als Flüssigkeit inkompressibel ist. Der Nehmerkolben 19 wird aus der Führungsbohrung 17 auf die Ventilnadel 24 gedrückt und hebt die Ventilnadel 24 aus dem Ventildichtsitz 27. Da der Zeitraum des Hubes relativ kurz ist, kann während des Hubes über den Ringspalt zwischen Geberkol- ben 14 und der Führungsbohrung 17 sowie zwischen dem Nehmerkolben 19 und der Führungsbohrung 17 nur eine relativ geringe Menge an Brennstoff in den oberen Brennstoffräum 16a- bz"w. den unteren Brennstoffräum 16b abfließen. Dies entspricht dem Durchfluß an Brennstoff aus dem Druckraum 42 über die Geberkolbendrossel 50 in den oberen Brennstoffräum 16a .und dem Durchfluß an Brennstoff über die Nehmerkolbendrossel 51 in den unteren Brennstoffraum 16b in -dem hydraulischen Schaltbild der Fig. 3 abhängig von dem in dem Druck.raum 42 herrschenden Überdruck. Das Kugelrückschlagventil 49' wird von dem Überdruck in dem Druckraum 42 gegenüber dem unteren und oberen Brennstoffraum 16a, 16b und der Brennstoffzulaufbohrung 33 in seiner Sperrichtung beaufschlagt und schließt.
Wenn die Spannung an dem Aktor 4 abfällt, werden der Aktorkopf 7 durch die Aktorfeder 9 in seine Ruheposition an den Aktor 4 und die Ventilnadel 24 in den Ventildichtsitz 27 gedrückt. Ein Kopplerfederelement, das in der vorliegenden Ausführung zugleich die Kugelfeder 22 ist, übt auf den Ge- herkolben 14 und den Nehmerkolben 19 eine Kraft aus, die das Volumen des Druckraums 42 zu vergrößern sucht, wenn der hydraulische Koppler 23 nicht die maximal mögliche Länge als Übertragungselement zwischen dem Aktor 4 und der Ventilnadel 24 einnimmt.
Durch das Kugelrückschlagventil 49 und die Zulaufbohrung 20 des Nehmerkolben 19 kann nun rasch solange Brennstoff in den Druckraum 42 nachfließen, bis das Kugelrückschlagventil 49 bei Druckgleichheit in dem Druckraum 42 und dem Brennstoff- zulauf schließt und der Koppler 23 die maximal mögliche Länge als Übertragungselement zwischen dem Aktor 4 und der Ventilnadel 24 einnimmt .
Das rasche Auffüllen der Druckkammer 42 ist günstig, wenn nach einem Stillstand der Brennkraftmaschine nach starker Beanspruchung und somit hoher Temperatur des Brennstof feinspritzventils 1 sich Gas in dem Druckraum 42 gebildet hat . Sobald der Brennstof f druck in der Brennstof f zulaufbohrung 33 ansteigt-,- - wird das Kugelrückschlagventil 49 geö ffnet und Brennstoff mit Überdruck fließt in den Druckraum 42 . Dieser Brennstoff komprimiert das Gas und kühlt zugleich den Druckraum - 42 , vrodurch der verdampfte Brennstoff kondensiert . '
Ebenfalls- vorteilhaft wird vermieden, daß bei einer raschen Volumenvergrößerung des Druckraums 42 es zu einer Kavitation des Brennstoffs kommt, da ein Unterdruck im Druckraum 42 durch den über das Kugelrückschlagventil 49 nachf ließenden Brennstoff rasch ausgeglichen wird . Das erf indungsge äße Brennstoffeinspritzventil 1 ermöglicht daher- die Anwendung eines hydraulischen Koplers 23 mit seinen Vorteilen wie Temperatur- und Dehnungsausgleich bei gleichzeitig sehr raschen Öffnungs- und Schließbewegungen der Ventilnadel 24.
Durch die geringe Wandstärke des Geberkolbens 14 im Bereich der Federbohrung 41 wird durch Aufdehnen der Ringspalt des Geberkolbens 14 gegenüber der Führungsbohrung 17 bei Überdruck im Druckraum 42 vermindert und die entsprechende Durchflußmenge an Brennstoff durch die Geberkolbendrossel 50 des Schaltbildes der Fig. 3 minimiert.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritz en- til für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor ('4) , der über einen hydraulischen Koppler (23) einen an einer Ventilnadel (24) ausgeformten Ventilschließkörper (25) betätigt, der mit einer Ventilsitz lache (26) zu einem Ventildichtsitz (27) zusammenwirkt, wobei der Koppler (23) einen Geberkolben (14) und einen Nehmerkolben (19) aufweist, die mit einem Druckraum (42) verbunden sind, und zumindest ein Kopplerfederelement jeweils eine Vorspannkraft auf -den Geberkolben (14) gegen eine Ar- beitsrichtung und auf den Nehmerkolben (19) in einer Ar- beitsrichtung. erzeugt, dadurch ge ennzeichnet, daß der Druckraum (42) des Kopplers (23) über eine Zulaufbohrung (20) und ein Rückschlagventil (49) mit einem Brennr.- stoffzulauf in Durchflußrichtung zu dem Druckraum (42) ver'- b-unden ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberkolben (14) und der Nehmerkolben (19) in einer gemeinsamen Achse und 'zwischen ihnen der Druckraum (42) angeordnet sind.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberkolben (14) und der Nehmerkolben (19) in einer gemeinsamen Führungsbohrung (17) angeordnet sind und die gleiche Arbeitsrichtung aufweisen.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil ein Kugelrückschlagventil (49) ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilsitz (44) des Kugelrückschlagventils (49) an dem Nehmerkolben (19) ausgebildet ist und die Zulaufbohrung
(20) den Nehmerkolben (19) durchdringt.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelrückschlagventil (49) durch eine Kugelventilfeder (22) belastet ist, die in einer Federbohrung (41) des Geberkolbens (14) liegt.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbohrung (41) im Verhältnis zur Führungsbohrung (17) einen so großen Durchmesser aufweist, daß die zum Durchmesser der Führungsbohrung (17) verbleibende Wandstärke des Geberkolbens (14) gering ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelventilfeder (22) zugleich das Kopple federele- ment ist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Geberkolben (14) kraftschlüssig mit einem Aktorvor- spannfederelement des Aktors (4) verbunden ist und das Kopp- lerfederelement des Geberkolbens (14) ein zusätzliches Aktorspannfederelement ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nehmerkolben (19) kraftschlüssig mit der Ventilnadel (24) verbunden ist und das Kopplerfederelement des Nehmerkolbens (19) eine Kugelventilfeder (22) einer Ventilkugel (21) ist.
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