EP1519036A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1519036A1
EP1519036A1 EP04104634A EP04104634A EP1519036A1 EP 1519036 A1 EP1519036 A1 EP 1519036A1 EP 04104634 A EP04104634 A EP 04104634A EP 04104634 A EP04104634 A EP 04104634A EP 1519036 A1 EP1519036 A1 EP 1519036A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel injection
flexible portion
injection valve
valve
length
Prior art date
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Granted
Application number
EP04104634A
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English (en)
French (fr)
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EP1519036B1 (de
Inventor
Joerg Schlerfer
Marielle Cuvillier
Andreas Krause
Stefan Heiken
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 EP1519036A1 publication Critical patent/EP1519036A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1519036B1 publication Critical patent/EP1519036B1/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
    • F02M61/16—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
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/04—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure using fluid, other than fuel, for injection-valve actuation
    • F02M47/046—Fluid pressure acting on injection-valve in the period of injection to open it
    • 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

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • a Fuel injection valve with a piezoelectric actuator known which in operative connection with a valve needle stands.
  • the valve needle has at its discharge end a valve closing body, which with a Valve seat surface cooperates to a sealing seat.
  • Two in the essential corrugated, axially flexible and radial rigid flexible sections serve to seal within the fuel injection valve, in particular a mixing to prevent fuel with the hydraulic medium which for the operation of an integrated Hubüber GmbHs- and Compensating device serves, and for sealing Fuel against the actuator.
  • the flexible sections be from the rest position, which is the unloaded length corresponds, in only one direction, either only stretched or only upset and are without bias in the Fuel injector arranged.
  • a disadvantage of the above-mentioned document known fuel injection valve is in particular that the durability and reliability of the flexible Sections is insufficient if no pretension is present, because the flexible sections by the extension or Compression in only one direction increased maximum Must withstand stress loads, which increases in the Area of the outer surface of the flexible sections occur. This can lead to cracks and leaking, for example, In addition, the valve dynamics is unfavorable affected.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has In contrast, the advantage that the maximum in operation occurring stresses within the flexible section are significantly reduced and thus the reliability of the Fuel injector and the durability increased are. In addition, the maximum on the actuation strand reduced acting forces, bringing the valve dynamics is improved.
  • Fuel injection valve is the Vorspannbone or Preload selected so that at an example in Resting position with a compression built-in flexible section this undergoes an extension in operation, so that the is passed through unloaded length.
  • Vorspannner or Preload selected so that at an example in Resting position with a compression built-in flexible section this undergoes an extension in operation, so that the is passed through unloaded length.
  • One with an in Resting position with a stretch built-in flexible section should be analogous to a compression experienced.
  • the Stress loads can be further extended to reduce.
  • the amount equals that of the flexible one Section is compressed, about the amount by which the flexible section is stretched. The stress loads will be further minimized.
  • the flexible section corrugated tube or formed bellows-shaped and made of steel.
  • the Flexibility and radial rigidity is thereby improved, the flexible section cost can be produced.
  • 1 is a fuel injection valve 1 according to FIG the prior art in its essential components for better understanding of the invention briefly explained.
  • FIG. 1 One shown in Fig. 1 in an axial sectional view generic fuel injection valve 1 according to the state The technique is used in particular for direct injection of Fuel into a combustion chamber of a mixture-compacting, spark ignition internal combustion engine.
  • An actuator 2, preferably made of disk-shaped piezoelectric or magnetostrictive elements 3 is constructed in a bipartite hollow cylindrical actuator housing 4 arranged.
  • the actuator 2 rests on the inflow end, inside a first upper, inflow-side Aktorgeophuseteils 4a with a first end face 5 and lies with a second End face 6 on an actuator head 7 at.
  • a biasing spring 8 is at a first end to the actuator head 7 and is from a second actuator housing part 4b, at which the second end 10 of the biasing spring 8 is supported, sleeve-shaped surround.
  • the two Aktorgekorusemaschine 4a and 4b are z. B. welded together.
  • the second actuator housing part 4b is firmly connected to a valve housing 13, for. B. welded.
  • the actuator head 7 settles in an actuator piston 11, which is surrounded by the biasing spring 8, away.
  • a housing 15 of the Lifting device 14 consists of a stationary section 42, the between a first bellows-shaped flexible Section 22 and a second bellows shaped second flexible portion 24 is arranged.
  • the stationary Section 42 is preferably via a weld 18 on Valve housing 13 fixed.
  • the first flexible portion 22 surrounds a first one Lifting piston 21, is spray side with the stationary Section 42 and at the other end with the first Lifting piston 21 welded.
  • the second flexible section 24 surrounds a second piston 23 and is provided with a flange 19 a valve needle 20 welded.
  • the second flexible Section 24 is also with the stationary section 42 welded.
  • the first piston 21 is made in two parts and consists from an intermediate piece 25, which on the actuator piston 11th hinged and with the first corrugated gasket 22 in Compound stands, and a tubular piston 26 which in the likewise tubular fixed portion 42 out is.
  • the second piston 23 passes through a recess 27 in discharge side end of the fixed portion 42 and guided in the piston 26.
  • the second piston 23 is with the widened to the flange 19 end of the valve needle 20th connected.
  • the reciprocating piston 21 and 23 are move in opposite directions and are by a closing spring 28th pushed apart within the piston 26, whereby the Fuel injection valve 1 remains closed.
  • the first flexible section 22 encloses a first Compensation space 29.
  • the second flexible section 24 encloses a second equalization space 30 Compensation spaces 29 and 30 are via a bore 31a in Intermediate piece 25 and a bore 31b in the second piston 23 and via a central recess 32 with each other connected.
  • the hydraulic medium can thus be free in the Balance lifting device 14.
  • the flexible sections 22 and 24 are in the axial direction flexible, but much stiffer in the radial direction.
  • the axial length changes of the flexible portions 22 and 24 have no influence on their design Pressure conditions inside and outside the flexible Sections 22 and 24.
  • the first piston 21, the second piston 23 and the stationary section 42 of the housing 15 enclose a annular transfer volume 39, which with the Hydraulic medium is felt. It serves the momentum transfer from the actuator 2 to the valve needle 20, the stroke ratio of a small Aktorhubs on a larger Ventilnadelhub and the Compensation of temperature-induced expansion processes of the actuator 2 and the lifting device 14.
  • a leakage gap 40 of defined size, between the housing 15 and the Piston 26 is formed, allows the outflow of Hydraulic medium from the transfer volume 39 in the Compensation spaces 29 and 30 at slow, temperature-related Movements of the reciprocating piston 21 and 23.
  • valve closing body 33rd formed with a valve seat surface 34 to a Tight fit together.
  • a valve seat body 35 the is made in one piece with the valve housing 13 is a Spray opening 36 is formed.
  • the fuel is over a laterally formed in the valve housing 13 Fuel supply 37 supplied and over a gap 38 between the valve needle 20 and the valve housing 13 for Tight fit.
  • Fig. 2 shows a fragmentary schematic representation a first embodiment of an inventive Fuel Injector 1.
  • the one shown here Fuel injection valve 1 has a tubular Nozzle body 44 which is connected to the valve housing 13 is.
  • the valve needle 20 engages in the nozzle body 44.
  • the valve closing body 33rd formed with the valve seat surface 34 to a Tight fit together.
  • the valve seat body 35 the is executed here in one piece with the nozzle body 44 is at least one spray opening 36 is formed.
  • the Fuel is on the side in the nozzle body 44th trained fuel supply 37 and fed via a Interspace 38 between the valve needle 20 and the Nozzle body 44 led to the sealing seat.
  • an annular connecting body 46 arranged and for example by a welded joint joined with the nozzle body 44.
  • the closing spring 28 is between the connecting body 46 and a first flange 48, which in the region of the discharge end of the Valve needle 20 is fixed, clamped, with the Closing spring 28 at one of the connecting body 46th trained shoulder 47 is supported.
  • the closing spring 28 presses in this embodiment in the rest position the Valve-closing body 33 against the valve seat surface 34 and thus seals the sealing seat of the outward opening Fuel injector 1 from.
  • Abspritz matter of the first flange 48 is an in Diameter smaller second flange 49 on the valve needle 20 fixed.
  • Within the spiral closing spring 28 is between the second flange 49 and the connecting body 46 the second flexible portion 24 is arranged, this discharge side on the inside of the connecting body 46th and Abspritzfern with the second flange 49 hermetically sealed connected is.
  • a sleeve-shaped guide body 45 arranged to guide the valve needle 20.
  • the Guide body 45 serves at the same time for damping Pressure fluctuations of the fuel, so that they are not or only attenuated in the substantially of the second flexible section 24 impact enclosed space can.
  • the actuator 2 If the actuator 2 is energized, it presses the valve needle 20 against the bias of the closing spring 28 in Abspritzetti, whereupon the valve closing body 33 of the Valve seat 34 lifts and opens the sealing seat.
  • the valve closing body 33 of the Valve seat 34 lifts and opens the sealing seat.
  • the second flange 49 moves with the valve needle 20 and shortens the axial extent of the second flexible Section 24, since that on the connecting body 46th attached end of the second flexible portion 24 not moved with the valve needle 20 in Abspritzetti.
  • the example of steel existing second flexible Section 24 has an unloaded length that occurs would, if the second flexible portion 24 only at one End attached and the other end would be unloaded. in the the embodiment shown is the unloaded length of second flexible portion 24 smaller than the axial Length, which is at unaffected actuator 2, ie at unactuated fuel injection valve 1, adjusts. Of the second flexible section 24 is therefore with a Preload caused by an extension of the unloaded Length of the second flexible portion 24 by one Preload length is generated in the non-actuated Fuel injector 1 installed.
  • the amount of the second flexible section 24 applied biasing force is much smaller than that applied by the closing spring 28 biasing force, wherein the directions of force in this embodiment each other are directed against.
  • the preload length is chosen in that upon actuation of the fuel injection valve 1, for example, in Vollhub réelle or Operahub réelle, the unloaded length of the second flexible portion 24th reached and fallen below, so that's the second flexible Section 24, compared to the unloaded length, at compressed compressed open seat.
  • Fig. 3 shows a fragmentary schematic representation a second embodiment of an inventive Fuel injection valve 1, similar to the first Embodiment of Fig. 2.
  • the ejection end of the Nozzle body 44, the valve housing and the actuator housing. 4 are not shown.
  • the connecting body 46th sleeve-shaped and radially surrounds the second bellows-shaped flexible section 24.
  • the second flexible Section 24 is with its discharge end over the compared to Fig. 2 Abspritzpurer, approximately at height the discharge-side end of the connecting body 46, arranged second flange 49 on the valve needle 20th fixed, the guide body 45 is missing and the leadership by the second flange 49 sliding in the nozzle body 44 is taken over.
  • the Abspritzferne end of the second flexible Section 24 is over a sleeve 50 in the area of Abspritzfernen end of the connecting body 46 to this fixed axially immovable, for example, cohesively through a weld.
  • the example of steel existing second flexible Section 24 has an unloaded length that occurs would, if the second flexible portion 24 only at one End attached and the other end would be unloaded. in the the embodiment shown is the unloaded length of second flexible portion 24 greater than the axial length, in the case of an energized actuator 2, that is to say in the case of unconfirmed actuator 2 Fuel injection valve 1, sets.
  • the second flexible portion 24 is therefore with a Preload caused by a compression of the unloaded Length of the second flexible portion 24 by one Preload length is generated in the non-actuated Fuel injector 1 installed.
  • the amount of through the second flexible portion 24 applied Preload force is much smaller than that through the Closing spring 28 applied biasing force, the Force directions in this embodiment the same Direction sense.
  • the preload length is selected so that upon actuation of the Fuel injection valve 1, for example at Full lift or partial lift, the unloaded length reaches the second flexible portion 24 and is exceeded, so that the second flexible section 24, compared to unloaded length, with open Seating is stretched.
  • the leader length is chosen so that the amount of length to the second flexible section 24 is compressed, the amount is equal to the second flexible portion 24 upon actuation of the Fuel injection valve 1 is stretched.
  • the invention is not limited to those shown Embodiments limited and z. B. also for internal opening fuel injectors are used.
  • the features of the embodiments are in any Way combined with each other.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2), weist eine mit dem Aktor (2) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (20) auf. Die Ventilnadel (20) weist einen Ventilschließkörper (33) auf, der mit einer Ventilsitzfläche (34) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Zur Abdichtung innerhalb des Brennstoffeinspritzventils (1) ist zumindest ein flexibler Abschnitt (22, 24) im Brennstoffeinspritzventil (1) angeordnet. Der flexible Abschnitt (22, 24) ist mit einer Vorspannung, die durch eine Stauchung oder Streckung der unbelasteten Länge des flexiblen Abschnitts (22, 24) um eine Vorspannlänge erzeugt ist, beaufschlagt. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Beispielsweise ist aus der DE 199 50 760 A1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor bekannt, welcher in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel steht. Die Ventilnadel weist an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper auf, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Zwei im wesentlichen wellrohrförmige, axial flexible und radial steife flexible Abschnitte dienen zur Abdichtung innerhalb des Brennstoffeinspritzventils, um insbesondere ein Mischen von Brennstoff mit dem Hydraulikmedium zu verhindern, welches zum Betrieb einer integrierten Hubübersetzungs- und Ausgleichsvorrichtung dient, und zur Abdichtung von Brennstoff gegenüber dem Aktor. Die flexiblen Abschnitte werden aus der Ruhelage, welche der unbelasteten Länge entspricht, in nur eine Richtung entweder nur gedehnt oder nur gestaucht und sind ohne Vorspannung im Brennstoffeinspritzventil angeordnet.
Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß die Dauerhaltbarkeit und Zuverlässigkeit der flexiblen Abschnitte bei nicht vorhandener Vorspannung ungenügend ist, da die flexiblen Abschnitte durch die Streckung bzw. Stauchung in nur einer Richtung erhöhten maximalen Spannungsbelastungen standhalten müssen, die verstärkt im Bereich der Außenfläche der flexiblen Abschnitte auftreten. Dies kann beispielsweise zu Rissen und Lecken führen, außerdem wird die Ventildynamik dadurch ungünstig beeinflußt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die maximal im Betrieb auftretenden Spannungen innerhalb des flexiblen Abschnitts deutlich reduziert sind und damit die Zuverlässigkeit des Brennstoffeinspritzventils sowie die Dauerhaltbarkeit erhöht sind. Außerdem sind die maximal auf den Betätigungsstrang wirkenden Kräfte reduziert, womit die Ventildynamik verbessert ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist die Vorspannlänge bzw. die Vorspannung so gewählt, daß bei einem beispielsweise in Ruhelage mit einer Stauchung eingebauten flexiblen Abschnitt dieser im Betrieb eine Streckung erfährt, so daß die unbelastete Länge durchlaufen wird. Ein mit einer in Ruhelage mit einer Streckung eingebauter flexibler Abschnitt soll analog dazu eine Stauchung erfahren. Die Spannungsbelastungen lassen sich dadurch noch weiter reduzieren.
Idealerweise gleicht der Betrag, um den der flexible Abschnitt gestaucht wird, in etwa dem Betrag, um den der flexible Abschnitt gestreckt wird. Die Spannungsbelastungen werden dadurch weiter minimiert.
Vorteilhafterweise ist der flexible Abschnitt wellrohr- bzw. wellbalgförmig ausgebildet und aus Stahl bestehend. Die Flexibilität und radiale Steifigkeit wird dadurch verbessert, wobei der flexible Abschnitt kostengünstig hergestellt werden kann.
Wird der flexible Abschnitt mit einem Ende axial bewegungsfest an der Ventilnadel fixiert, insbesondere über einen Flansch, und/oder das jeweils andere Ende an einem Verbindungskörper, welche gegenüber der Ventilnadel axial beweglich ist, so kann das Brennstoffeinspritzventil besonders einfach aufgebaut werden.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische axiale Schnittdarstellung durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2
eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und
Fig. 3
eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in den Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Bevor jedoch anhand der Fig. 2 und 3 bevorzugte Ausführungsbeispiele die Erfindung näher erläutert werden, wird anhand von Fig. 1 ein Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand der Technik in seinen wesentlichen Bauteilen zum besseren Verständnis der Erfindung kurz erläutert.
Ein in Fig. 1 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigtes gattungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand der Technik dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
Ein Aktor 2, der vorzugsweise aus scheibenförmigen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elementen 3 aufgebaut ist, ist in einem zweiteilig ausgeführten hohlzylindrischen Aktorgehäuse 4 angeordnet. Der Aktor 2 stützt sich am zuströmseitigen Ende, im Inneren eines ersten oberen, zuströmseitigen Aktorgehäuseteils 4a mit einer ersten Stirnseite 5 ab und liegt mit einer zweiten Stirnseite 6 an einem Aktorkopf 7 an. Eine Vorspannfeder 8 liegt mit einem ersten Ende an dem Aktorkopf 7 an und ist von einem zweiten Aktorgehäuseteil 4b, an welchem sich das zweite Ende 10 der Vorspannfeder 8 abstützt, hülsenförmig umgeben. Die beiden Aktorgehäuseteile 4a und 4b sind z. B. miteinander verschweißt. Das zweite Aktorgehäuseteil 4b ist mit einem Ventilgehäuse 13 fest verbunden, z. B. verschweißt. Der Aktorkopf 7 setzt sich in einem Aktorkolben 11, der von der Vorspannfeder 8 umgeben ist, fort.
Im zweiten Aktorgehäuseteil 4b ist eine Ausnehmung 12 vorgesehen, durch welche der Aktorkolben 11 hindurchragt. Der Aktorkolben 11 und das zweite Aktorgehäuseteil 4b liegen an einer gegenüber einem Ventilinnenraum 41 hermetisch abgeschlossenen Hubeinrichtung 14 an, welche mit einem Hydraulikmedium gefüllt ist. Ein Gehäuse 15 der Hubeinrichtung 14 besteht aus einem ortsfesten Abschnitt 42, der zwischen einem ersten wellbalgförmigen flexiblen Abschnitt 22 und einem zweiten wellbalgförmigen zweiten flexiblen Abschnitt 24 angeordnet ist. Der ortsfeste Abschnitt 42 ist vorzugsweise über eine Schweißnaht 18 am Ventilgehäuse 13 fixiert.
Der erste flexible Abschnitt 22 umgibt einen ersten Hubkolben 21, ist abspritzseitig mit dem ortsfesten Abschnitt 42 und an seinem anderen Ende mit dem ersten Hubkolben 21 verschweißt. Der zweite flexible Abschnitt 24 umgibt einen zweiten Hubkolben 23 und ist mit einem Flansch 19 einer Ventilnadel 20 verschweißt. Der zweite flexible Abschnitt 24 ist ebenfalls mit dem ortsfesten Abschnitt 42 verschweißt.
Der erste Hubkolben 21 ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem Zwischenstück 25, welches am Aktorkolben 11 angeliegt und mit der ersten wellrohrförmigen Dichtung 22 in Verbindung steht, und einem rohrförmigen Kolben 26, der in dem ebenfalls rohrförmigen ortsfesten Abschnitts 42 geführt ist.
Der zweite Hubkolben 23 durchgreift eine Ausnehmung 27 im abspritzseitigen Ende des ortsfesten Abschnitts 42 und ist in dem Kolben 26 geführt. Der zweite Hubkolben 23 ist mit dem zu dem Flansch 19 verbreiterten Ende der Ventilnadel 20 verbunden. An dem Flansch 19 ist der zweite flexible Abschnitt 24 angebracht. Die Hubkolben 21 und 23 sind gegenläufig beweglich und werden durch eine Schließfeder 28 innerhalb des Kolbens 26 auseinander gedrückt, wodurch das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen bleibt.
Der erste flexible Abschnitt 22 umschließt einen ersten Ausgleichsraum 29. Der zweite flexible Abschnitt 24 umschließt einen zweiten Ausgleichsraum 30. Die Ausgleichsräume 29 und 30 sind über eine Bohrung 31a im Zwischenstück 25 und eine Bohrung 31b im zweiten Hubkolben 23 und über eine zentrale Ausnehmung 32 miteinander verbunden. Das Hydraulikmedium kann sich somit frei in der Hubeinrichtung 14 ausgleichen.
Die flexiblen Abschnitte 22 und 24 sind in axialer Richtung flexibel, in radialer Richtung jedoch wesentlich steifer. Die axialen Längenänderungen der flexiblen Abschnitte 22 und 24 haben durch ihre Formgebung keinen Einfluß auf die Druckverhältnisse innerhalb und außerhalb der flexiblen Abschnitte 22 und 24.
Der erste Hubkolben 21, der zweite Hubkolben 23 und der ortsfeste Abschnitt 42 des Gehäuses 15 umschließen ein ringförmiges Übertragungsvolumen 39, welches mit dem Hydraulikmedium gefühlt ist. Es dient der Impulsübertragung vom Aktor 2 auf die Ventilnadel 20, der Hubübersetzung eines kleinen Aktorhubs auf einen größeren Ventilnadelhub und der Kompensation von temperaturbedingten Ausdehnungsprozessen des Aktors 2 und der Hubeinrichtung 14. Ein Leckspalt 40 von definierter Größe, der zwischen dem Gehäuse 15 und dem Kolben 26 ausgebildet ist, ermöglicht das Ausströmen von Hydraulikmedium aus dem Übertragungsvolumen 39 in die Ausgleichsräume 29 und 30 bei langsamen, temperaturbedingten Bewegungen der Hubkolben 21 und 23.
An der Ventilnadel 20 ist ein Ventilschließkörper 33 ausgebildet, der mit einer Ventilsitzfläche 34 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. In einem Ventilsitzkörper 35, der einteilig mit dem Ventilgehäuse 13 ausgeführt ist, ist eine Abspritzöffnung 36 ausgebildet. Der Brennstoff wird über eine seitlich im Ventilgehäuse 13 ausgebildete Brennstoffzufuhr 37 zugeleitet und über einen Zwischenraum 38 zwischen der Ventilnadel 20 und dem Ventilgehäuse 13 zum Dichtsitz geführt.
Wird dem piezoelektrischen Aktor 2 über ein nicht dargestelltes, elektronisches Steuergerät und einen Steckkontakt eine elektrische Erregungsspannung zugeführt, dehnen sich die scheibenförmigen piezoelektrischen Elemente 3 des Aktor 2 entgegen der Vorspannung der Vorspannfeder 8 aus und bewegen den Aktorkopf 7 zusammen mit dem Aktorkolben 11 in Abspritzrichtung. Der Hub wird über das Zwischenstück 25 und den Kolben 26 auf das Übertragungsvolumen 39 weitergegeben. Das Hydraulikmedium wird durch den in Abspritzrichtung bewegten Kolben 26 verdrängt und drückt den zweiten Hubkolben 23 entgegen der Federspannung der Schließfeder 28 in Richtung Aktor 2. Dabei nimmt der zweite Hubkolben 23 die mit diesem verschweißte Ventilnadel 20 mit, wodurch der Ventilschließkörper 33 von der Ventilsitzfläche 34 abhebt und Brennstoff durch die Abspritzöffnung 36 im Ventilsitzkörper 35 abgespritzt wird.
Fig. 2 zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Das hier gezeigte Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen rohrförmigen Düsenkörper 44 auf, der mit dem Ventilgehäuse 13 verbunden ist. Die Ventilnadel 20 greift in den Düsenkörper 44 ein. An der Ventilnadel 20 ist der Ventilschließkörper 33 ausgebildet, der mit der Ventilsitzfläche 34 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. In dem Ventilsitzkörper 35, der hier einteilig mit dem Düsenkörper 44 ausgeführt ist, ist mindestens eine Abspritzöffnung 36 ausgebildet. Der Brennstoff wird über die seitlich im Düsenkörper 44 ausgebildete Brennstoffzufuhr 37 zugeleitet und über einen Zwischenraum 38 zwischen der Ventilnadel 20 und dem Düsenkörper 44 zum Dichtsitz geführt.
An der der Abspritzöffnung 36 gegenüberliegenden Seite des Düsenkörpers 44 ist ein ringförmiger Verbindungskörper 46 angeordnet und beispielsweise durch eine Schweißverbindung mit dem Düsenkörper 44 gefügt. Die Schließfeder 28 ist zwischen dem Verbindungskörper 46 und einem ersten Flansch 48, welcher im Bereich des abspritzseitigen Endes der Ventilnadel 20 fixiert ist, eingeklemmt, wobei sich die Schließfeder 28 an einer am Verbindungskörper 46 ausgebildeten Schulter 47 abstützt. Die Schließfeder 28 drückt in diesem Ausführungsbeispiel in Ruhelage den Ventilschließkörper 33 gegen die Ventilsitzfläche 34 und dichtet somit den Dichtsitz des nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventil 1 ab.
Abspritzseitig des ersten Flansches 48 ist ein im Durchmesser kleinerer zweiter Flansch 49 an der Ventilnadel 20 fixiert. Innerhalb der spiralförmigen Schließfeder 28 ist zwischen dem zweiten Flansch 49 und dem Verbindungskörper 46 der zweite flexible Abschnitt 24 angeordnet, wobei dieser abspritzseitig an der Innenseite des Verbindungskörpers 46 und abspritzfern mit dem zweiten Flansch 49 hermetisch dicht verbunden ist.
Im Bereich des abspritzfernen Endes, im Inneren des Düsenkörpers 44, ist ein hülsenförmiger Führungskörper 45 zur Führung der Ventilnadel 20 angeordnet. Der Führungskörper 45 dient gleichzeitig zur Dämpfung von Druckschwankungen des Brennstoffs, so daß sich diese nicht oder nur abgeschwächt in dem im wesentlichen von dem zweiten flexiblen Abschnitt 24 eingeschlossenen Raum auswirken können.
Wird der Aktor 2 erregt, so drückt er die Ventilnadel 20 entgegen der Vorspannung der Schließfeder 28 in Abspritzrichtung, worauf der Ventilschließkörper 33 vom der Ventilsitzfläche 34 abhebt und den Dichtsitz öffnet. Der zweite Flansch 49 bewegt sich mit der Ventilnadel 20 und verkürzt die axiale Ausdehnung des zweiten flexiblen Abschnitts 24, da sich das am Verbindungskörper 46 angebrachte Ende des zweiten flexiblen Abschnitts 24 nicht mit der Ventilnadel 20 in Abspritzrichtung bewegt.
Der beispielsweise aus Stahl bestehende zweite flexible Abschnitt 24 weist eine unbelastete Länge auf, die auftreten würde, wenn der zweite flexible Abschnitt 24 nur an einem Ende befestigt und das andere Ende unbelastet wäre. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die unbelastete Länge des zweiten flexiblen Abschnitts 24 kleiner als die axiale Länge, die sich bei unerregtem Aktor 2, also bei unbetätigtem Brennstoffeinpritzventil 1, einstellt. Der zweite flexible Abschnitt 24 ist demzufolge mit einer Vorspannnung, die durch eine Streckung der unbelasteten Länge des zweiten flexiblen Abschnitts 24 um eine Vorspannlänge erzeugt ist, in das nicht betätigte Brennstoffeinspritzventil 1 eingebaut.
Der Betrag der durch den zweiten flexiblen Abschnitt 24 aufgebrachten Vorspannkraft ist sehr viel kleiner als die durch die Schließfeder 28 aufgebracht Vorspannkraft, wobei die Kraftrichtungen in diesem Ausführungsbeispiel einander entgegen gerichtet sind. Die Vorspannlänge ist so gewählt, daß bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1, beispielsweise bei Vollhubbetrieb oder Teilhubbetrieb, die unbelastete Länge des zweiten flexiblen Abschnitts 24 erreicht und unterschritten wird, so das der zweite flexible Abschnitt 24, im Vergleich zur unbelasteten Länge, bei geöffnetem Dichtsitz gestaucht wird. Idealerweise ist die Vorspannlänge so gewählt, daß der Betrag der Länge, um den der zweite flexible Abschnitt 24 gestreckt ist, dem Betrag gleicht, um den der zweite flexible Abschnitt 24 bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 gestaucht wird.
Fig. 3 zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 2. Das abspritzseitige Ende des Düsenkörpers 44, das Ventilgehäuse und das Aktorgehäuse 4 sind nicht dargestellt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der Verbindungskörper 46 hülsenförmig ausgebildet und umschließt radial den zweiten wellbalgförmigen flexiblen Abschnitt 24. Der zweite flexible Abschnitt 24 ist mit seinem abspritzseitigen Ende über den im Vergleich zu Fig. 2 abspritzseitiger, in etwa auf Höhe des abspritzseitigen Endes des Verbindungskörpers 46, angeordneten zweiten Flansch 49 an der Ventilnadel 20 fixiert, wobei der Führungskörper 45 fehlt und die Führung durch den im Düsenkörper 44 gleitenden zweiten Flansch 49 übernommen ist. Das abspritzferne Ende des zweiten flexiblen Abschnitts 24 ist über eine Hülse 50 im Bereich des abspritzfernen Endes des Verbindungskörpers 46 zu diesem axial bewegungsfest fixiert, beispielsweise stoffschlüssig durch eine Schweißung.
Der beispielsweise aus Stahl bestehende zweite flexible Abschnitt 24 weist eine unbelastete Länge auf, die auftreten würde, wenn der zweite flexible Abschnitt 24 nur an einem Ende befestigt und das andere Ende unbelastet wäre. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die unbelastete Länge des zweiten flexiblen Abschnitts 24 größer als die axiale Länge, die sich bei unerregtem Aktor 2, also bei unbetätigtem Brennstoffeinpritzventil 1, einstellt.
Der zweite flexible Abschnitt 24 ist demzufolge mit einer Vorspannnung, die durch eine Stauchung der unbelasteten Länge des zweiten flexiblen Abschnitts 24 um eine Vorspannlänge erzeugt ist, in das nicht betätigte Brennstoffeinspritzventil 1 eingebaut. Der Betrag der durch den zweiten flexiblen Abschnitt 24 aufgebrachten Vorspannkraft ist sehr viel kleiner als die durch die Schließfeder 28 aufgebracht Vorspannkraft, wobei die Kraftrichtungen in diesem Ausführungsbeispiel den gleichen Richtungssinn aufweisen.
Die Vorspannlänge ist so gewählt, daß bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1, beispielsweise bei Vollhubbetrieb oder Teilhubbetrieb, die unbelastete Länge des zweiten flexiblen Abschnitts 24 erreicht und überschritten wird, so das der zweite flexible Abschnitt 24, im Vergleich zur unbelasteten Länge, bei geöffnetem Dichtsitz gestreckt wird. Idealerweise ist die Vorspannlänge so gewählt, daß der Betrag der Länge, um den der zweite flexible Abschnitt 24 gestaucht ist, dem Betrag gleicht, um den der zweite flexible Abschnitt 24 bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 gestreckt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendet werden. Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind in beliebiger Weise miteinander kombinierbar.

Claims (8)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2), und einer mit dem Aktor (2) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (20), welche einen Ventilschließkörper (33) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (34) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei zur Abdichtung innerhalb des Brennstoffeinspritzventils (1) zumindest ein flexibler Abschnitt (22, 24) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (22, 24) mit einer Vorspannung, die durch eine Stauchung oder Streckung der unbelasteten Länge des flexiblen Abschnitts (22, 24) um eine Vorspannlänge erzeugt ist, beaufschlagt ist.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannlänge so gewählt ist,
    daß in den im Betrieb auftretenden Zuständen, der flexible Abschnitt (22, 24) bei einer durch die Vorspannlänge erzeugten Stauchung im Vergleich zur unbelasteten Länge gestreckt wird oder
    daß der flexible Abschnitt (22, 24) bei einer durch die Vorspannlänge erzeugten Streckung im Vergleich zur unbelasteten Länge gestaucht wird.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Länge um die der flexible Abschnitt (22, 24) gestaucht wird in etwa dem Betrag gleicht, um die der flexible Abschnitt (22, 24) gestreckt wird.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüchen,
    dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (22, 24) wellrohr- bzw. wellbalgförmig ist.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (22, 24) wenigstens teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, besteht.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (22, 24) mit einem Ende axial bewegungsfest an der Ventilnadel (20) fixiert ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (22, 24) über einen Flansch (49) an der Ventilnadel (20) fixiert ist.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils andere Ende des flexiblen Abschnitts (22, 24) an einem Verbindungskörper (46), welcher gegenüber der Ventilnadel (20) axial beweglich ist, fixiert ist.
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