EP1538331B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1538331B1
EP1538331B1 EP20040105050 EP04105050A EP1538331B1 EP 1538331 B1 EP1538331 B1 EP 1538331B1 EP 20040105050 EP20040105050 EP 20040105050 EP 04105050 A EP04105050 A EP 04105050A EP 1538331 B1 EP1538331 B1 EP 1538331B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel injection
injection valve
valve according
coupler
slave
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP20040105050
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English (en)
French (fr)
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EP1538331A1 (de
Inventor
Klaus Noller
Michael Huebel
Thomas Gerschwitz
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 EP1538331A1 publication Critical patent/EP1538331A1/de
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Publication of EP1538331B1 publication Critical patent/EP1538331B1/de
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    • 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
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    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/707—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for avoiding fuel contact with actuators, e.g. isolating actuators by using bellows or diaphragms

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve 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 travel transformer of a piezoelectric actuator for a fuel injection valve.
  • the stroke of the actuator is transmitted via a hydraulic chamber.
  • the hydraulic chamber has a defined leak with a defined leak rate.
  • the stroke of the actuator is introduced via a master piston in the hydraulic chamber and transmitted via a slave piston to a driven element.
  • This element is for example a valve needle of a fuel injection valve.
  • a slave piston In the master cylinder, a slave piston is guided, which also closes the master cylinder and thereby forms the hydraulic chamber.
  • a spring In the hydraulic chamber, a spring is arranged, which presses apart the master cylinder and the slave piston.
  • this stroke movement is due to the pressure of a hydraulic fluid in the hydraulic chamber on the Transfer slave piston, since the hydraulic fluid in the hydraulic chamber can not compress and only a small proportion of the hydraulic fluid can escape through the annular gap during the short period of a stroke.
  • the slave piston In the resting phase, when the actuator exerts no pressure force on the master cylinder, the slave piston is pushed out of the cylinder by the spring and by the resulting negative pressure penetrates through the annular gap, the hydraulic fluid in the hydraulic chamber and fills it again.
  • the hydraulic coupler automatically adjusts to length expansions and pressure-related expansions of a fuel injection valve.
  • the sealing of the hydraulic medium takes place via sealing rings.
  • US 2002/0139863 A1 starts from a fuel injection valve with an actuator whose length changes, wherein the change in length of the actuator is coupled to a valve closing body, so that an extension of the actuator caused by an applied electrical voltage causes the valve closing body to be seated on the valve closing body brings the downstream end of the fuel injection valve in a sealing contact.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the hydraulic medium of the coupler is permanently sealed and the space and the manufacturing cost is reduced.
  • the diameter feed engages or protrudes into a recess, wherein in a further development, the recess decreases in the case of an enlarging coupler volume.
  • the coupler can be made compact and the bias, with which the flexible portion acts on the hydraulic medium, be favorably influenced.
  • the throttle Due to the design of the throttle as a bore and the arrangement of the throttle in a throttle disk, the throttle can be very easily and inexpensively.
  • the hydraulic behavior of the coupler can be further advantageously adjusted.
  • the hydraulic behavior of the coupler can be further advantageously influenced.
  • FIGS. 1 and 2 Before the invention is described in more detail with reference to preferred embodiments, a fuel injection valve according to the prior art in its essential components in FIGS. 1 and 2 is briefly explained for better understanding. Matching components are provided in the figures with corresponding reference numerals.
  • the fuel injection valve 1 shown in FIG. 1 is in the form of a fuel injection valve 1 for fuel injection systems of mixture-compression spark-ignition internal combustion engines.
  • the fuel injection valve 1 is suitable in particular for the direct injection of fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 comprises a housing 2, in which a provided with an Aktorumspritzung 3 piezoelectric or magnetostrictive actuator 4 is arranged.
  • the actuator 4 can be supplied by means of an electrical line 5, to which a protruding from the housing 2 electrical terminal 6, an electrical voltage can be supplied.
  • the actuator 4 is supported on the inflow side on a master piston 9 of a hydraulic coupler 7 and downstream of an actuator head 8.
  • the hydraulic coupler 7 further comprises a slave piston 10, a Compression spring 11, which acts on the hydraulic coupler 7 with a bias, and a compensation chamber 12 which is filled with a hydraulic medium.
  • the fuel is fed centrally via an inlet 14.
  • an actuating body 15 Downstream of the actuator head 8, an actuating body 15 is arranged, which acts on a valve needle 16.
  • the valve needle 16 has at its downstream end a valve closing body 17. This acts together with a valve seat surface 18, which is formed on a nozzle body 19, to form a sealing seat.
  • a return spring 20 acts on the valve needle 16 so that the fuel injection valve 1 remains in the de-energized state of the actuator 4 in the closed state. Furthermore, it ensures the return of the valve needle 16 after the injection phase.
  • the nozzle body 19 is fixed by means of a weld 21 in an inner housing 22, which seals the actuator 4 against the fuel.
  • the fuel flows from the inlet 14 between the housing 2 and the inner housing 22 to the sealing seat.
  • FIG. 2 shows a coupler 7 constructed similarly to the coupler shown in FIG.
  • Hydraulic couplers 7 in fuel injection valves 1 are usually designed on the one hand for conversion or translation of the stroke of the actuator 4 on the valve needle 16 and / or on the other hand to compensate for temperature-induced changes in length of the actuator 4 and the housing 2.
  • the latter is realized, as shown in the exemplary embodiment, by means of a coupler 7 designed as a second medium coupler, which contains a hydraulic medium not coming into contact with the fuel.
  • the hydraulic medium fills the compensation chamber 12 and a between master piston 9 and Slave piston 10 formed coupler volume 23, which is connected to the expansion chamber 12 via a throttle 24.
  • the compensation chamber 12 is disposed inside and outside the slave piston 10, wherein the two parts are connected by a transverse bore 31 and the outboard part of the compensation chamber 12 is sealed by means of a corrugated tube seal designed as flexible portion 13 relative to the fuel injector 1 flowing through the fuel.
  • hydraulic medium is exchanged between the coupler volume 23 via the throttle 24 with the compensation chamber 12.
  • the necessary filling pressure is applied via the pressure piston 11 arranged in the slave piston 10 in a pressure storage chamber 32. This is arranged between a first closure body 25 and a second closure body 26, the former having a groove 27 with a sealing ring 28 arranged therein for sealing the coupler space 12.
  • the filling of the coupler 7, for example in the production, with hydraulic medium takes place through a bore 29, which may be closed, for example by means of a pressed-in ball 30.
  • a disadvantage of the described design of the fuel injector 1 and the hydraulic coupler 7 is in particular that the leakage losses at the arranged in the groove 27 sealing ring 28 are relatively high. This reduces the fatigue strength of the fuel injection valve 1, since the hydraulic medium on the sealing ring 28 leaks over time into the pressure storage space 32 and thus also reduces the prestress applied by the compression spring 11. Thus, the coupler 7 undesirably changes its behavior in the fuel injection valve 1 over the lifetime. Due to the complicated design, the production of the coupler 7 is very expensive and the size increased unfavorably. In addition, in particular by the shape of the flexible portion, a relatively large capacity of the hydraulic medium necessary. But this increases the temperature dependence by the temperature expansion.
  • a remedy is provided by the embodiment described below of a designed as a second-medium coupler coupler 7, which is simple and inexpensive to manufacture, less expensive built, reliable continuous running and its behavior is less temperature-dependent.
  • FIG. 3 shows a non-inventive example of a coupler 7 for a fuel injection valve 1.
  • the slave piston 10 engages with a piston-shaped second slave section 35 into the essentially cylindrical master piston 9.
  • the slave piston 10 and the second slave section 35 are guided axially movably in the master piston 9 with a guide gap 38.
  • the guide gap 38 is relatively small, wherein the amount of hydraulic medium passing through the guide gap 38 during operation is negligibly small.
  • the guide gap 38 may exert a throttle function.
  • the slave piston 10 consists of a first slave section 34 and a second slave section 35, wherein in other embodiments, the slave piston 10 can also be made in one piece.
  • the first slave section 34 is cylindrical and tapers from a diameter which corresponds approximately to the diameter of the master piston 9, stepwise in the direction of the master piston 9, and the second slave section 35.
  • the first slave section 34 tapers at a step 40 and thus has a T-shaped cross-section.
  • the tapered part of the first slave portion 34 engages partially coaxially in the second slave portion 35 and is fixed there immovable, for example by pressing or welding.
  • the U-shaped diameter retraction 33 protrudes into the recess 39.
  • the flexible portion 13 In the region of the upper end of the flexible portion 13 on the circumference of the first slave portion 34, for example, cohesively, hermetically sealed. In the region of its lower end, the flexible portion 13 is circumferentially hermetically sealed to the master piston 9.
  • the slave piston 10 has a centered channel 29 which merges into a compensation channel 36 and is closed to the outside by a ball 30, which is introduced after filling the coupler 7 with hydraulic medium for closing the channel 29.
  • the compensation channel 36 which is formed in this embodiment as a stepped bore, ends at its the coupler volume 23 facing the end of a throttle plate 37, which has at least one designed as a relatively small bore, centered throttle 24.
  • the throttle 24 opens into the coupler volume 23.
  • the transverse bore 31 Approximately at the level of the transition of the channel 29 in the compensation channel 36 is the transverse bore 31, which can also be prepared by other molding methods than drilling.
  • the restrictor disk 37 is embedded in the surface of the second slave section 35 and, for example, joined to the second slave section 35 in a material-locking manner by welding.
  • the transverse bore 31 connects via the throttle 24, the coupler volume 23 with the expansion chamber 12th
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention in the region of the coupler 7, similar to the exemplary embodiment from FIG. 3.
  • the channel 29 is arranged in the master piston 9.
  • the channel 29 opens directly into the coupler volume 23.
  • the compensation channel 36 connects the coupler volume 23, the compensation chamber 12 and a chamber 41 with each other.
  • the chamber 41 is formed in the slave piston 10, wherein in this embodiment, the chamber 41 by a first recess 44 which is centered in a first slave portion 34 above and laterally comprehensive attachment 43 is disposed, and by a second recess 45 at the upper end of the first slave section 34 is formed centered, is formed.
  • the recesses 44, 45 lie with the interposition of a membrane 42 hydraulically outwardly close to each other and thereby form the chamber 41.
  • the membrane 42 consists for example of an elastomer and divides the chamber 41 hermetically sealed into the first recess 44 and the second recess 45th Die second recess 45 is connected via the compensation channel 36 with the coupler volume 23 in connection.
  • the first recess 44 is, for example, with a gas filled with pressure and thus exerts a pressure on the hydraulic medium.
  • the internal coupler pressure can be generated via an additionally arranged in the chamber 41 spring, so that the interior 41 is depressurized.
  • the membrane 42 is elastic and consists of an elastomer, for example of Viton.
  • the attachment part 43 belonging to the slave piston 10 is connected, for example, by pressing and / or welding to the first slave section 34.
  • the flexible portion 13 is hermetically sealed at its upper end to the radially outer surface of the attachment 43.
  • the invention is also suitable for fuel injection valves 1 for self-igniting internal combustion engines and / or inwardly opening fuel injection valves.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

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 wird der Hub des Aktors über eine Hydraulikkammer übertragen. Die Hydraulikkammer weist ein definiertes Leck mit einer definierten Leckrate auf. Der Hub des Aktors wird über einen Geberkolben in die Hydraulikkammer eingeleitet und über einen Nehmerkolben auf ein anzutreibendes Element übertragen. Dieses Element ist beispielsweise eine Ventilnadel eines Brennstoffeinspritzventils.
  • Im Geberzylinder ist ein Nehmerkolben geführt, der den Geberzylinder ebenfalls abschließt und hierdurch die Hydraulikkammer bildet. In der Hydraulikkammer ist eine Feder angeordnet, die den Geberzylinder und den Nehmerkolben auseinanderdrückt. 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 den Ringspalt während des kurzen Zeitraumes eines Hubes entweichen kann. In der Ruhephase, wenn der Aktor keine Druckkraft auf den Geberzylinder ausübt, wird durch die Feder der Nehmerkolben aus dem Zylinder herausgedrückt und durch den entstehenden Unterdruck dringt über den Ringspalt das Hydraulikfluid in den Hydraulikraum ein und füllt diesen wieder auf. Dadurch stellt sich der hydraulische Koppler automatisch auf Längenausdehnungen und druckbedingte Dehnungen eines Brennstoffeinspritzventils ein. Die Abdichtung des Hydraulikmediums erfolgt über Dichtringe.
  • Die Druckschrift US 2002/0139863 A1 geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil mit einem Aktor, dessen Länge sich ändert, wobei die Längenänderung des Aktors mit einem Ventilschließkörper gekoppelt ist, so dass eine durch eine angelegte elektrische Spannung hervorgerufene Ausdehnung des Aktors den Ventilschließkörper mit einem Dichtsitz am stromabwärtigen Ende des Brennstoffeinspritzventils in eine dichtende Anlage bringt.
  • Aus dem Stand der Technik sind außerdem Brennstoffeinspritzventile bekannt, die mit wellrohr- bzw. wellbalgförmigen Dichtungen Hydraulikmedium abdichten.
  • Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß eine Leckage durch Dichtringe nicht vollständig vermieden werden kann und die Brennstoffeinspritzventile dadurch eine geringere Lebensdauer haben. Die Abdichtung durch Wellrohrdichtungen erhöht die Menge an Hydraulikmedium stark und damit das temperaturabhängige Verhalten des Kopplers. Außerdem ist die Baugröße und der Herstellungsaufwand erhöht.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Hydraulikmedium des Kopplers dauerhaft abgedichtet wird und der Bauraum sowie der Herstellungsaufwand vermindert sind.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • In einer ersten Weiterbildung greift bzw. ragt der Durchmessereinzug in eine Ausnehmung ein, wobei sich in einer weiteren Weiterbildung die Ausnehmung bei einem sich vergrößernden Kopplervolumen verkleinert. Dadurch kann der Koppler kompakt gebaut werden und die Vorspannung, mit der der flexible Abschnitt auf das Hydraulikmedium wirkt, vorteilhaft beeinflußt werden.
  • Durch die Ausführung der Drossel als Bohrung und die Anordnung der Drossel in einer Drosselscheibe läßt sich die Drossel sehr einfach und kostengünstig herstellen.
  • Durch die Verbindung des Ausgleichsraum mit einer Kammer, die durch eine elastische Membran eine Vorspannung auf das Hydraulikmedium ausübt, kann das hydraulische Verhalten des Kopplers weiter vorteilhaft eingestellt werden.
  • Durch die druckbehaftete Gasfüllung der durch die Membran vom Ausgleichsraum getrennten Aussparung der Kammer, kann das hydraulische Verhalten des Kopplers weiter vorteilhaft beeinflußt werden.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
    Fig. 2
    einen schematischen Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Kopplers gemäß dem Stand der Technik, ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil,
    Fig. 3
    ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel eines Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Kopplers und
    Fig. 4
    ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Kopplers.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele beispielhaft beschrieben.
  • Bevor die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher beschrieben wird, wird zum besseren Verständnis ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik in seinen wesentlichen Bauteilen in den Fig. 1 und 2 kurz erläutert. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in den Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt ein Gehäuse 2, in welchem ein mit einer Aktorumspritzung 3 versehener piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor 4 angeordnet ist. Dem Aktor 4 kann mittels einer elektrischen Leitung 5, an welcher ein aus dem Gehäuse 2 ragender elektrischer Anschluß 6 ausgebildet sein kann, eine elektrische Spannung zugeführt werden. Der Aktor 4 stützt sich zuströmseitig an einem Geberkolben 9 eines hydraulischen Kopplers 7 und abströmseitig an einem Aktorkopf 8 ab. Der hydraulische Koppler 7 umfaßt weiterhin einen Nehmerkolben 10, eine Druckfeder 11, welche den hydraulischen Koppler 7 mit einer Vorspannung beaufschlagt, und einen Ausgleichsraum 12, welcher mit einem Hydraulikmedium gefüllt ist. Der Brennstoff wird über einen Zulauf 14 zentral zugeführt.
  • Eine detaillierte Beschreibung des Kopplers 7 sowie seiner Funktion ist der Beschreibung zu Fig. 2 zu entnehmen.
  • Abströmseitig des Aktorkopfes 8 ist ein Betätigungskörper 15 angeordnet, welcher auf eine Ventilnadel 16 einwirkt. Die Ventilnadel 16 weist an ihrem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 17 auf. Dieser wirkt mit einer Ventilsitzfläche 18, welche an einem Düsenkörper 19 ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammen. Eine Rückstellfeder 20 beaufschlagt die Ventilnadel 16 so, daß das Brennstoffeinspritzventil 1 in unbestromten Zustand des Aktors 4 in geschlossenem Zustand verbleibt. Weiterhin sorgt sie nach der Einspritzphase für die Rückstellung der Ventilnadel 16.
  • Der Düsenkörper 19 ist mittels einer Schweißnaht 21 in einem Innengehäuse 22 fixiert, welches den Aktor 4 gegen den Brennstoff abdichtet. Der Brennstoff strömt vom Zulauf 14 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Innengehäuse 22 zum Dichtsitz.
  • Fig. 2 zeigt einen ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten Koppler aufgebauten Koppler 7.
  • Hydraulische Koppler 7 in Brennstoffeinspritzventilen 1 sind gewöhnlich einerseits zur Um- oder Übersetzung des Hubs des Aktors 4 auf die Ventilnadel 16 und/oder andererseits zum Ausgleich temperaturbedingter Längenänderungen des Aktors 4 und des Gehäuses 2 konzipiert. Letzteres wird, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, mittels eines als Zweitmediumkoppler ausgeführten Kopplers 7 realisiert, welcher ein nicht mit dem Brennstoff in Berührung kommendes Hydraulikmedium enthält. Das Hydraulikmedium füllt dabei den Ausgleichsraum 12 und ein zwischen Geberkolben 9 und Nehmerkolben 10 ausgebildetes Kopplervolumen 23, welches mit dem Ausgleichsraum 12 über eine Drossel 24 verbunden ist.
  • Der Ausgleichsraum 12 ist innerhalb und außerhalb des Nehmerkolbens 10 angeordnet, wobei die beiden Teile durch eine Querbohrung 31 miteinander verbunden sind und der außerhalb liegende Teil des Ausgleichsraums 12 mittels eines als Wellrohrdichtung ausgeführten flexiblen Abschnitts 13 gegenüber dem das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff abgedichtet ist. Bei Temperaturänderungen wird Hydraulikmedium zwischen dem Kopplervolumen 23 über die Drossel 24 mit dem Ausgleichsraum 12 ausgetauscht. Der notwendige Befülldruck wird dabei über die im Nehmerkolben 10 in einem Druckspeicherraum 32 angeordnete Druckfeder 11 aufgebracht. Diese ist zwischen einem ersten Verschlußkörper 25 und einem zweiten Verschlußkörper 26 angeordnet, wobei ersterer eine Nut 27 mit einem darin angeordneten Dichtring 28 zur Abdichtung des Kopplerraumes 12 aufweist.
  • Die Befüllung des Kopplers 7, beispielsweise bei der Herstellung, mit Hydraulikmedium erfolgt durch eine Bohrung 29, welche beispielsweise mittels einer eingepreßten Kugel 30 verschlossen sein kann.
  • Nachteilig an der beschriebenen Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 bzw. des hydraulischen Kopplers 7 ist dabei insbesondere, daß die Leckageverluste an dem in der Nut 27 angeordneten Dichtring 28 relativ hoch sind. Dies setzt die Dauerlauffestigkeit des Brennstoffeinspritzventils 1 herab, da das Hydraulikmedium am Dichtring 28 mit der Zeit in den Druckspeicherraum 32 leckt und damit auch die durch die Druckfeder 11 aufgebrachte Vorspannung nachläßt. Damit verändert der Koppler 7 unerwünscht sein Verhalten im Brennstoffeinspritzventil 1 über die Lebensdauer. Aufgrund der komplizierten Bauweise ist die Herstellung des Kopplers 7 sehr aufwendig und die Baugröße unvorteilhaft gesteigert. Außerdem ist insbesondere durch die Form des flexiblen Abschnitts eine relativ große Füllmenge des Hydraulikmediums notwendig. Dies aber erhöht die Temperaturabhängigkeit durch die Temperaturausdehnung.
  • Abhilfe wird durch das im Folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel eines als Zweitmediums-Koppler ausgeführten Kopplers 7 geschaffen, welcher einfach und kostengünstig herstellbar, weniger aufwendig gebaut, zuverlässig dauerlauffest ist und dessen Verhalten weniger temperaturabhängig ist.
  • Fig. 3 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel eines Kopplers 7 für ein Brennstoffeinspritzventil 1. Der Nehmerkolben 10 greift mit einem kolbenförmigen zweiten Nehmerabschnitt 35 in den im wesentlichen zylinderförmigen Geberkolben 9 ein. Der Nehmerkolben 10 bzw. der zweite Nehmerabschnitt 35 sind im Geberkolben 9 axial beweglich mit einem Führungsspalt 38 geführt. Der Führungsspalt 38 ist relativ klein, wobei die durch den Führungsspalt 38 im Betrieb durchtretende Menge an Hydraulikmedium vernachlässigbar klein ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Führungsspalt 38 eine Drosselfunktion ausüben.
  • In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Nehmerkolben 10 aus einem ersten Nehmerabschnitt 34 und einem zweiten Nehmerabschnitt 35, wobei in anderen Ausführungsbeispielen der Nehmerkolben 10 auch einteilig ausgeführt werden kann. Der erste Nehmerabschnitt 34 ist zylinderförmig und verjüngt sich von einem Durchmesser, der etwa dem Durchmesser des Geberkolbens 9 entspricht, stufenförmig in Richtung des Geberkolbens 9, bzw. des zweiten Nehmerabschnitts 35. In diesem Ausführungsbeispiel verjüngt sich der erste Nehmerabschnitt 34 an einer Stufe 40 und weist dadurch einen T-förmigen Querschnitt auf. Der verjüngte Teil des ersten Nehmerabschnitts 34 greift teilweise koaxial in den zweiten Nehmerabschnitt 35 ein und ist dort bewegungsfest fixiert, beispielsweise durch Pressen oder Schweißen.
  • Zwischen der Stufe 40 und dem dem ersten Nehmerabschnitt 34 zugewandten oberen Rand des Geberkolbens 9 verbleibt so eine in diesem Ausführungsbeispiel ringnutförmige Ausnehmung 39. Die Größe der Ausnehmung 39, d.h. der Abstand zwischen der Stufe 40 und dem oberen Rand des Geberkolbens 9, nimmt ab, wenn das Kopplervolumen 23 zunimmt.
  • Ein flexibler Abschnitt 13, der rohrförmig und elastisch ist und einen U-förmigen Durchmessereinzug 33 aufweist, ist umfänglich, im Bereich der Ausnehmung 39 angeordnet. Der U-förmige Durchmessereinzug 33 ragt dabei in die Ausnehmung 39. Im Bereich des oberen Endes ist der flexible Abschnitt 13 am Umfang des ersten Nehmerabschnitts 34 beispielsweise stoffschlüssig, hermetisch dicht gefügt. Im Bereich seines unteren Endes ist der flexible Abschnitt 13 umfänglich des Geberkolbens 9 hermetisch dicht gefügt.
  • Der Nehmerkolben 10 weist einen zentriert angeordneten Kanal 29 auf, der im Verlauf in einen Ausgleichskanal 36 übergeht und nach außen durch eine Kugel 30, welche nach dem Befüllen des Kopplers 7 mit Hydraulikmedium zum Verschließen des Kanals 29 eingebracht ist, verschlossen ist. Der Ausgleichskanal 36, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Stufenbohrung ausgebildet ist, endet an seinem dem Kopplervolumen 23 zugewandten Ende an einer Drosselscheibe 37, die zumindest eine als relativ kleine Bohrung ausgeführte, zentriert angeordnete Drossel 24 aufweist. Die Drossel 24 mündet in das Kopplervolumen 23.
  • Etwa auf Höhe des Übergangs des Kanals 29 in den Ausgleichskanals 36 befindet sich die Querbohrung 31, welche auch durch andere Formgebungsverfahren als Bohren hergestellt werden kann. Die Drosselscheibe 37 ist in die Oberfläche des zweiten Nehmerabschnitts 35 eingelassen und beispielsweise durch Schweißen stoffschlüssig an den zweiten Nehmerabschnitt 35 gefügt. Die Querbohrung 31 verbindet über die Drossel 24 das Kopplervolumen 23 mit dem Ausgleichsraum 12.
  • Über lange Zeiträume auf den Koppler 7 axial wirkende Kräfte, wie sie beispielsweise bei einer temperaturbedingten Ausdehnung des Aktors 4 auftreten, bewirken eine Verkleinerung des Kopplervolumens 23 durch Abfließen von Hydraulikmedium vom Kopplervolumen 23 durch die Drossel 24 über den Ausgleichskanal 36 und die Querbohrung 31 in den Ausgleichsraum 12, der durch den elastischen und membranartigen flexiblen Abschnitt 13 teilweise begrenzt ist. Der flexible Abschnitt 13 übt durch eine Vorspannung einen Druck auf das Hydraulikmedium aus, wobei der flexible Abschnitt 13 so angeordnet bzw. ausgeführt sein kann, daß sich die Vorspannung durch die Verkleinerung der Ausnehmung 39 verstärken kann. Der flexible Abschnitt 13 übernimmt sowohl die Dichtfunktion als auch den Druckausgleich.
  • Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Kopplers 7, ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 ist der Kanal 29 im Geberkolben 9 angeordnet. Der Kanal 29 mündet direkt in das Kopplervolumen 23. Der Ausgleichskanal 36 verbindet das Kopplervolumen 23, den Ausgleichsraum 12 und eine Kammer 41 miteinander. Die Kammer 41 ist im Nehmerkolben 10 ausgebildet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Kammer 41 durch eine erste Aussparung 44, die zentriert in einem den ersten Nehmerabschnitt 34 oben und seitlich umfassenden Anbauteil 43 angeordnet ist, und durch eine zweite Aussparung 45, die am oberen Ende des ersten Nehmerabschnitts 34 zentriert ausgebildet ist, gebildet wird.
  • Die Aussparungen 44, 45 liegen unter Zwischenlage einer Membran 42 hydraulisch nach außen dicht aufeinander und bilden dabei die Kammer 41. Die Membran 42 besteht beispielsweise aus einem Elastomer und teilt die Kammer 41 hermetisch dicht in die erste Aussparung 44 und die zweite Aussparung 45. Die zweite Aussparung 45 steht über den Ausgleichskanal 36 mit dem Kopplervolumen 23 in Verbindung. Die erste Aussparung 44 ist beispielsweise mit einem Gas druckbehaftet gefüllt und übt so auf das Hydraulikmedium einen Druck aus. Alternativ hierzu kann der Kopplerinnendruck über eine zusätzlich in der Kammer 41 angeordneten Feder erzeugt werden, so daß der Innenraum 41 drucklos ist. Die Membran 42 ist elastisch und besteht aus einem Elastomer, beispielsweise aus Viton. Das zum Nehmerkolben 10 gehörende Anbauteil 43 ist beispielsweise durch Pressen und/oder Schweißen mit dem ersten Nehmerabschnitt 34 verbunden. Der flexible Abschnitt 13 ist mit seinem oberen Ende an der radial liegenden Außenfläche des Anbauteils 43 hermetisch dicht gefügt.
  • Die Erfindung ist auch für Brennstoffeinspritzventile 1 für selbstzündende Brennkraftmaschinen und/oder nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile, geeignet.

Claims (17)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1) mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (4), der einen Ventilschließkörper (17) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (18) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und mit einem hydraulischen Koppler (7), der einen Geberkolben (9), einen Nehmerkolben (10) und ein dazwischen ausgebildetes Kopplervolumen (23) umfaßt, wobei das Kopplervolumen (23) über eine Drossel (24) mit einem Ausgleichsraum (12) verbunden ist, ein flexibler Abschnitt (13) den Ausgleichsraum (12) zumindest teilweise begrenzt und das Kopplervolumen (23), die Drossel (24) und der Ausgleichsraum (12) mit einem Hydraulikmedium gefüllt sind, wobei der flexible Abschnitt (13) elastisch ist, und einen im wesentlichen U-förmigen Durchmessereinzug (33) aufweist, wobei der flexible Abschnitt (13) durch sein elastisches Verhalten das Hydraulikmedium mit einem Druck beaufschlagt, wobei der Ausgleichsraum (12) mit einer Kammer (41) in Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kammer (41) durch eine elastische Membran (42) in eine erste Aussparung (44) und eine zweite Aussparung (45) hydraulisch dicht geteilt ist.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Durchmessereinzug (33) in eine Ausnehmung (39) eingreift bzw. in die Ausnehmung (39) ragt.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das sich die Ausnehmung (39) bei einem sich vergrößernden Kopplervolumen (23) axial verkleinert.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich durch die Verkleinerung der Ausnehmung (39) die Vorspannung des flexiblen Abschnitts (13) bzw. des Durchmessereinzugs (33) auf das Hydraulikmedium verstärkt.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ausnehmung (33) durch eine am Nehmerkolben (10) ausgebildete Stufe (40) und einem zur Stufe (40) gerichteten oberen Rand des Geberkolbens (9) ausgebildet ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ausnehmung (33) die Form einer Ringnut aufweist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ausgleichsraum (12) durch den flexiblen Abschnitt (12), den Nehmerkolben (10) und den Geberkolben (9) begrenzt ist.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Drossel (24) als Bohrung ausgeführt ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kopplervolumen (23) über einen Ausgleichskanal (36) und eine im Nehmerkolben (10) angeordnete Querbohrung (31) mit dem Ausgleichsraum (12) in Verbindung steht.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Drossel (24) in einer Drosselscheibe (37) angeordnet ist.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Hydraulikmedium eine ölartige Flüssigkeit ist.
  12. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine der beiden Aussparungen (45) mit dem Ausgleichsraum (12) Hydraulikmedium austauschen kann.
  13. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die andere Aussparung (44) mit einem Gas druckbehaftet gefüllt ist.
  14. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Kammer (41) eine Feder angeordnet ist, die einen Kopplerinnendruck erzeugt.
  15. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Membran (42) aus einem Elastomer, insbesondere aus Viton, besteht.
  16. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kammer (41) zwischen einem ersten Nehmerabschnitt (34) des Nehmerkolbens (10) und einem mit dem ersten Nehmerabschnitt (34) verbundenen Anbauteil (43) angeordnet ist.
  17. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Membran (42) zwischen dem ersten Nehmerabschnitt (34) und dem Anbauteil (43) geklemmt ist.
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