WO2003018992A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2003018992A1
WO2003018992A1 PCT/DE2002/001926 DE0201926W WO03018992A1 WO 2003018992 A1 WO2003018992 A1 WO 2003018992A1 DE 0201926 W DE0201926 W DE 0201926W WO 03018992 A1 WO03018992 A1 WO 03018992A1
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WO
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fuel injection
injection valve
actuator
piston
chamber
Prior art date
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PCT/DE2002/001926
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Eichendorf
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to DE50205654T priority patent/DE50205654D1/de
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Priority to US10/399,746 priority patent/US6948667B2/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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.
  • a hydraulic coupler for a piezoelectric actuator is known from EP 0 477 400 A1, in which the actuator transmits a lifting force to a master piston.
  • the master piston is non-positively connected to a guide cylinder for a slave piston.
  • the slave piston, the guide cylinder and the master piston closing the guide cylinder form a hydraulic chamber.
  • a spring is arranged in the hydraulic chamber, which presses the master piston and the slave piston apart.
  • a rubber sleeve is arranged around an end section of the guide cylinder and the slave piston, by means of which a reservoir for a viscous hydraulic fluid is sealed off from a fuel chamber. The viscosity of the hydraulic fluid is adapted to the annular gap between the slave piston and the guide cylinder.
  • the slave piston mechanically transmits a stroke movement to, for example, a valve needle. If the actuator transmits a stroke movement to the master piston and the guide cylinder, this stroke movement is transmitted to the slave piston by the pressure of the hydraulic fluid in the hydraulic chamber, since the hydraulic fluid in the hydraulic chamber is not can be pressed together and only a small proportion of the hydraulic fluid through the annular gap during the short period of one. Hubes can escape into the storage space formed by the rubber sleeve.
  • the spring pushes the slave piston out of the guide cylinder and the resulting negative pressure penetrates the hydraulic fluid into the hydraulic chamber via the annular gap and refills it.
  • the coupler automatically adjusts to linear expansion and pressure-related expansion of a fuel injector.
  • a disadvantage of the known prior art is that the sealing by a rubber sleeve, which is usually pressed by two clamping rings against the end section of the guide cylinder and the slave piston, is only incomplete in the long run.
  • the highly viscous hydraulic fluid and the fuel can mix and the coupler can fail. If fuel, for example gasoline, gets into the interior of the coupler, a malfunction can occur since, due to the low viscosity of the gasoline, this liquid can pass through the annular gap too quickly and no pressure can build up in the pressure chamber during the stroke.
  • the known prior art also offers no solution for how the piezo actuator can be protected from contact with fuel, in particular gasoline.
  • a fuel injection valve with a piezo actuator which is connected to a large-area pressure piston.
  • This pressure piston is preloaded against the piezoelectric actuator with a plate spring, which is supported against a fuel injector body.
  • the pressure piston is guided in a bore in the valve body and has a central bore in which a slave piston is guided, which is connected to a valve needle.
  • the fuel injector has a valve needle that opens inwards.
  • the pressure chamber is connected to the actuator chamber via the annular gap between the slave piston and the pressure piston, ⁇ the bore in the pressure piston and a connecting bore.
  • the actuator space serves as a storage space for a hydraulic fluid.
  • a disadvantage of this known prior art is that no solution for an outwardly opening fuel injector is made possible. Another disadvantage is that no devices for quickly refilling the pressure rau s. after returning to the rest position are provided. Finally, the structure is multi-part and complicated, since a pressure piston, which is guided in the fuel injection valve in an exact bore. is, in turn, must have a bore for the slave piston that is to be manufactured exactly.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over that a secure sealing of the actuator space from the fuel can be achieved by the movable membrane. It is also advantageous that the check valve rapidly refills the pressure chamber after the piezo actuator has returned to its starting position and after the slave piston has returned to its starting position and thus the volume of the pressure chamber has increased. Due to the resulting negative pressure, the back Impact valve opened and the hydraulic fluid flows quickly and quickly into the pressure chamber.
  • the movable membrane can advantageously be permanently sealed, for example if it is a thin metal membrane that can be attached to the slave piston as well as to a fuel injector body by means of weld seams. The sealing lines themselves are therefore not movable sealing lines and can be permanently sealed for life.
  • the required flexibility is based solely on the elasticity of the membrane. It is particularly advantageous that the membrane does not interfere with the mobility of the slave piston, since there is the same pressure in the actuator chamber and in the fuel chamber and the deformability of the membrane moves into such a position that it does not have to absorb any forces from pressure differences that occur ,
  • the piezo actuator is thus reliably protected from contact with the fuel and can be cooled by the highly viscous hydraulic fluid at the same time and can also be protected against wear due to contact friction with the housing of the fuel injector.
  • the slave piston as well as the master piston can advantageously be designed as a deep-drawn part made of sheet metal.
  • At least a partial section of the annular gap is located between the master piston or slave member.
  • the slave piston is sealed and non-positively connected to the guide cylinder.
  • the guide cylinder consists of a deep drawn sheet metal part or a pipe section which is sealingly connected to the slave piston by welding, a simple component is produced.
  • the master piston is guided in this cup-like component.
  • the check valve is a ball check valve, the valve seat of which is formed on the master piston.
  • a ball check valve is inexpensive to manufacture and can be arranged in the pressure chamber with a small size.
  • a silicone oil is used as the hydraulic fluid.
  • An actuator spring can be designed as a spiral spring and enclose the hydraulic coupler.
  • the necessary biasing force on the actuator can thus be achieved in a space-saving arrangement.
  • the membrane advantageously has a wavy contour in a radial section.
  • Fig. 1 shows a schematic section through an embodiment of a fuel injector according to the invention in the region of the actuator and coupler.
  • FIG. 1 schematically shows a section of a fuel injection valve 1, the area of a piezoelectric or magnetostrictive actuator 2 and an actuator space 3, which is connected to a lower actuator space 5 via a connection bore 4, being shown.
  • the actuator 2 is arranged in an actuator space housing 6, which is delimited by a closure plate 7. Electrical connections 9 are passed through a bore 8 in the closure plate 7 and sealed by an O-ring 10.
  • the actuator 1 is controlled with an electrical voltage via these electrical connections 9.
  • An actuator spring 11 is supported on an intermediate plate 12 and presses an actuator head 13 against the actuator 2, so that it comes into contact with the closure plate 7.
  • the guide cylinder 15 is sealingly and non-positively connected to a slave piston 16 by means of a weld seam 17.
  • a coupler spring 18 exerts a prestressing force on the master piston 14, which tries to drive the master piston 14 out of the guide cylinder 15.
  • the master piston 14, the guide cylinder 15, the slave piston 16 and the coupler spring 18 form the coupler 19.
  • Inside the coupler 19, a check ball 20 is arranged, which via a check spring 21 and a guide sleeve 22 against a valve sealing seat 23 in the master piston 14 is pressed.
  • the check ball 20, the check spring 21 and the sealing seat 23 form a check valve 24.
  • Via inlet bores 25 The hydraulic fluid can reach the valve sealing seat 23 of the check valve 24 from the upper actuator chamber 3.
  • the coupler 19 is guided by 'its guide cylinder 15 in a bore 26 of the washer 12th A membrane 29 with the washer is over an outer weld seam 27
  • the membrane 29 separates one. Fuel chamber 30 from the lower actuator chamber 5. Since the lower actuator chamber 5 is connected via the connecting hole '4 with the upper actuator chamber 3, there is in the upper actuator chamber 3, the lower actuator chamber 5 and the fuel chamber 30 the same pressure, with the diaphragm 29 deformed until pressure equalization is established.
  • the membrane 29 also follows the movement of the slave piston 16, and parts of the membrane 29 which are arranged further radially outward perform an opposite movement, so that the pressure compensation between the lower actuator chamber 5 and the fuel chamber 30 is also maintained during a stroke movement of the slave piston 16 , The stroke movement of the slave piston 16 is not or only insignificantly prevented or influenced by the membrane 29.
  • the slave piston 16 transmits a possible stroke movement to a valve needle 31.
  • the properties of the silicone oil can advantageously be optimized for the coupler and for use in the actuator space 3.
  • By setting a suitable viscosity it can be achieved that the components of the master piston 14, the guide cylinder 15 and the slave piston 16 can be designed as inexpensive deep-drawing sheets that require relatively large gaps.
  • the described embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention further enables the actuator 2 to be securely sealed off from the fuel chamber 30, since the sealing membrane 29 does not have to absorb any compressive forces.
  • silicone oil exerts a damping effect both on the actuator 2 and on all other moving parts. Due to the high actuation rate of fuel injection valves 1, which is necessary in modern internal combustion engines, vibrations can occur which are effectively damped.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2) weist einen Koppler (19) mit einem Geberkolben (14) sowie einem Nehmerkolben (16) auf, die mit einem Druckraum (32) verbunden sind. Der Druckraum (32) ist mit einem Hydraulikfluid gefüllt und eine Kopplerfeder (18) drückt den Geberkolben (14) und den Nehmerkolben (16) auseinander. Der Druckraum (32) ist mit einem Aktorraum (3,5) über ein Rückschlagventil (24) verbunden, dessen Sperrichtung zum Druckraum (32) gewandt ist. Der Aktorraum (3,5) ist gegenüber einem Brennstoffraum (30) durch eine bewegliche Membran (29) abgedichtet.

Description

Brennstoffeinspri zven i1
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Aus der EP 0 477 400 AI ist ein hydraulischer Koppler für einen piezoelektrischen Aktor bekannt, bei der der Aktor ei- ne Hubkraft auf einen Geberkolben überträgt. Der Geberkolben ist mit einem Führungszylinder für einen Nehmerkolben kraftschlüssig verbunden. Der Nehmerkolben, der Führungszylinder und der den Führungszylinder abschließende Geberkolben bilden eine Hydraulikkammer. In der Hydraulikkammer ist eine Feder angeordnet, die den Geberkolben und den Nehmerkolben auseinander drückt. Um einen Endabschnitt des Füh ungsZylinders und den Nehmerkolben ist eine Gummimanschette angeordnet, durch die ein Vorratsraum für ein viskoses Hydraulik- fluid gegenüber einem Brennstoffräum abgedichtet wird. Die Viskosität des Hydraulikfluids ist dem Ringspalt zwischen Nehmerkolben und Führungszylinder angepaßt.
Der Nehmerkolben überträgt eine Hubbewegung mechanisch auf beispielsweise eine Ventilnadel. Wenn der Aktor auf den Ge- berkolben und den Führungszylinder eine Hubbewegung überträgt, wird diese Hubbewegung durch den Druck des Hydraulik- fluids in der Hydraulikkammer auf den Nehmerkolben übertra-" gen, da das Hydraulikfluid in der Hydraulikkammer sich nicht zusammenpressen läßt und nur ein geringer Anteil des Hydrau- likfluids durch den Ringspalt während des kurzen Zeitraumes eines . Hubes in den durch die Gummimanschette gebildeten Vorratsraum entweichen kann . In der Ruhephase, wenn der Aktor keine Druckkraft auf den Geberkolben ausübt , wird durch die Feder der Nehmerkolben aus dem Führungszylinder 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 Koppler au- tomatisch auf Längenausdehnungen und druckbedingte Dehnungen eines Brennstoff einspritzventils ein .
Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, daß die Abdichtung durch eine Gummimanschette , die üblicherweise durch zwei Spannringe gegen den Endabschnitt des Führungs Zylinders und den Nehmerkolben gedrückt wird, auf Dauer nur unvollständig ist . Das hochviskose Hydraulikfluid und der Brennstoff können sich vermischen und es kann zu einem Ausfall des Kopplers kommen . Wenn Brennstoff, beispielsweise Benzin, in das Innere des Kopplers gelangt, so kann es zum Funktionsausfall kommen, da aufgrund der geringen Viskosität des Benzins diese Flüssigkeit zu schnell durch den Ringspalt hindurchtreten kann und sich in der Zeit des Hubes kein Druck im Druckraum aufbauen kann .
Der bekannte Stand der Technik bietet auch keine Lösung dafür an, wie der Piezoaktor vor dem Kontakt mit Brennstoff, insbesondere Benzin, geschützt werden kann.
Aus der DE 43 06 073 Cl ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem Piezoaktor bekannt, der mit einem großflächigen Druckkolben verbunden ist. Dieser Druckkolben wird mit einer Tellerfeder, die sich gegen ein Brennstoffeinspritzventil- körper abstützt, gegen den piezoelektrischen Aktor vorge- spannt. Der Druckkolben ist in einer Bohrung des Ventilkörpers geführt und weist eine zentrale Bohrung auf, in der ein Nehmerkolben geführt ist, der mit einer Ventilnadel verbunden ist. In der Bohrung des Druckkolbens, zwischen dem Grund der Bohrung und dem Nehmerkolben, befindet sich eine Feder, die den Nehmerkolben in Richtung auf einen Ventilsitz vorspannt und aus der Bohrung herausdrückt . Das Brennstoff einspritzventil weist eine Ventilnadel auf , die nach innen öffnet . Zwischen dem Brennstoff einspritzventilkörper und dem Druckkolben sowie der Gegenseite des Nehmerkolbens befindet sich ein Druckraum. Über den Ringspalt zwischen Nehmerkolben und Druckkolben, ■ die Bohrung in dem Druckkolben und eine Verbindungsbohrung steht der Druckraum mit dem Aktorraum in Verbindung . Der Aktorraum dient dabei als Vorratsraum für ein Hydraulikfluid. Wenn der Piezoaktor durch Anlegen einer Spannung betätigt wird, wird der Druckkolben in Richtung auf den Ventilsitz bewegt und durch die Erhöhung des Drucks des Hydraulikfluids im Druckraum der Nehmerkolben in die Bohrung in den Druckkolben entgegen zu dessen Bewegungsrichtung ge- drückt und somit eine Ventilnadel aus dem Ventilsitz angehoben .
Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist , daß keine Lösung für ein nach außen öffnendes Brennstof f ein- spritzventil ermöglicht wird . Weiterhin ist nachteilig, daß keine Vorrichtungen zum schnellen Wiederbefüllen des Druck- rau s . nach Rückkehr in die Ruhelage vorgesehen sind . Schließlich ist der Aufbau mehrteilig und kompl iziert, da ein Druckkolben, der in dem Brennstof einspritzventil in ei - ner exakten Bohrung geführt . wird, wiederum eine exakt zu fertigende Bohrung für den Nehmerkolben aufweisen muß .
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstof f einspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil , daß durch die bewegliche Membran eine sichere Abdichtung des Aktorraums gegenüber dem Brennstof f r um erreicht werden kann. Weiterhin ist vorteilhaft , daß durch das Rückschlagventil eine schnelle Wiederbefüllung des Druckraumes nach Rückkehr des Piezoaktors in seine Ausgangslage sowie nach Rückkehr des Nehmerkolbens in seine Ausgangslage und somit entstehender Volumenvergrößerung des Druckraums erfolgt . Durch den entstehenden- Unterdruck wird das Rück- schlagventil geöffnet und das Hydraulikfluid fließt schnell und rasch in den Druckraum nach. Die bewegliche Membran kann vorteilhaft dauerhaft abgedichtet werden, beispielsweise wenn es sich um eine dünne Metallmembran handelt, die durch Schweißnähte sowohl an dem Nehmerkolben als auch an einem Brennstoffeinspritzventilkörper befestigt werden kann. Die Dichtlinien selbst sind somit keine beweglichen Dichtlinien und dauerhaft für die Lebenszeit abdichtbar. Die erforderliche Beweglichkeit erfolgt allein aus der Elastizität der Membran. Dabei ist insbesondere von Vorteil, daß die Membran der Beweglichkeit des Nehmerkolbens nicht entgegensteht, da in dem Aktorraum und in dem Brennstoffräum gleicher Druck herrscht und die Membran durch ihre Verformbarkeit sich in eine solche Stellung bewegt, das sie selbst keine Kräfte aus auftretenden Druckdifferenzen aufnehmen muß. Der Piezoaktor ist somit vor einem Kontakt mit dem Brennstoff sicher geschützt und kann durch das hochviskose Hydraulikfluid zugleich gekühlt werden, als auch gegen Verschleiß durch Kontaktreibung mit dem Gehäuse des Brennstoffeinspritzventiles geschützt werden.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des ' im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils mög- lieh.
Vorteilhaft kann der Nehmerkolben wie auch der Geberkolben als ein Tiefziehteil aus Blech ausgebildet werden.
Durch die Verwendung eines eigenen Hydraulikfluids , das hochviskos ist, kann dessen Viskosität den zu erwartenden Ringspalten zwischen einem Führungszylinder und dem Geberkolben bzw. dem Nehmerkolben angepaßt werden und somit wird die Verwendung von kostengünstig zu fertigen Tiefziehteilen aus Blech möglich, die keine sehr geringen Toleranzen zulassen.
In einer günstigen Ausführungs orm ist zumindest ein Teilabschnitt des Ringspalts zwischen Geberkolben oder Nehmerkoϊ- ben und einem Führungszylinder in der Einbaulage des Brennstof feinspritzventiles in Steigrichtung eventuell er Gasbla- sen ,an der höchstgelegenen Stelle des Druckraums angeordnet .
Da es montagebedingt nicht möglich ist, den Druckraum eines erfindungsgemäßen Kopplers bei der Herstellung des Brennstof f einspritzventils völlig gasblasenfrei zu halten, ist es entscheidend, daß Gasblasen schnell entweichen können, die sich im Druckraum befinden . Durch das Rückschlagventil kann das Hydraulikfuid während des Betriebes nur während der kurzen Hubphasen über die Ringspalte aus dem Druckraum austreten . Wenn zumindest ein Teilabschnitt eines solchen Ringspaltes an der höchsten Stelle in Einbaulage angeordnet ist , so wird über die Betriebsdauer des Brennstof feinspritzven- tils der Druckraum sicher von allen Gasblasen entleert . Durch die Anordnung des Aktors und somit des Aktorraums oberhalb des Kopplers in normaler Einbaulage ist auch das durch das Rückschlagventil nach einem Hub nachfließende Hydraulikfluid gasblasenfrei . Es kann nicht zu einer Verringe- rung des Hubes der Ventilnadel durch die ungewollte Kompression einer Gasblase im Druckraum kommen . Restliche Gasblasen werden sich mit der Zeit im oberen Bereich des Aktorraums ansammeln und soweit komprimiert sein, wie es dem Druck entspricht, der in Aktorraum und Brennstof fraum gleich herrscht . Die unvermeidlich bei der Befüllung während der Herstellung eines Brennstof f einspritzventils entstehenden Gasblasen können dadurch nicht zu Funktionsausf allen und Störungen führen .
In einer günstigen Aus führungs form ist der Nehmerkolben mit dem Führungszylinder dichtend und kraftschlüssig verbunden .
Indem beispielsweise der Führungszylinder aus einem Tief ziehblechteil oder einem Rohrabschnitt besteht, der mit dem Nehmerkolben durch Verschweißen dichtend verbunden ist , entsteht ein einfaches Bauelement . Der Geberkolben wird in diesem becherartigen Bauelement geführt . Alternativ ist es möglich, den Geberkolben und den Nehmerkolben mit unterschiedlichen Durchmessern und somit wirksamen Flächen zu versehen.
Dadurch kann eine Wegübersetzung bewirkt werden und der geringe Hub eines Piezoaktors in einem größeren Stellweg übersetzt werden.
In vorteilhafter Ausführung ist das Rückschlagventil ein Ku- gelrückschlagventil, d.e-ssen Ventilsitz an dem Geberkolben ausgebildet ist.
Ein Kugelrückschlagventil ist kostengünstig zu fertigen und kann bei geringer Baugröße gut in dem Druckraum angeordnet werden.
In günstiger Ausführungsform wird als Hydraulikfluid ein Si- likonöl verwendet.
Eine Aktorfeder kann als Spiralfeder ausgebildet sein und den hydraulischen Koppler umschließen.
Die nötige Vorspannungskraft auf den Aktor kann somit in einer raumsparenden Anordnung bewirkt werden.
Vorteilhaft weist die Membrane eine in einem radialen Schnitt wellenförmige Kontur auf.
Dadurch wird bei einer Anordnung der Membrane in einer ra- dialen Ebene, bezogen auf eine Symmetrieachse eines Brennstoffeinspritzventils, eine hohe axiale Verformbarkeit der Membrane erzeugt. Im Falle von Druckunterschieden zwischen dem Aktorraum und dem Brennstoffräum verformt sich die Membrane in axiale Richtung entlang ihrem radialen Schnitt so lange, bis Druckgleichheit herrscht. Ebenso paßt sie sich dadurch der Bewegung des Nehmerkolbens an, mit dem sie dichtend und kraftschlüssig verbunden ist. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei- bung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Aktors und Kopplers.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils 1, wobei der Bereich eines piezoelek- trischen oder magnetostriktiven Aktors 2 und eines Aktorraums 3, der über eine Verbindungsbohrung 4 mit einem unteren Aktorraum 5 in Verbindung steht, dargestellt sind. Der Aktor 2 ist in einem Aktorraumgehäuse 6 angeordnet, das durch eine Verschlußplatte 7 begrenzt wird. Durch eine Boh- rung 8 in der Verschlußplatte 7 sind elektrische Anschlüsse 9 hindurchgeführt und durch einen O-Ring 10 abgedichtet. Über diese elektrischen Anschlüsse 9 wird der Aktor 1 mit einer elektrischen Spannung angesteuert. Eine Aktorfeder 11 stützt sich auf eine Zwischenscheibe 12 ab und drückt einen Aktorkopf 13 gegen den Aktor 2, so daß dieser mit der Verschlußplatte 7 in Anlage kommt. An dem Aktorkopf 13 liegt ein Geberkolben 14 an, der in einem Führungszylinder 15 geführt ist. Der Führungszylinder 15 ist mit einem Nehmerkolben 16 durch eine Schweißnaht 17 dichtend und kraftschlüssig verbunden. Eine Kopplerfeder 18 übt auf den Geberkolben 14 eine Vorspannungskraft aus, die den Geberkolben 14 aus dem Führungszylinder 15 herauszutreiben sucht. Der Geberkolben 14, der Führungszylinder 15, der Nehmerkolben 16 und die Kopplerfeder 18 bilden den Koppler 19. Im Inneren des Kopp- lers 19 ist eine Rückschlagkugel 20 angeordnet, die über eine Rückschlagfeder 21 und eine Führungshülse 22 gegen einen Ventildichtsitz 23 in den Geberkolben 14 gedrückt wird. Die Rückschlagkugel 20, die Rücks-chlagfeder 21 und der Dichtsitz 23 bilden ein Rückschlagventil 24. Über Zulaufbohrungen 25 kann das Hydraulikfluid aus dem oberen Aktorraum 3 zu dem Ventildichtsitz 23 des Rückschlagventils 24 gelangen. Der Koppler 19 wird mit ' seinem Führungszylinder 15 in eine Bohrung 26 der Zwischenscheibe 12 geführt. Über eine äußere Schweißnaht 27 ist eine Membran 29 mit der Zwischenscheibe
12 dichtend verbunden und über eine innere Schweißnaht 28 ist dieselbe Membran 29 mit dem Nehmerkolben 16 dichtend verbunden.
Die Membran 29 trennt einen. Brennstoffräum 30 von dem unteren Aktorraum 5. Da der untere Aktorraum 5 über die Verbindungsbohrung '4 mit dem oberen Aktorraum 3 verbunden ist, herrscht in dem oberen Aktorraum 3, dem unteren Aktorraum 5 sowie dem Brennstoffraum 30 der gleiche Druck, wobei sich die Membran 29 soweit verformt, bis Druckausgleich hergestellt ist. Die Membran 29 folgt auch der Bewegung des Nehmerkolbens 16, und weiter radial außerhalb angeordnete Teile der Membran 29 vollführen hierbei eine gegenläufige Bewegung, so daß ebenfalls der Druckausgleich zwischen dem unte- ren Aktorraum 5 und dem Brennstoffräum 30 während einer Hubbewegung des Nehmerkolbens 16 erhalten bleibt. Die Hubbewegung des Nehmerkolbens 16 wird durch die Membran 29 nicht oder nur unwesentlich gehindert oder beeinflußt. Der Nehmerkolben 16 überträgt eine eventuelle Hubbewegung auf eine Ventilnadel 31.
Wenn an den Aktor 2 über die elektrisch Zuleitung 9 eine Spannung angelegt wird, so übt der Aktor 2 auf den Aktorkopf
13 eine Hubbewegung aus, die sich weiter auf den •Geberkolben 14 des Kopplers 19 überträgt. Der Geberkolben 14 wird in das
Innere des FührungsZylinders 15 gedrückt, der mit dem Nehmerkolben 16 als einteiliges Tiefziehteil ausgebildet ist. Das Hydraulikfluid im Inneren eines durch den Nehmerkolben 16, den Führungszylinder 15 und den Geberkolben 14 gebilde- ten Druckraums 32 ist als hochviskose Flüssigkeit, beispielsweise ein Silikonöl, fast nicht ko pressibel . Es kommt somit zu einem schnellen Druckanstieg im Druckraum 32, durch den die Rückschlagkugel 20. in den Dichtsitz 23 gepreßt wird und der Führungszylinder 15 mit dem Nehmerkolben 16 sich in der Bohrung 26 der Zwischenscheibe 12 in Richtung der Ventilnadel 31 bewegt und auf diese Ventilnadel 31 eine Hubkraft ausübt. Durch den zwischen den Geberkolben 14 und Führungszylinder 15 zwangsläufig bestehenden Ringspalt kann aufgrund der hohen Viskosität des Silikonöls nur eine geringe Menge Silikonöl in den oberen Druckraum 3 entweichen. Die Ventilnadel 31 des Brennstoffeinspritzventils 1 öffnet somit. Nach dem Abfallen der Spannung an dem Aktor 2, wird der Aktor 2 durch die Aktorfeder 11 über den Aktorkopf 13 zurück in seine Ausgangslage gedrückt. Ebenso kehrt die Ventilnadel 31 in ihre Ausgangslage zurück. Durch die Kopplerfeder 18 werden der Führungszylinder 15 und der Nehmerkolben 16 bis zum Anschlag ah die Ventilnadel 13 gedrückt und der Geberkolben 14 bis zum Anschlag an den Aktorkopf 13 gedrückt. Da über den Ringspalt zwischen Geberkolben 14 und Führungszylinder 15 das Hydraulikfluid nicht rasch genug in den Druckraum 32 nachströmen kann, entsteht aufgrund der Kraft der Kopplerfeder 18 ein Unterdruck in dem Druckraum 32 und die Rückschlagkugel 20 wird aus dem Dichtsitz 23 angehoben. Von dem Aktorraum 3 kann über die Zulaufbohrungen 25 und den Dichtsitz 23 Silikonöl in den Druckraum 32 solange nachfließen, bis kein Unterdruck mehr herrscht und die Rückschlagfe- der 21 die Rückschlagkugel 20 wiederum in den Dichtsitz 23 drückt. Der Koppler 19 paßt sich somit selbsttätig Längen- Veränderungen zwischen ' der Ruhelage der Ventilnadel 31 und des Aktorkopfes 13 an.
Vorteilhaft können die Eigenschaften des Silikonöls für den Koppler und der Verwendung in dem Aktorraum 3 optimiert- wer- den. So kann durch die Einstellung einer geeigneten Viskosität erreicht werden, daß die Bauteile des Geberkolbens 14, des FührungsZylinders 15 und des Nehmerkolbens 16 als kostengünstig zu fertigende Tiefziehbleche ausgeführt werden können, die relativ große Spaltmaße bedingen. Die beschrie- bene erfindungsgemäße Ausführungsform eines Brennstoffeinspritzventils 1 ermöglicht weiterhin eine sichere Abdichtung des Aktors 2 gegenüber dem Brennstoffräum 30, da die Dichtmembran 29 keine Druckkräfte aufnehmen muß. Durch die hier ebenfalls dargestellte Anordnung des Geberkolbens 14 in ei- ner Einbaulage des Brennstoffeinspritzventils 1 derart, daß der unvermeintliche Ringspalt zwischen Geberkolben 14 und Führungszylinder 15 zumindest in einem Teil in der Aufstiegsrichtung von eventuellen Gasblasen im Druckraum 32 oben liegt, wird erreicht, daß im Langzeitbetrieb der Druckraum 32 gasblasenfrei ist und das Brennstoffventil 1 einwandfrei funktioniert. Gasblasen sammeln sich im Druckraum 32 oben ah und im Falle eines Hubes des Aktors 2 werden zunächst die Gasblasen durch den Ringspalt hinausgedrückt. Im oberen- Aktorraum 3 sammeln sich- jedoch die Gasblasen in der Nähe der Verschlußplatte 7, an welcher Stelle sie die Funk- tionsfähigkeit des Brennstoffeinspritzventils 1 nicht beeinträchtigen. Das über den Dichtsitz 23 nachströmende Hydraulikfluid ist daher gasblasenfrei. Nach kurzer Zeit befinden sich in dem Druckraum 32 keinerlei Gasblasen.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß das Silikonöl sowohl auf den Aktor 2 wie auch alle anderen beweglichen Teile eine dämpfende Wirkung ausübt. Aufgrund der hohen Betätigungsrate von Brennstoffeinspritzventilen 1, die bei modernen Brennkraftmaschinen nötig ist, kann es zu Schwingungen kommen, die wirksam gedämpft werden.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil -für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2), der über einen hydraulischen Koppler (19) einen an einer Ventilnadel (31) ausgeformten Ventilschließkörper betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Ventildichtsitz zusammenwirkt, wobei der Koppler (19) einen Geberkolben (14) sowie einen Nehmerkolben (16) aufweist, die mit einem Druckraum (32) verbunden sind, der Druckraum (32) mit einem Hydraulikfluid gefüllt ist und eine Kopplerfeder (18) den Geberkolben (14) und den Nehmerkolben (16) auseinanderdrückt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (32) mit einem Aktorraum (3,5) über ein Rückschlagventil (24) verbunden ist, dessen Sperrichtung zum Druckraum (32) gewandt ist, und daß der Aktorraum. (3,5) gegenüber einem Brennstoffräum (30) durch eine bewegliche Me - bran (29) abgedichtet ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nehmerkolben (16) ein Tiefziehteil aus Blech ist.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberkolben (14) .ein Tiefziehteil aus Blech ist
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilabschnitt eines Ringspalts zwischen Geberkolben (14) oder Nehmerkolben (16) und einem Führungszylinder (15) in Einbaulage des Brennstoffeinspritzventils (1) in Steigrichtung eventueller Gasblasen an der höchstege- legenen Stelle des Druckraums (32) angeordnet ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nehmerkolben (16) mit dem Führungszylinder (15) dichtend und kraftschlüssig verbunden ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberkolben (14) und der Nehmerkolben (16) unter- -schiedliche wirksame Flächen aufweisen.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (24) ein Kugelrückschlagventil (24) ist .
8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilsitz (23) des Kugelrückschlagventils (24) an dem Geberkolben (14) ausgebildet ist.
•9. Brennstoffeinspritzventil ach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikfluid ein Silikonöl ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß um den hydraulische Koppler (19) eine Aktor eder (11) angeordnet ist, die auf den Aktor (2) eine Vorspannkraft ausübt .
11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktorfeder (11) eine Spiralfeder (11) ist.
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (29) eine im radialen Schnitt wellenförmige Kontur aufweist.
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