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EP1601868B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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Info

Publication number
EP1601868B1
EP1601868B1 EP04711299A EP04711299A EP1601868B1 EP 1601868 B1 EP1601868 B1 EP 1601868B1 EP 04711299 A EP04711299 A EP 04711299A EP 04711299 A EP04711299 A EP 04711299A EP 1601868 B1 EP1601868 B1 EP 1601868B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel injection
injection valve
valve according
section
slave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP04711299A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1601868A1 (de
Inventor
Werner Kammerer
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1601868A1 publication Critical patent/EP1601868A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1601868B1 publication Critical patent/EP1601868B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167Means for compensating clearance or thermal expansion

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.
  • a disadvantage of this known prior art is that the restoring force is applied solely by the spring. Changes in the behavior of the spring, for example due to aging, have an increased effect on the restoring force and thus on the behavior of the coupler. In addition, the size of the spring is increased.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the coupler simple and inexpensive to manufacture, less expensive built, reliable is permanently running and its behavior depends less on the operating time.
  • the compensation chamber is connected via a transverse bore with the throttle and / or the compression spring is formed spirally.
  • the coupler can be particularly easy to build.
  • the coupler Due to the cup-shaped design of a first slave portion of the slave piston whose bottom partially limits the coupler volume, by the axial guidance of the first slave section with a guide play in the master piston, by the partially cup-shaped enclosure of the first slave section by the master piston and by the arrangement of the throttle in the bottom of the cup-shaped first slave section, the coupler can be constructed very compact, easy and inexpensive.
  • the compression spring can be supported in a simple manner via the throttle ball on a surface bounding the coupler volume of the master piston, which in turn is given a simple and compact design.
  • the hole disc and sleeve-shaped design through the axial section and the radial section allows for a compact and easy attachment of the flexible section.
  • a simple, secure and in particular hermetically sealed attachment of the flexible portion is advantageously also achieved in that the end formed on the radial portion engages in a second recess formed on the slave piston and / or the end formed on the axial portion engages in a recess arranged on the master piston.
  • This can be further improved by a trough-shaped design of the recesses, by clamped attachment of the ends and thickened ends.
  • the ends of the flexible portion are turned inwards, while a Forming a hollow.
  • the ends engage hermetically sealed in the recesses.
  • the internal pressure of the expansion chamber can be advantageously used to press the ends of the flexible portion hydraulically sealing against the recesses by pressure transmission via the hydraulic medium and thus seal reliably and permanently.
  • 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 biases the hydraulic coupler 7, 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 with a valve seat surface 18, which is formed on a nozzle body 19, to a. Tight fit together.
  • a return spring 20 acts on the valve needle 16 so that the fuel injection valve 1 in the de-energized state of Actuator 4 remains 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 the 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 coupler volume 23 formed between master piston 9 and slave piston 10, which is connected to the compensation 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 pipe 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 between a first closure body 25 and a second closure body 26, the former having a groove 27 with a sealing ring 28 disposed 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 channel 29, which may be closed, for example by means of a pressed-in closure ball 30.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a coupler 7 for a fuel injection valve 1 configured according to the invention.
  • the slave piston 10 engages with a cup-shaped first slave section 34 in the hollow-cylindrical master piston 9 closed on one side.
  • the slave piston 10 or the first slave section 34 is axially movably guided in the master piston 9 with a guide gap 38.
  • the guide gap 38 is relatively small, wherein the amount of hydraulic medium flowing through the guide gap 38 is very small. In other embodiments, the guide gap 38 may exert a throttle function.
  • the slave piston 10 from the first slave portion 34, a second slave portion 35 and a connecting portion 33.
  • the first slave portion 34 defines with its closed end together with the bottom of the master piston 9, the coupler volume 23, wherein in the closed end of the first slave section 34th centered, the throttle 24 is arranged.
  • the throttle 24 consists of an opening 36 centered in the bottom of the cup-shaped first slave section 24 and a throttle ball 39 guided therein with a throttle gap 37.
  • the open, the coupler volume 23 remote from the end of the first slave section 34 is closed by the connecting portion 33.
  • the connecting portion 33 engages partially in the first slave section 34 and is for example by pressing or welding with this immovable.
  • the compression spring 11 is arranged with a bias in a arranged in the first slave section 34 spring chamber 45.
  • the compression spring 11 is spirally and presses on the throttle ball 39 with the interposition of a spring plate 40, wherein the throttle ball 39 is supported at the bottom of the master piston 9 in the coupler volume 23.
  • the upper, the coupler volume 23 opposite ends of the first slave section 34 and the master piston 9 are approximately at the same height; wherein the connecting portion 33 rests with a flange 44 on the upper end of the first slave portion 34 and partially protrudes from the first slave portion 34 out.
  • the flange 44 has approximately the diameter of the first slave section 34.
  • the compensation chamber 12 is bounded by the flexible portion 13, the connecting portion 33 and the flange 44, the master piston 9 and the first slave section 34, wherein the compensation chamber 12 via the transverse bore 31 and the spring chamber 45 communicates with the throttle 24.
  • the flexible portion 13 is elastic and is made of, for example, an elastomer or steel.
  • the flexible section 13 is divided into an axial section 46 extending axially relative to the direction of movement of the slave piston 10 and a radial section 47 extending radially to the direction of movement of the slave piston 10.
  • the dish-shaped and sleeve-shaped flexible portion 13 is thickened at its ends.
  • the flexible portion 13 lies with the end formed on the radial portion 47 in a second recess 43 which is formed on the side facing away from the coupler volume 23 of the flange 44, and with its end formed on the axial portion 46 in a first recess 42, which in the region of the upper end of the Master piston 9 is arranged on its outer surface.
  • the recesses 42, 43 are trough-shaped.
  • the thickened end formed on the radial portion 47 is pressed by the second slave portion 35, which rests on top of the connecting portion 33 and partially engages in this, in the second recess 43 hermetically sealed and thereby fixed.
  • the formed on the axial section 46 end of the flexible portion 13 is pressed by a the master piston 9 partially comprehensive sleeve 41 in the first recess 42 hermetically sealed and thereby fixed.
  • the sleeve comprises the axial portion 46 and the transition to the radial portion 47 accurately, the sleeve 41 thus serves as an expansion limit.
  • the sleeve is after the axial portion 46 tapers upwards and includes the second slave portion 35 at least partially radially and accurately with a small clearance.
  • the compression spring 11 may also be arranged outside the spring chamber 45.
  • the dynamic stiffness of the coupler 7 is determined in particular by the size and shape of the throttle gap 37 and possibly by the size and shape of the guide gap 38.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention in the region of the flexible section 13 of the coupler 7, similar to the embodiment of FIG. 3.
  • both ends of the flexible section 13 are turned inwards, see FIG that at the compensation chamber 12 facing sides of the ends of the flexible portion 13 depressions 48 form.
  • the ends lie with their outer surfaces hermetically sealed in the recesses 42, 43.
  • the shape of the wells 48 may be formed, for example, semicircular, triangular, oval or polygonal.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and suitable for any designs of fuel injectors 1, in particular for fuel injectors 1 for auto-ignition internal combustion engines and / or inwardly opening fuel injectors.

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.
  • Aus dem Stand der Technik (s. DE 19950760A) sind außerdem Brennstoffeinspritzventile bekannt, die mit wellrohr- bzw. wellbalgförmigen Dichtungen das Hydraulikmedium abdichten.
  • Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß die Rückstellkraft allein durch die Feder aufgebracht wird. Änderungen im Verhalten der Feder, beispielsweise durch Alterung, wirken sich so verstärkt auf die Rückstellkraft und somit auf das Verhalten des Kopplers aus. Außerdem ist die Baugröße der Feder erhöht.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Koppler einfach und kostengünstig herstellbar, weniger aufwendig gebaut, zuverlässig dauerlauffest ist und sein Verhalten weniger von der Betriebsdauer abhängt.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • In ersten Weiterbildungen ist der Ausgleichsraum über eine Querbohrung mit der Drossel verbunden und/oder die Druckfeder ist spiralförmig ausgebildet. Dadurch läßt sich der Koppler besonders einfach aufbauen.
  • Durch die tassenförmige Ausbildung eines ersten Nehmerabschnitts des Nehmerkolbens, dessen Boden das Kopplervolumen teilweise begrenzt, durch die axiale Führung des ersten Nehmerabschnitts mit einem Führungsspiel im Geberkolben, durch die teilweise tassenförmige Umschließung des ersten Nehmerabschnitts durch den Geberkolben und durch die Anordnung der Drossel im Boden des tassenförmigen ersten Nehmerabschnitts kann der Koppler besonders kompakt, einfach und kostengünstig aufgebaut werden.
  • In einer weiteren Weiterbildung kann sich die Druckfeder in einfacher Weise über die Drosselkugel an einer das Kopplervolumen begrenzenden Fläche des Geberkolbens abstützen, wodurch wiederum eine einfach und kompakte Bauweise gegeben ist.
  • Die lochscheiben- und hülsenförmige Ausbildung durch den Axialabschnitt und den Radialabschnitt läßt eine kompakte und einfache Befestigung des flexiblen Abschnitts zu.
  • Eine einfache, sichere und insbesondere hermetisch dichte Befestigung des flexiblen Abschnitts wird vorteilhaft auch dadurch erreicht, daß das am Radialabschnitt ausgebildete Ende in eine am Nehmerkolben ausgebildete zweite Ausnehmung eingreift und/oder das am Axialabschnitt ausgebildete Ende in eine am Geberkolben angeordnete Ausnehmung eingreift. Dies läßt sich durch eine muldenförmige Ausbildung der Ausnehmungen, durch geklemmte Befestigung der Enden und durch verdickte Enden weiter verbessern.
  • In einer weiteren Weiterbildung sind die Enden des flexiblen Abschnitts nach innen eingeschlagen, wobei sie dabei eine Mulde bilden. Vorteilhafterweise greifen die Enden dabei hermetisch dicht in die Ausnehmungen ein. Der Innendruck des Ausgleichsraums kann dadurch vorteilhaft genutzt werden um durch ein Druckübertragung über das Hydraulikmedium die Enden des flexiblen Abschnitts hydraulisch dichtend gegen die Ausnehmungen zu drücken und damit zuverlässig und dauerhaft abzudichten.
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist 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 Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Kopplers und
    Fig. 4
    ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich des flexiblen Abschnitts des Kopplers.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung 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 im 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 des 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 Nehmerkolben 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 einen Kanal 29, welcher beispielsweise mittels einer eingepreßten Verschlußkugel 30 verschlossen sein kann.
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kopplers 7 für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Brennstoffeinspritzventil 1. Der Nehmerkolben 10 greift mit einem becherförmigen ersten Nehmerabschnitt 34 in den einseitig geschlossenen hohlzylinderförmigen Geberkolben 9 ein. Der Nehmerkolben 10 bzw. der erste Nehmerabschnitt 34 ist im Geberkolben 9 axial beweglich mit einem Führungsspalt 38 geführt. Der Führungsspalt 38 ist relativ klein, wobei die durch den Führungsspalt 38 strömende Menge an Hydraulikmedium sehr klein ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Führungsspalt 38 eine Drosselfunktion ausüben.
  • In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Nehmerkolben 10 aus dem ersten Nehmerabschnitt 34, einem zweiten Nehmerabschnitt 35 und einem Verbindungsabschnitt 33. Der erste Nehmerabschnitt 34 begrenzt mit seinem geschlossenen Ende zusammen mit dem Grund des Geberkolbens 9 das Kopplervolumen 23, wobei im geschlossenen Ende des ersten Nehmerabschnitts 34 zentriert die Drossel 24 angeordnet ist. Die Drossel 24 besteht aus einer zentriert im Boden des becherförmigen ersten Nehmerabschnitts 24 angeordneten Öffnung 36 und einer darin mit einem Drosselspalt 37 geführten Drosselkugel 39.
  • Das offene, dem Kopplervolumen 23 abgewandte Ende des ersten Nehmerabschnitts 34 ist durch den Verbindungsabschnitt 33 verschlossen. Der Verbindungsabschnitt 33 greift dabei teilweise in den ersten Nehmerabschnitt 34 ein und ist beispielsweise durch Pressen oder Schweißen mit diesem bewegungsfest gefügt. Zwischen dem in den ersten Nehmerabschnitt 34 eingreifenden Ende des Verbindungsabschnitts 33 und der Drosselkugel 39 ist die Druckfeder 11 mit einer Vorspannung in einem im ersten Nehmerabschnitt 34 angeordneten Federraum 45 angeordnet.
  • Die Druckfeder 11 ist spiralförmig und drückt auf die Drosselkugel 39 unter Zwischenlage eines Federtellers 40, wobei sich die Drosselkugel 39 am Boden des Geberkolbens 9 im Kopplervolumen 23 abstützt. Die oberen, dem Kopplervolumen 23 abgewandten Enden des ersten Nehmerabschnitts 34 und des Geberkolbens 9 liegen etwa auf gleicher Höhe; wobei der Verbindungsabschnitt 33 mit einem Flansch 44 auf dem oberen Ende des ersten Nehmerabschnitts 34 aufliegt und teilweise aus dem ersten Nehmerabschnitt 34 heraus ragt. Der Flansch 44 hat etwa den Durchmesser des ersten Nehmerabschnitts 34.
  • Der Ausgleichsraum 12 wird durch den flexiblen Abschnitt 13, den Verbindungsabschnitt 33 bzw. den Flansch 44, den Geberkolben 9 und den ersten Nehmerabschnitt 34 begrenzt, wobei der Ausgleichsraum 12 über die Querbohrung 31 und den Federraum 45 mit der Drossel 24 in Verbindung steht. Der flexible Abschnitt 13 ist elastisch und besteht beispielsweise aus einem Elastomer oder aus Stahl.
  • In diesem Ausführungsbeispiel teilt sich der flexible Abschnitt 13 in einen zur Bewegungsrichtung des Nehmerkolbens 10 axial verlaufenden Axialabschnitt 46 und einen radial zur Bewegungsrichtung des Nehmerkolbens 10 verlaufenden Radialabschnitt 47 auf. Der dadurch teller- und hülsenförmig gestaltete flexible Abschnitt 13 ist an seinen Enden verdickt. Der flexible Abschnitt 13 liegt mit dem am Radialabschnitt 47 ausgebildeten Ende in einer zweiten Ausnehmung 43, welche an der dem Kopplervolumen 23 abgewandten Seite des Flansches 44 ausgebildet ist, und mit seinem am Axialabschnitt 46 ausgebildeten Ende in einer ersten Ausnehmung 42, welche im Bereich des oberen Endes des Geberkolbens 9 an seiner Außenfläche angeordnet ist. Die Ausnehmungen 42, 43 sind muldenförmig.
  • Das am Radialabschnitt 47 ausgebildete verdickte Ende wird durch den zweiten Nehmerabschnitt 35, welcher oben auf dem Verbindungsabschnitt 33 aufliegt und in diesen teilweise eingreift, in die zweite Ausnehmung 43 hermetisch dichtend gepreßt und dabei fixiert. Das am Axialabschnitt 46 ausgebildete Ende des flexiblen Abschnitts 13 wird durch eine den Geberkolben 9 teilweise umfassende Hülse 41 in die erste Ausnehmung 42 hermetisch dichtend gepreßt und dabei fixiert.
  • Die Hülse umfaßt den Axialabschnitt 46 und den Übergang zum Radialabschnitt 47 passgenau, wobei die Hülse 41 so als Ausdehnungsbegrenzung dient. Die Hülse setzt sich nach dem Axialabschnitt 46 verjüngt nach oben fort und umfaßt dabei den zweiten Nehmerabschnitt 35 wenigstens teilweise radial und passgenau mit einem geringen Spiel.
  • 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 Federraum 45 und die Querbohrung 31 in den Ausgleichsraum 12, der durch den elastischen und membranartigen flexiblen Abschnitt 13 teilweise begrenzt ist. Durch eine Vorspannung des flexiblen Abschnitts 13 und der Druckfeder 11 wird ein das Kopplervolumen 23 vergrößernder Druck auf das Hydraulikmedium ausgeübt, wobei die Druckfeder 11 nur über feste Bauteile, ohne über das Hydraulikmedium zu wirken, den Geberkolben 9 und Nehmerkolben 10 auseinander drückt.
  • Die Druckfeder 11 kann auch außerhalb des Federraums 45 angeordnet sein.
  • Die dynamische Steifigkeit des Kopplers 7 wird insbesondere durch die Größe und Form des Drosselspalts 37 und ggf. durch die Größe und Form des Führungsspalts 38 bestimmt.
  • Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des flexiblen Abschnitts 13 des Kopplers 7, ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3. Im Unterschied zum in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Enden des flexiblen Abschnitts 13 nach innen eingeschlagen, so daß sich an den dem Ausgleichsraum 12 zugewandten Seiten der Enden des flexiblen Abschnitts 13 Mulden 48 bilden. Die Enden liegen mit ihren Außenflächen hermetisch dicht in den Ausnehmungen 42, 43 an. Die Form der Mulden 48 kann dabei beispielsweise halbkreisförmig, dreieckig, oval oder mehreckig ausgebildet sein.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und für beliebige Bauformen von Brennstoffeinspritzventilen 1, insbesondere auch für Brennstoffeinspritzventile 1 für selbstzündende Brennkraftmaschinen und/oder nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile, geeignet.

Claims (22)

  1. Brennstoffeinspritzventil 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 elastischer 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) durch eine Vorspannung einen Druck auf das Hydraulikmedium ausübt und die Kraft einer sich am Nehmerkolben (10) und/oder am Geberkolben (9) direkt und/oder über feste Bauteile (40, 39) abstützenden Druckfeder (11) mit einer Vorspannung so gerichtet ist, dass die Kraft das Kopplervolumen (23) vergrößert,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Drossel (24) eine Drosselkugel (39) umfasst, die mit einem Drosselspalt (37) in einer Öffnung (36) geführt ist.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ausgleichsraum (12) über eine Querbohrung (31) mit der Drossel (24) verbunden ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Druckfeder (11) spiralförmig ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Druckfeder (11) im Nehmerkolben (10) in einem Federraum (45) angeordnet ist.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Nehmerkolben (10) einen tassenförmigen ersten Nehmerabschnitt (34) aufweist, dessen Boden das Kopplervolumen (23) teilweise begrenzt.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Nehmerabschnitt (34) axial mit einem Führungsspiel (38) im Geberkolben (9) geführt ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Geberkolben (9) den ersten Nehmerabschnitt (34) teilweise tassenförmig umschließt.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Drossel (24) im Boden des tassenförmigen ersten Nehmerabschnitts (34) angeordnet ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Druckfeder (11) über die Drosselkugel (39) abstützt.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Druckfeder (11) über einen Federteller (40) an der Drosselkugel (39) abstützt.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich die Drosselkugel (39) an einer das Kopplervolumen (23) begrenzenden Fläche des Geberkolbens (9) abstützt.
  12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ausgleichsraum (12) durch den flexiblen Abschnitt (13), den Nehmerkolben (10) und den Geberkolben (9) begrenzt ist.
  13. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der flexible Abschnitt (13) einen axial zur Bewegungsrichtung des Nehmerkolbens (10) verlaufenden Axialabschnitt (46) und einen zur Bewegungsrichtung des Nehmerkolbens (10) radial verlaufenden Radialabschnitt (47) aufweist.
  14. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der flexible Abschnitt (13) lochscheibenförmig und hülsenförmig ist.
  15. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das am Radialabschnitt (47) ausgebildete Ende in eine am Nehmerkolben (10) ausgebildete zweite Ausnehmung (43) eingreift und/oder das am Axialabschnitt (46) ausgebildete Ende in eine am Geberkolben (9) angeordnete erste Ausnehmung (42) eingreift.
  16. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest eine der Ausnehmungen (42, 43) muldenförmig ist.
  17. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite Ausnehmung (43) zwischen einem Verbindungsabschnitt (33) und einem zweiten Nehmerabschnitt (35) des Nehmerkolbens (10) angeordnet ist.
  18. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Ende des Radialabschnitts (47) geklemmt oder hermetisch dicht geklemmt ist.
  19. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche 15 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Ende des Axialabschnitts (46) zwischen der Außenfläche des Geberkolbens (9) und einer diesen wenigsten teilweise umfassenden Hülse (41) geklemmt, insbesondere hermetisch dicht geklemmt, ist.
  20. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Enden des flexiblen Abschnitts (13) verdickt sind.
  21. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 16 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest eines der Enden des flexiblen Abschnitts (13) nach innen eingeschlagen ist und dabei eine Mulde (48) bildet.
  22. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 21,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zumindest eine eingeschlagene Ende des flexiblen Abschnitts (13) mit seiner Außenfläche hermetisch dicht in der Ausnehmung (42, 43) liegt.
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