DE102005028135A1

DE102005028135A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102005028135A1
Application number: DE200510028135
Authority: DE
Inventors: Nadja Eisenmenger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28
Also published as: WO2006134005A1; EP1896719A1; JP2008544140A

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) dient als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen. Dabei wirkt ein Aktor (13) zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils (1) über ein Übergangsstück (15) auf einen hydraulischen Koppler (50) ein. Um einen Winkelausgleich zwischen dem Aktor (13) umd dem hydraulischen Koppler (50) zu ermöglichen, ist zwischen dem Übergangsstück (15) und einem Element (24) des hydraulischen Kopplers (50) ein Lager (40) ausgebildet. Ein dabei zwischen dem Übergangsstück (15) und dem Element (24) vorgesehener Zwischenraum (51) ist mit dem Kopplerraum (30) des hydraulischen Kopplers (50) verbunden, um bei einer Druckentlastung des Kopplerraumes (30) eine Druckentlastung des Zwischenraumes (51) zu erzielen. Durch diese Maßnahme kann ein Auftrennen der Schnittstelle zwischen dem Übergangsstück (15) und dem hydraulischen Koppler (50) auf Grund des hohen Druckes des umgebenden Brennstoffes verhindert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.

Aus der DE 101 04 016 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil zur direkten Einspritzung von Dieselbrennstoff in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine bekannt. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil weist einen Aktor auf, der zum Öffnen und Schließen des Brennstoffeinspritzventils über einen hydraulischen Koppler auf eine Ventilnadel einwirkt. Eine innerhalb des hydraulischen Kopplers vorgesehene Hydraulikkammer ist über einen Befüllkanal mit unter Hochdruck stehendem Brennstoff befüllbar, um Leckageverluste auszugleichen.

Das aus der DE 101 04 016 A1 bekannte Brennstoffeinspritzventil hat den Nachteil, dass eine präzise Justierung des Aktors des Brennstoffeinspritzventils innerhalb des Ventilgehäuses erforderlich ist, um eine gleichmäßige Betätigung des hydraulischen Kopplers sicherzustellen. Außerdem besteht während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils die Gefahr, dass ein Kolben des hydraulischen Kopplers, der von dem Aktor mit einer Verstellkraft beaufschlagt wird, verkantet oder dass es an der Schnittstelle zu einem Verschleiß kommt, so dass das Abspritzbild von dem gewünschten Abspritzbild abweicht.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine mögliche Verkippung von Bauteilen aus einer axialen Lage ausgeglichen werden kann, um einen zuverlässigen Betrieb des Brennstoffeinspritzventils über die Lebensdauer zu gewährleisten und um Abweichungen von dem gewünschten Strahlbild zu vermeiden. Insbesondere können Parallelitätsfehler der einzelnen Bauteile des Brennstoffeinspritzventils und der einzelnen Schichten des Aktors, die Achs- und Winkelfehler erzeugen, welche insbesondere zwischen einem Aktorkopf und einem Aktorfuß auftreten, ausgeglichen werden. Dadurch ist es auch möglich, ein enges Paarungsspiel zwischen den Bauteilen des hydraulischen Kopplers vorzugeben, ohne dass es zu einer erhöhten Reibung und einem erhöhten Verschleiß kommt, so dass die Funktion des Brennstoffeinspritzventils sichergestellt ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

In vorteilhafter Weise ist das Element des hydraulischen Kopplers als Kopplerkolben ausgebildet. Der Kopplerkolben kann dabei im Unterschied zu einer tonnenförmigen Ausgestaltung zylinderförmig ausgebildet sein, da auf Grund des erfindungsgemäßen Winkelausgleichs ein Verkanten auf Grund einer Schieflage des Kopplerkolbens verhindert ist. Dies hat den Vorteil, dass eine gewünschte Leckage im Bereich der Führung zwischen dem Kopplerkolben und einer Kopplerhülse definiert vorgegeben werden kann. Dabei ist es auch vorteilhaft, dass der Kopplerkolben in der Kopplerhülse in Richtung einer Achse des Brennstoffeinspritzventils geführt ist, um die Betätigungskraft des Aktors wirksam auf die Ventilnadel zu übertragen.

Das Brennstoffeinspritzventil kann auch so ausgestaltet sein, dass der Aktor als ziehender Aktor wirkt. Dabei wird an den Aktor in einer Spritzpause eine elektrische Spannung gelegt. In der Spritzpause ist der Aktor dann von der Seite und über den im Kopplerraum herrschenden Raildruck durch den Druck des Brennstoffs beaufschlagt. Zum Erreichen einer Einspritzung wird der Aktor entladen, so dass sich der Aktor zusammenzieht. Dabei wird der Druck im Kopplerraum abgesenkt, wodurch sich die axiale Kraft im gesamten Aktorverband absenkt. Die Druckabsenkung im Kopplerraum erzeugt dabei die für das Öffnen der Düsennadel notwendige Zugkraft. Voraussetzung für diese Wirkungsweise ist allerdings, dass sichergestellt ist, dass der axiale Druck im gesamten Aktorverband abgesenkt wird. Eine mögliche Leckage an den einzelnen Schnittstellen, insbesondere zwischen dem Aktor, Aktorkopf, Aktorfuß und Kopplerkolben, hätte zur Folge, dass unter dem Raildruck stehender Brennstoff, der den Aktor umgibt, in die Schnittstelle eindringt, was ein Aufreißen und Trennen der Schnittstelle zur Folge hätte. An fest miteinander verbundenen Bauteilen kann eine Abdichtung durch entsprechendes Verkleben oder mittels einer Ummantelung erfolgen. Das zwischen dem Übergangsstück und dem Element des hydraulischen Kopplers gebildete Lager soll allerdings einen Winkelausgleich gewährleisten. Eine Trennung an dieser Schnittstelle wird durch die Wirkverbindung zwischen dem Kopplerraum und dem Zwischenraum gewährleistet, auf Grund der eine Druckentlastung des Zwischenraums erfolgt, so dass auf Grund des umgebenden Raildrucks und der Kraft einer Feder der Kontakt zwischen dem Übergangsstück und dem Element des hydraulischen Kopplers im Bereich einer Dichtfläche gewährleistet ist.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die Kopplerhülse senkrecht zur Achse des Brennstoffeinspritzventils verschiebbar ist. Dadurch kann ein axialer Versatz von Bauteilen des Brennstoffeinspritzventils, der auch zusammen mit dem Winkelversatz auftreten kann, ausgeglichen werden. Ferner ist es möglich, dass der Aktor senkrecht zur Achse des Brennstoffeinspritzventils verschiebbar ist. Speziell kann ein Aktorfuß des Aktors in dem Ventilgehäuse gelagert sein, um eine entsprechende Verschiebung des Aktors zu ermöglichen.

Vorteilhaft ist es, dass der Zwischenraum über einen in dem Element des hydraulischen Kopplers ausgebildeten Verbindungskanal mit dem Kopplerraum verbunden ist. Der Verbindungskanal kann dabei als Verbindungsbohrung ausgebildet sein und so ausgestaltet sein, dass ein Brennstofffluss zwischen dem Zwischenraum und dem Kopplerraum ermöglicht ist. Auf diese Weise wird eine Druckabsenkung des Zwischenraums über einen Brennstofffluss aus dem Zwischenraum in den Kopplerraum ermöglicht. Der Verbindungskanal kann auch in einem Rohrelement ausgebildet sein, das in eine Durchgangsbohrung des Elements des hydraulischen Kopplers eingebracht ist. Dadurch wird eine einfache Fertigung eines Verbindungskanals mit geringem Querschnitt ermöglicht. Durch einen Verbindungskanal mit geringem Querschnitt wird das mit Brennstoff gefüllte Volumen verringert, so dass ein direktes Ansprechen der Druckabsenkung gewährleistet ist.

Ferner ist es vorteilhaft, dass ein Rückschlagventil vorgesehen ist, das einen Brennstofffluss von dem Zwischenraum zu dem Kopplerraum ermöglicht und in umgekehrter Richtung sperrt. Dadurch wird der Druckaufbau im Kopplerraum bei einer druckerhöhenden Betätigung des Aktors im Hinblick auf eine größere Dynamik des Brennstoffeinspritzventils verbessert.

Ferner ist es vorteilhaft, dass ein Druckübertragungselement in dem Verbindungskanal angeordnet ist, das in dem Verbindungskanal verschiebbar ist. Durch das Druckübertragungselement kann das mit Brennstoff gefüllte Volumen des Verbindungskanals weiter verringert werden, um einen gegebenenfalls reinen Druckausgleich mit sehr kleinen Volumenströmen zu ermöglichen. Hierfür kann der Verbindungskanal hinsichtlich des Querschnitts auch komplett mit einem Druckübertragungselement, insbesondere einem frei beweglichen Stift, verschlossen werden. Der Druckausgleich erfolgt dann über die Bewegung des Stiftes und den Leckspalt zwischen dem Stift und dem Kopplerkolben.

Vorteilhaft ist, dass das Lager aus einem Kugelstück und einem Pfannenstück gebildet ist, wobei eine kreisringförmige Dichtfläche ausgebildet ist. Das Kugelstück kann dabei entweder am Übergangsstück oder an dem Element des hydraulischen Kopplers ausgebildet sein. Das Pfannenstück ist dann jeweils an dem anderen Bauteil des Brennstoffeinspritzventils ausgebildet. Der Sitzdurchmesser ergibt sich dabei aus dem Durchmesser der Kugelfläche und dem Sitzwinkel des Kegels des Pfannenstücks. Der Sitzdurchmesser kann dabei kleiner, gleich oder auch größer als der Durchmesser des Kopplerkolbens gewählt sein. Vorzugsweise ist der Sitzdurchmesser größer oder gleich dem Durchmesser des Kopplerkolbens. Dadurch kann bei einem Wirkprinzip mit ziehendem Aktor die Verbindungskraft zum Öffnen verstärkt werden. Der Sitzdurchmesser ist dabei allerdings vorzugsweise nur etwas größer als der Kolbendurchmesser gewählt, um während der nachfolgenden Verstellbewegung des Aktors beim Schließen eine Trennung des Elements des hydraulischen Kopplers von dem Übergangsstück auf Grund des ansteigenden Druckes im Zwischenraum zu verhindern. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit einem Druckanstieg im Kopplerraum auch ein Druckanstieg im Zwischenraum erzeugt wird, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn kein Rückschlagventil vorgesehen ist.

Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils der Erfindung in einer axialen Schnittdarstellung;
2 einen Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 den in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
4 den in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung in einer axialen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Insbesondere eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 für Nutzkraftwagen oder Personenkraftwagen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 auf. Ferner weist das Brennstoffeinspritzventil 1 einen Ventilsitzkörper 3 auf, der einstückig mit dem Ventilgehäuse 2 ausgebildet sein kann. An dem Ventilsitzkörper 3 ist eine Ventilsitzfläche 4 ausgebildet, die mit einem von einer Ventilnadel 5 betätigbaren Ventilschließkörper 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Ventilschließkörper 6 einteilig mit der Ventilnadel 5 ausgebildet.
Die Ventilnadel 5 weist einen Ventilnadelkolben 7 auf, der in einer Ventilnadelführung 8 des Ventilgehäuses 2 in Richtung einer Achse 9 des Ventilgehäuses 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 geführt ist.
Das Ventilgehäuse 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 weist einen vereinfacht dargestellten Brennstoffeinlassstutzen 10 auf, an den eine (nicht dargestellte) Brennstoffleitung anschließbar ist. Dadurch kann das Brennstoffeinspritzventil 1 an ein Common Rail oder eine andere Einrichtung der Brennstoffeinspritzanlage angeschlossen werden. Der Brennstoffeinlassstutzen 10 weist einen Brennstoffkanal 11 auf, durch den Brennstoff in einen Innenraum 12 des Ventilgehäuses 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 einführbar ist. Der Innenraum 12 ist dabei als Aktorraum 12 ausgestaltet, das heißt, dass ein Aktor 13 innerhalb des Innenraums 12 angeordnet ist, der im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 mit Brennstoff unter hohem Druck gefüllt ist. Der piezoelektrische Aktor 13 weist dabei mehrere aktive Schichten auf. Außerdem ist an den Aktor 13 einerseits ein Aktorfuß 14 und andererseits ein Übergangsstück 15, das als Aktorkopf 15 ausgebildet ist, angefügt.
Aus dem Innenraum 12 gelangt der Brennstoff über eine Durchgangsöffnung 20, die in dem Ventilgehäuse 2 ausgebildet ist, in einen weiteren Innenraum 21 des Ventilgehäuses 2. Aus dem Innenraum 21 gelangt der Brennstoff über eine weitere Durchgangsöffnung 22 in einen Brennstoffraum 23. Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 befindet sich im Innenraum 12, im Innenraum 21 und im Brennstoffraum 23 Brennstoff unter hohem Druck. Der Druck des Brennstoffes kann dabei beispielsweise 200 MPa (2.000 bar) betragen.
Das Übergangsstück 15 ragt teilweise in einen Kopplerkolben 24, der an einem Ende in einer Kopplerhülse 25 in Richtung der Achse 9 des Ventilgehäuses 2 geführt ist. Die Kopplerhülse 25 ist mit einer Feder 26 beaufschlagt, die sich einerseits an dem Kopplerkolben 24 und andererseits an der Kopplerhülse 25 abstützt. Die Feder 26 ist vorzugsweise als Kopplerfeder 26 ausgebildet. Die Kopplerhülse 25 stützt sich außerdem an einer Innenwand 27 des Innenraums 12 des Ventilgehäuses 2 ab. Ferner stützt sich der Aktor 13 über den Aktorfuß 14 an einer Innenwand 28 des Innenraums 12 des Ventilgehäuses 2 ab.
Der Aktor 13 ist über eine (nicht dargestellte) elektrische Zuleitung mit einem Steuergerät oder dergleichen verbunden. Über die elektrische Zuleitung kann der Aktor 13 geladen werden, wobei sich der Aktor 13 in Richtung der Achse 9 ausdehnt, oder entladen werden, wobei sich der Aktor 13 in Richtung der Achse 9 zusammenzieht. In dem dargestellten Ausgangszustand, in dem das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen ist, ist der Aktor 13 geladen, so dass der Kopplerkolben 24 entgegen der Kraft der Feder 26 weitgehend in die Kopplerhülse 25 hineingedrückt ist. In dem zwischen der Kopplerhülse 25, einem zylinderförmig ausgebildeten Teil 29 des Kopplerkolbens 24 und der Innenwand 27 ausgebildeten Kopplerraum 30 befindet sich dabei Brennstoff unter hohem Druck. Der Kopplerraum 30 ist über einen Drosselkanal 31 mit einem weiteren Kopplerraum 32 verbunden, in dem sich im Ausgangszustand ebenfalls Brennstoff unter hohem Druck befindet. Alternativ kann auch eine ungedrosselte Verbindung zwischen dem Kopplerraum 30 und dem weiteren Kopplerraum 32 bestehen, beispielsweise über einen Kanal. Der weitere Kopplerraum 32 ist dabei zwischen einem Ventilnadelkolben 7, einer weiteren Kopplerhülse 33 und einer Innenwand 34 des Innenraums 21 ausgebildet. Dabei ist der Ventilnadelkolben 7 in Richtung der Achse 9 des Ventilgehäuses 2 in der weiteren Kopplerhülse 33 geführt. Die Kopplerhülse 33 wird dabei mittels einer Ventilfeder 35, die sich an einem mit dem Ventilnadelkolben 7 verbundenen Stützring 36 abstützt, gegen die Innenwand 34 gepresst, um den Kopplerraum 32 gegenüber dem Innenraum 21 abzudichten.
Zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Aktor 13 entladen, so dass sich dieser in Bezug auf die Achse 9 zusammenzieht. Dabei wird der Kopplerkolben 24 zusammen mit dem Übergangsstück 15 in Richtung der Kraft der Feder 26 verstellt, wobei die Kopplerhülse 25 aufgrund der Kraft der Feder 26 in der Ausgangsposition verbleibt. Dabei kommt es zu einem erheblichen Druckabfall im Kopplerraum 30, so dass Brennstoff aus dem weiteren Kopplerraum 32 über den Drosselkanal 31 in den Kopplerraum 30 einströmt. Dadurch nimmt der Druck des Brennstoffs im weiteren Kopplerraum 32 ab. Da sich in dem Brennstoffraum 23 weiterhin Brennstoff unter hohem Druck befindet, der an einer Druckschulter 37 des Ventilnadelkolbens 7 angreift, wirkt eine effektive Kraft auf die Ventilnadel 5, so dass sich der Ventilschließkörper 6 von der Ventilsitzfläche 4 abhebt und der zwischen dem Ventilschließkörper 6 und der Ventilsitzfläche 4 gebildete Dichtsitz geöffnet wird. Über den geöffneten Dichtsitz und eine Abspritzöffnung 38 wird Brennstoff aus dem Brennstoffraum 23 in einen (nicht dargestellten) Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt eine erneute Ladung des Aktors 13, so dass sich der Aktor 13 in Bezug auf die Achse 9 ausdehnt und der Kopplerkolben 24 wieder in die in 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückgestellt wird. Dadurch steigt der Druck des Brennstoffs im Kopplerraum 30 erheblich an, so dass Brennstoff über den Drosselkanal 31 in den weiteren Kopplerraum 32 einströmt. Durch den dabei ansteigenden Druck des Brennstoffs im Kopplerraum 32 wirkt eine starke Rückstellkraft auf die Ventilnadel 5, die von der Kraft der Ventilfeder 35 unterstützt wird, so dass die Ventilnadel 5 wieder in die in 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückgestellt wird, in der das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen ist.
Zwischen dem Übergangsstück 15 und dem Kopplerkolben 24 ist ein Lager 40 ausgebildet. Hierfür ist das Übergangsstück 15 im Bereich des Lagers 40 als Kugelstück 41, das eine geschliffene Kugelfläche aufweist, ausgebildet. Außerdem ist der Kopplerkolben 24 im Bereich des Lagers 40 als Pfannenstück 42 ausgebildet. Das Pfannenstück 42 weist eine Lagerfläche 43 auf, die konisch, insbesondere kegelförmig, ausgestaltet ist.
Zwischen dem Kugelstück 41 des Übergangsstückes 15 und dem Pfannenstück 42 des Kopplerkolbens 24 ist eine kreisringförmige Dichtfläche an der Lagerfläche 43 ausgebildet, die einen Sitzdurchmesser 44 hat. Durch den Sitzdurchmesser 44 ist eine Querschnittsfläche 45 vorgegeben, deren Durchmesser durch den Sitzdurchmesser 44 definiert ist. Die Querschnittsfläche 45 liegt dabei in einer Ebene 46, durch die die Achse 9 des Ventilgehäuses 2 senkrecht hindurchgeht.
Zwischen dem Kopplerkolben 24 und dem Übergangsstück 15 ist ein Spalt 47 ausgebildet, der abschnittsweise ringförmig ausgebildet ist und sich zum Sitzdurchmesser 44 hin verjüngt. Dieser Spalt 47 ist im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 mit Brennstoff unter hohem Druck gefüllt.
Der Kopplerkolben 24, die Kopplerhülse 25, die Feder 26, der Kopplerraum 30, der Drosselkanal 31, die Kopplerhülse 33, die Ventilnadel 7 und der Kopplerraum 32 sind Bestandteile eines hydraulischen Kopplers 50 des Brennstoffeinspritzventils 1. Der hydraulische Koppler 50 kann insbesondere als Weg- oder Kraftverstärker ausgestaltet sein. Der hydraulische Koppler 50 kann auch die Funktion einer Temperaturkompensationseinrichtung übernehmen. In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Kopplerkolben 24 um ein Element 24 des hydraulischen Kopplers 50, das mit dem Übergangsstück 15 das Lager 40 bildet. Die Kopplerscheibe 38 des hydraulischen Kopplers 50, die den Drosselkanal 31 aufweist, ist in der 1 als Teil des Ventilgehäuses 2 dargestellt. Die Kopplerscheibe kann auch als separates Bauteil ausgeführt sein, das gegebenenfalls in Richtung der Achse 9 des Brennstoffeinspritzventils 1 bewegbar ist.
Durch das Lager 40 kann eine bei der Montage oder während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils auftretende Fehlpositionierung oder Lageänderung von Bauteilen des Brennstoffeinspritzventils 1 in Bezug auf eine konstruktiv vorgegebene Idealposition korrigiert werden. Dabei wird durch das Lager 40 ein Winkelausgleich zwischen dem Aktor 13 und dem hydraulischen Koppler 50 ermöglicht. Ein hierbei gegebenenfalls auftretender Achsversatz kann dadurch ausgeglichen werden, dass die Kopplerhülse 25 an der Innenwand 27 gelagert ist und senkrecht zu der Achse 9 an der Innenwand 27 entlang gleiten kann. Das heißt, dass für den Achsversatz zwischen der Kopplerscheibe 38 und der Kopplerhülse 25 ein Flachsitz ausgebildet ist. Der Aktorfuß 14 kann dabei fest mit der Innenwand 28 des Ventilgehäuses 2 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Aktorfuß 14 auch an der Innenwand 28 des Ventilgehäuses 2 gelagert sein und senkrecht zu der Achse 9 an der Innenwand 28 entlang gleiten. Sofern der Aktorfuß 14 bezüglich der Innenwand 28 bewegbar ist, ist allerdings eine Entlüftung eines zwischen der Innenwand 28 und dem Aktorfuß 14 vorgesehenen Zwischenraumes erforderlich, um ein Auftrennen an der Verbindungsfläche zwischen der Innenwand 28 und dem Aktorfuß 14 durch das Eindringen von unter hohem Druck stehenden Brennstoff zu verhindern.
Innerhalb des Sitzdurchmessers 44 ist zwischen dem Übergangsstück 15 und dem Kopplerkolben 24 ein Zwischenraum 51 ausgebildet. Der Zwischenraum 51 ist über einen Verbindungskanal 52 mit dem Kopplerraum 30 verbunden, so dass der Zwischenraum 51 mit dem Kopplerraum 30 in Wirkverbindung steht. Der Verbindungskanal 52 ist dabei als Verbindungsbohrung 52 ausgestaltet.
Ausgehend von der in der 1 dargestellten Ausgangslage, in der der Aktor 13 aufgeladen ist, würde beim Entladen des Aktors 13 unter hohem Druck stehender Brennstoff in die Schnittstelle zwischen dem Kugelstück 41 und dem Pfannenstück 42 eindringen, so dass sich das Übergangsstück 15 von dem Kopplerkolben 24 löst. Auf Grund der Wirkverbindung zwischen dem Zwischenraum 51 und dem Kopplerraum 30 sinkt bei der Rückstellung des Kopplerkolbens 24 mit dem Druck im Kopplerraum 30 auch der Druck im Zwischenraum 51, so dass der Druckunterschied zwischen dem Zwischenraum 51 und dem Kopplerraum 30, der das Auftrennen der Schnittstelle im Bereich des Lagers 40 bedingt, zumindest näherungsweise aufgehoben ist.
In dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist der Sitzdurchmesser 44 etwas größer als der Kolbendurchmesser 53 des zylinderförmigen Teils 29 des Kopplerkolbens 24, wobei der Kolbendurchmesser 53 gleich dem Durchmesser 53 des Kopplerraumes 30 ist. Bei einer Absenkung des Druckes im Kopplerraum 30 und dem Zwischenraum 51 entsteht daher bereits durch den Druck im Innenraum 12 eine effektive Kraft, die den Kopplerkolben 24 gegen das Übergangsstück 15 presst und die durch die Feder 26 unterstützt wird. Dadurch wird eine relativ schnelle Verstellung des Kopplerkolbens 24 ermöglicht, die einen raschen Druckabfall im weiteren Kopplerraum 32 zur Erzeugung einer hohen Öffnungskraft auf die Ventilnadel 5 ermöglicht.
Allerdings erfolgt bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel beim erneuten Laden des Aktors 13 zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 auch eine entsprechende Druckerhöhung im Zwischenraum 51, so dass die Geschwindigkeit der Rückstellung des Kopplerkolbens 24 in die in 1 dargestellte Ausgangslage begrenzt ist, um zu vermeiden, dass sich das Übergangsstück 15 im Bereich der Dichtfläche von dem Pfannenstück 42 löst, wodurch sich der Druckaufbau im Kopplerraum 30 mittelbar abschwächt. Somit ist bei dieser Ausgestaltung die Schließkraft zum Schließen der Ventilnadel 5 kleiner als die Öffnungskraft zum Öffnen der Ventilnadel 5. Diese Ausgestaltung ist bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Brennstoffeinspritzventils 1, das als innenöffnendes Brennstoffeinspritzventils 1 ausgeführt ist, von Vorteil.
Allerdings kann der Sitzdurchmesser 44 auch gleich groß wie der Kolbendurchmesser 53 gewählt werden, falls eine größere Schließkraft gewünscht ist. Je nach Anwendungsfall kann der Sitzdurchmesser 44 auch kleiner als der Kolbendurchmesser 53 gewählt sein. Dies ist für Anwendungsfälle günstig, bei denen eine relativ große Schließkraft erforderlich ist.
Die Federkraft der Feder 26 ist so ausgelegt, dass der Kopplerkolben 24 die Verstellbewegungen des Aktors 13 mitmacht, ohne dass sich das Übergangsstück 15 auf Grund der auftretenden Beschleunigungskräfte von dem Kopplerkolben 24 löst.
2 zeigt einen Ausschnitt des in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Kopplerkolben 24 und die Kopplerhülse 25 sowie ein Teil des Ventilgehäuses 2 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigt sind. Sich entsprechende Elemente sind in dieser und in allen anderen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung schließt sich an die konische Lagerfläche 43 eine zurückgesetzte Fläche 60 an, wobei zwischen der zurückgesetzten Fläche 60 und der Lagerfläche 43 eine Stufe ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung kann das Volumen des Zwischenraums 51 gegenüber der in der 1 dargestellten Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels verringert werden. Dadurch kann die Steifigkeit des Systems beim Öffnen und Schließen, das heißt beim Druckaufbau im Kopplerraum 30, erhöht werden. Außerdem weist der Kopplerkolben 24 eine Durchgangsbohrung 61 auf, in die ein Rohrelement 62 eingebracht ist. Ferner ist das Rohrelement 62 im Bereich der Durchgangsbohrung 61 mit dem Kopplerkolben 24 verbunden. Das Rohrelement 62 weist einen Verbindungskanal 52 auf, über den der Druckausgleich zwischen dem Zwischenraum 51 und dem Kopplerraum 30 im montierten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt.
Es ist anzumerken, dass im montierten Zustand des Brennstoffeinspritzventils das in der 1 dargestellte Übergangsstück 15 im Bereich der Dichtfläche an der Lagerfläche 43 anliegt.
Die in 2 gezeigte Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass eine vereinfachte Fertigung eines Verbindungskanals 52 mit geringem Durchmesser und somit geringem Volumen möglich ist. Dadurch kann das Volumen zwischen dem Zwischenraum 51 und dem Kopplerraum 30 weiter verringert werden, um die Steifigkeit des Systems beim Schließen und Öffnen zu erhöhen.
3 zeigt den in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Druckübertragungselement 63 vorgesehen. Das Druckübertragungselement 63 ist in dem Verbindungskanal 52 angeordnet und in diesem bewegbar. Das Druckübertragungselement 63 schafft dabei einen Druckausgleich zwischen dem in den 1 und 2 dargestellten Kopplerraum 30 und dem Zwischenraum 51. Durch das Druckübertragungselement 63 kann das mit Brennstoff gefüllte Volumen des Verbindungskanals 52 erheblich verringert werden, so dass die Steifigkeit des Systems beim Schließen und Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 weiter verbessert ist.
4 zeigt den in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in dem Verbindungskanal 52 ein Rückschlagventil 64 vorgesehen. Das Rückschlagventil 64 teilt den Verbindungskanal 52 in einen Verbindungskanalabschnitt 52A und einen Verbindungskanalabschnitt 52B auf. Der Verbindungskanalabschnitt 52A des Verbindungskanals 52 ist dabei auf der Seite des Kopplerraumes 30 angeordnet. Der Verbindungskanalabschnitt 52B des Verbindungskanals 52 ist auf der Seite des Zwischenraumes 51 angeordnet. Das Rückschlagventil 64 ermöglicht ein Strömen von Brennstoff aus dem Zwischenraum 51 in den Kopplerraum 30. Dadurch wird bei einem Druckabfall im Kopplerraum 30 ein Druckabfall im Zwischenraum 51 erzielt. Andererseits sperrt das Rückschlagventil 64 in Gegenrichtung, so dass ein Brennstofffluss aus dem Kopplerraum 30 in den Zwischenraum 51 zumindest weitgehend verhindert ist. Dadurch wird verhindert, dass bei einem Druckanstieg im Kopplerraum 30 ein entsprechender Druckanstieg im Zwischenraum 51 bedingt ist.
Ein Druckanstieg im Zwischenraum 52 kann allerdings aus anderen Gründen, insbesondere auf Grund einer Leckage aus dem Spalt 47 über die Dichtfläche in den Zwischenraum 51 erfolgen. Ein Anstieg des Druckes im Zwischenraum 51 erfolgt dann nur verzögert und ist außerdem durch den Druck im Innenraum 12 begrenzt. Somit kann durch das Rückschlagventil 64 die Steifigkeit des Systems beim Schließen, das heißt beim Druckaufbau im Kopplerraum 30, erheblich erhöht werden. Dadurch wird das mit Brennstoff gefüllte Volumen des Zwischenraums 51 und des Verbindungskanalabschnittes 52B des Verbindungskanals 52 von dem Kopplerraum 30 entkoppelt und muss nicht mit vorgespannt werden.
Es ist anzumerken, dass über die Vorgabe des Sitzdurchmessers 44 beziehungsweise der entsprechenden Querschnittsfläche 45 und den Kolbendurchmesser 53 beziehungsweise den Durchmesser des Kopplerraumes 30 beziehungsweise des entsprechenden Querschnittes eine vorgebbare Druckstufe ausgebildet ist. Diese Druckstufe kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 eine zusätzliche Dichtkraft am Kegelsitz erhalten wird. Beispielsweise kann der Sitzdurchmesser 44 gleich 4,05 mm sein und der Kolbendurchmesser 43 kann gleich 4,00 mm sein.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Aktor (13) und einem hydraulischen Koppler (50), wobei der Aktor (13) zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils (1) zumindest über ein Übergangsstück (15) auf den hydraulischen Koppler (50) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsstück (15) mit einem Element (24) des hydraulischen Kopplers (50) ein Lager (40) bildet, das einen Winkelausgleich zwischen dem Aktor (13) und dem hydraulischen Koppler (50) ermöglicht, und dass ein zwischen dem Übergangsstück (15) und dem Element (24) ausgebildeter Zwischenraum (51) mit einem Kopplerraum (30) des hydraulischen Kopplers (50) in Wirkverbindung steht, um bei einer Druckentlastung des Kopplerraumes (30) eine Druckentlastung des Zwischenraumes (51) zu ermöglichen.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (24) des hydraulischen Kopplers (50) als Kopplerkolben (24) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplerkolben (24) in einer Kopplerhülse (25) in Richtung einer Achse (9) des Brennstoffeinspritzventils (1) geführt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplerhülse (25) senkrecht zu der Achse (9) des Brennstoffeinspritzventils (1) verschiebbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) senkrecht zu der Achse (9) des Brennstoffeinspritzventils (1) verschiebbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktorfuß (14) des Aktors (13) in dem Ventilgehäuse (2) gelagert ist, wobei der Aktorfuß (14) senkrecht zu der Achse (9) des Brennstoffeinspritzventils (1) verschiebbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (51) über einen in dem Element (24) des hydraulischen Kopplers (50) ausgebildeten Verbindungskanal (52) mit dem Kopplerraum (30) verbunden ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (52) als Verbindungsbohrung (52) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (24) des hydraulischen Kopplers eine Durchgangsbohrung (61) aufweist, in die ein Rohrelement (62) eingebracht ist, wobei das Rohrelement (62) einen Verbindungskanal (52) aufweist, der den Zwischenraum (51) mit dem Kopplerraum (30) verbindet.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (52) so ausgestaltet ist, dass ein Brennstofffluss zumindest von dem Zwischenraum (51) zu dem Kopplerraum (30) ermöglicht ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (64) vorgesehen ist, das einen Brennstofffluss von dem Zwischenraum (51) zu dem Kopplerraum (30) ermöglicht und einen Brennstofffluss von dem Kopplerraum (30) zu dem Zwischenraum (51) zumindest im Wesentlichen verhindert.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckübertragungselement (63) in dem Verbindungskanal (52) angeordnet ist, das zumindest abschnittsweise in dem Verbindungskanal (52) verschiebbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (40) aus einem Kugelstück (41) und einem Pfannenstück (42) gebildet ist, wobei eine zumindest näherungsweise kreisringförmige Dichtfläche zwischen dem Kugelstück (41) und dem Pfannenstück (42) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich aus einem Sitzdurchmesser (44) der Dichtfläche ergebende Querschnittsfläche (45) des Lagers (40) nicht kleiner ist als eine wirksame Querschnittsfläche (53) des Kopplerraumes (30).
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (45) des Lagers (40) etwas größer ist als die Querschnittsfläche (53) des Kopplerraumes (30).