EP1519035B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1519035B1
EP1519035B1 EP20040104467 EP04104467A EP1519035B1 EP 1519035 B1 EP1519035 B1 EP 1519035B1 EP 20040104467 EP20040104467 EP 20040104467 EP 04104467 A EP04104467 A EP 04104467A EP 1519035 B1 EP1519035 B1 EP 1519035B1
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EP
European Patent Office
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fuel injection
coupler
injection valve
valve according
section
Prior art date
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EP20040104467
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English (en)
French (fr)
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EP1519035A1 (de
Inventor
Guenther Hohl
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/705—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for filling or emptying hydraulic chamber, e.g. for compensating clearance or thermal expansion
    • F02M2200/706—Valves for filling or emptying hydraulic chamber

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injection valve with a piezoelectric or magnetostrictive actuator which is in operative connection with a valve needle.
  • the valve needle has at its discharge end a valve closing body which cooperates with a valve seat surface to a sealing seat.
  • a coupler which serves to compensate for changes in length of components of the fuel injection valve, in particular of temperature-induced changes in length of the actuator, is arranged on the inflow side of the actuator module.
  • the coupler has two mutually axially movable portions which engage with each other and thereby form an annular gap and a hydraulic volume.
  • the annular gap connects the hydraulic volume with a balanced under a form equalization space.
  • the hydraulic medium is exchanged between the hydraulic volume and the compensation chamber, wherein the annular gap serves as a throttle point.
  • a disadvantage of the fuel injection valve known from the above publication is in particular that the flow resistance and the hydraulic behavior of the throttle point formed by the annular gap depends very much on temperature fluctuations. This leads, for example, in very long injection times in which is lost by the coupler much stroke that, especially at low temperatures and correspondingly high viscosity of the hydraulic medium, the stroke loss in the injection pauses can not be fully compensated by refilling the hydraulic volume, or to the fact that at high temperatures the stroke loss is unfavorably fast, even with only a short load by the Aktorbetusch Inc, the stroke loss can not be fully compensated again in only short pauses in operation.
  • US 2002/139863 A1 discloses a fuel injector including a body having a longitudinal axis, a length-varying actuator, a closure member and a balance unit coupled to a second end of the actuator.
  • the balancing unit is provided to axially position the actuator with respect to the body of the fuel injector in response to temperature changes.
  • a first piston of the compensation unit is coupled to the first end of the actuator and has a first working surface, which forms a first fluid reservoir with an end element of the housing of the injection valve.
  • a second piston has a second outer surface and a second fluid reservoir is formed between the first working surface and the second working surface.
  • a communication passage connects the first and second fluid reservoirs to permit fluid to be selectively circulated between the first working surface of the first piston and a second surface of the first piston.
  • the fuel injection valve according to the invention with the features of the main claim has the advantage that the hydraulic medium, in addition to the annular gap, can be additionally replaced by the duct between the hydraulic volume and compensation space.
  • the hydraulic behavior of the coupler can be adjusted more easily, in particular for different temperature conditions.
  • the size or the cross section through which or which hydraulic medium is exchanged between the hydraulic volume and the compensation chamber can be kept constant over a large temperature band.
  • the coupler is more independent of temperature fluctuations in its hydraulic behavior.
  • a throttle opening is arranged in the duct, which clearly in cross section smaller than the duct.
  • the hydraulic behavior of the coupler can be further influenced advantageous.
  • the at least one duct has a check valve.
  • the refilling of the hydraulic volume from the expansion chamber can be completed in less time.
  • the hydraulic behavior of the coupler becomes even more independent of temperature fluctuations.
  • first coupler section forms a hollow cylindrical shape closed on one side into which the cylindrically shaped second coupler section at least partially engages and thereby forms the gap.
  • the coupler can be constructed in a particularly simple manner.
  • the coupler can be made more compact and easier.
  • the first flexible section at least partially limits the first compensation space.
  • the coupler can be particularly easy to build.
  • the coupler can thereby be better integrated into the actuation strand of the fuel injection valve, since, for example, the flexible section can easily be arranged on the coupler so that the flexible section does not lie in the actuation axis of the actuation strand.
  • the flexible section can be very easily manufactured and assembled.
  • the movements of the actuator module can be transferred directly to the coupler sections and the dynamic properties of the Fuel injector are only minimally negatively affected.
  • the gap, the hydraulic volume, the compensation chamber and the duct are completely filled with the, ideally made of an oil or a gel hydraulic medium.
  • a fuel injection valve 1 shown in an axial sectional representation in FIG. 1 is used in particular for the direct injection of fuel into a combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engine.
  • an interlocking upper housing part 4 and a coaxially arranged housing lower part 5 are a valve needle 8, an actuator 2, the internal bias is not shown, a nozzle body 6 and a hydraulic coupler 3 are arranged coaxially to each other.
  • the nozzle body 6 extends from the inside with its downstream end the downstream end of the housing base 5.
  • the valve needle 8, which in turn engages through the nozzle body 6 at the downstream end from the inside through a spray opening 12 has at its downstream end a valve closing body 7, which with a formed on the discharge-side end of the nozzle body 6 formed valve seat surface 13 to a sealing seat.
  • actuator 2 communicates with the valve needle 8 via an actuator head 10 and an intermediate piece 9, which passes through the upper housing part 4 in the region of the discharge end of the upper housing part 4 in operative connection.
  • the first spring element 21 is clamped between a shoulder 40 formed in the nozzle body 6 and a flange 26 arranged on the inflow side thereof and fixed to the valve needle 8.
  • the spring force of the first spring element 21 pulls the valve closing body 7 into the sealing seat in the case of the fuel injection valve 1 that opens outward in this exemplary embodiment.
  • the hydraulic coupler 3 essentially has a first coupler section 23 and a cylindrical second coupler section 24.
  • the first coupler section 23 forms a one-sided, introduced in the upper housing part 4, closed opening 41 into which the second coupler section 24 engages downstream.
  • One between the reason of Opening 41 and the opening 41 facing the end face of the second portion 24 befindliches hydraulic volume 36 is variable by the axial displacement of the second coupler portion 24 relative to the first coupler section 23.
  • the second coupler section 24 is guided in the first coupler section 23, or in the opening 41, with a clearance 32 which, for example, is between 2 and 10 micrometers and is generated by a gap 25.
  • the ratio of the minimum engagement depth of the second portion 24 to its diameter is selected so that the second portion 24 in the opening 41 can not tilt.
  • the actuator 2 On the upstream side of the actuator 2, the actuator 2 is connected via a plate-shaped, on the inflow side by a second stage 43 upwardly tapering Aktorfuß 11 with the downstream end of the second coupler section 24 in operative connection, the Aktorfuß 11 and the second coupler section 24 fixed for example, materially bonded, are connected.
  • the diameter of the Aktorfußes 11 is greater than that of the second coupler portion 24, wherein both components are arranged coaxially to each other.
  • a second spring element 20 designed as a spiral spring in this exemplary embodiment revolves around the second coupler section 24 in the region of its downstream end.
  • the second spring element 20 presses the actuator base 11 with a bias on the actuator 2, wherein the second spring element 20 is supported on the inflow side at a first stage 42 rotating around the opening 41 and on the second stage 43 downstream.
  • a corrugated tube-shaped, made of steel and elastic flexible portion 27 is disposed within the second spring element 20 in this embodiment.
  • the upstream end of the flexible section 27 is hermetically sealed in the region of the first step 42, for example by welding.
  • the downstream end of the flexible portion 27 is in the vicinity of the Aktorfußes 11th laterally hermetically sealed at the second coupler section 24, for example by welding.
  • the flexible section 27 closes off the gap 25 and, together with the region of the discharge-side end of the second coupler section 24, defines a compensation chamber 14.
  • the compensation chamber 14 is connected to the hydraulic volume 36 through the gap 25.
  • a conduit 15 is arranged, which in this embodiment consists of a centrally, along the longitudinal axis of the second coupler section 24 extending first bore 37, extending to the first bore 37 with a radial direction portion second bore 38 and a check valve 16 exists.
  • the second bore 38 opens into the first bore 37.
  • the check valve 16 is arranged, which prevents a return of hydraulic fluid from the hydraulic volume 36 into the compensation chamber 14 through the conduit 15.
  • the check valve 16 consists of a in this embodiment, the first bore 37 in the direction of compensation chamber 14 conically tapered cross-sectional constriction 17, resting in the closed state on the cross-sectional constriction 17 ball body 18 and a spherical body 18 with a bias against the cross-sectional constriction 17 third third spring element pressing 19th
  • the spherical body 18 is pressed by the at the bottom of the opening 41 supporting third spring element 19 so on the cross-sectional constriction 17, that the spherical body 18, the cross-sectional constriction hermetically seals in the closed state.
  • the compensation chamber 14, the gap 25, the duct 15 and the hydraulic volume 36 are completely with an oil-like, gas-free and filled with incompressible hydraulic fluid.
  • the flexible section 27 is diffusion-tight by the choice of materials and / or by a coating and acts on the hydraulic medium by its elasticity with a pressure.
  • the actuator 2 If the actuator 2 is energized via an electrical line, not shown, it expands quickly. Since the hydraulic medium can not drain off fast enough from the hydraulic volume 36 in the compensation chamber 14, the coupler 3 behaves very hard, whereby the length of the actuator 2 acts almost completely on the valve needle 8. The valve needle 8 is moved axially against the biasing force of the first spring element 21 in the discharge direction. As a result, the sealing seat opens and the fuel, which is supplied with pressure via the fuel channel 22, which is shown only in part, is sprayed via the injection opening 12 into the combustion chamber (not shown).
  • FIG. 2 shows a fragmentary schematic representation of a second example of a partial aspect of the fuel injection valve 1 according to the invention in the region of the coupler 3, similar to the exemplary embodiment from FIG. 1.
  • the duct 15 as inventive partial aspect of a first bore 37 and the second bore 38 connecting throttle opening 39, while the known from Fig. 1 check valve 16 is not shown. Due to the geometric design of the throttle bore 39, the behavior of the coupler 3 can be influenced, wherein the temperature-induced influences turn out much lower than in the gap formed as an annular gap 25.
  • the gap 25 is chosen as low as possible in this, as in the first embodiment to the hydraulic behavior of the coupler 3 as possible exclusively via the conduit 15, the throttle opening 39, and to influence the check valve 16.
  • the actuator 2 is supported on the hydraulic volume 36.
  • the hydraulic volume 36 is chambered as free as possible.
  • About the gap 25 can slowly, for a long time hydraulic fluid to flow and drain to compensate for temperature-induced changes in length, in particular of the actuator 2, with short-term actuation of the actuator 2, it comes through the coupler 3 to an unwanted stroke loss, which must be minimized.
  • the leakage through the relatively narrow gap 25 is highly dependent on the viscosity of the hydraulic medium and these in turn strongly dependent on temperature.
  • the leakage takes place through the gap 25 in the elastically chambered compensation chamber 14, through the flexible portion 27, which may for example also be designed as bellows.
  • the second spring element 20 ensures that the hydraulic volume 36 after the end of the injection, or after corresponding temperature-induced changes in length of components, is refilled.
  • the coupler 3 is a closed system, the hydraulic volume 36 follows slow temperature-induced changes in length and changes as little as possible during short-term load, or quickly refills.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and may, for. B. also be used for inward-opening fuel injectors.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Beispielsweise ist aus der DE 35 33 085 A1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor bekannt, welcher in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel steht. Die Ventilnadel weist an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper auf, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ein Koppler, welcher zum Ausgleich von Längenänderungen von Bauteilen des Brennstoffeinspritzventils, insbesondere von temperaturbedingten Längenänderungen des Aktors, dient, ist zuströmseitig des Aktormoduls angeordnet. Der Koppler weist zwei gegeneinander axial bewegliche Abschnitte auf, die ineinander greifen und dabei einen Ringspalt und ein Hydraulik-Volumen bilden. Der Ringspalt verbindet das Hydraulik-Volumen mit einem unter einem Vordruck stehenden Ausgleichsraum. Zum Ausgleich von Längenänderungen des Aktors wird das Hydraulikmedium zwischen dem Hydraulik-Volumen und dem Ausgleichsraum ausgetauscht, wobei der Ringspalt als Drosselstelle dient.
  • Nachteilig bei dem aus der oben genannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, dass der Strömungswiderstand und das hydraulische Verhalten der vom Ringspalt gebildeten Drosselstelle sehr stark von Temperaturschwankungen abhängt. Dies führt beispielsweise bei sehr langen Einspritzzeiten dazu, in denen durch den Koppler sehr viel Hub verloren wird, dass, insbesondere bei tiefen Temperaturen und entsprechend hoher Viskosität des Hydraulikmediums, der Hubverlust in den Einspritzpausen durch Rückbefüllung des Hydraulik-Volumens nicht vollständig ausgeglichen werden kann, bzw. dazu, dass bei hohen Temperaturen der Hubverlust unvorteilhaft schnell erfolgt, auch bei nur kurzer Belastung durch die Aktorbetätigung, wobei der Hubverlust in nur kurzen Betätigungspausen nicht wieder vollständig ausgeglichen werden kann.
  • US 2002/139863 A1 offenbart ein Brennstoffeinspritzventil, welches einen Körper mit einer Längsachse umfasst, einen sich in der Länge ändernden Aktor, ein Schließelement und eine Ausgleichseinheit, welche an ein zweites Ende des Aktuators gekoppelt ist. Die Ausgleichseinheit ist vorgesehen, um den Aktor hinsichtlich des Körpers des Brennstoffeinspritzventils in Reaktion auf Temperaturänderungen axial zu positionieren. Hierzu ist ein erster Kolben der Ausgleichseinheit an das erste Ende des Aktors gekoppelt und weist eine erste Arbeitsoberfläche auf, welche mit einem Endelement des Gehäuses des Einspritzventils ein erstes Fluidreservoir bildet. Ein zweiter Kolben weist eine zweite äußere Oberfläche auf und ein zweites Fluidreservoir ist zwischen der ersten Arbeitsoberfläche und der zweiten Arbeitsoberfläche gebildet. Ein Verbindungsdurchgang verbindet das erste und das zweite Fluidreservoir, um zu ermöglichen, dass Fluid selektiv zwischen der ersten Arbeitsoberfläche des ersten Kolbens und einer zweiten Fläche des ersten Kolbens zirkulieren werden kann.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Hydraulikmedium, außer über den Ringspalt, zusätzlich durch den Leitungskanal zwischen dem Hydraulik-Volumen und Ausgleichsraum ausgetauscht werden kann. Das hydraulische Verhalten des Kopplers lässt sich so, insbesondere für unterschiedliche Temperaturzustände, leichter einstellen. Die Größe bzw. der Querschnitt, durch welche bzw. welchen Hydraulikmedium zwischen dem Hydraulik-Volumen und dem Ausgleichsraum ausgetauscht werden, kann über ein großes Temperaturband konstant gehalten werden. Der Koppler wird in seinem hydraulischen Verhalten unabhängiger von Temperaturschwankungen.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist im Leitungskanal eine Drosselöffnung angeordnet, welche im Querschnitt deutlich kleiner ist als der Leitungskanal. Das hydraulische Verhalten des Kopplers kann dadurch weiter vorteilhaft beeinflußt werden.
  • In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils weist der zumindest eine Leitungskanal ein Rückschlagventil auf. Die Rückbefüllung des Hydraulik-Volumens aus dem Ausgleichsraum kann dadurch in noch kürzerer Zeit vollzogen werden. Das hydraulische Verhalten des Kopplers wird dadurch noch unabhängiger von Temperaturschwankungen.
  • Vorteilhaft ist es zudem, wenn der erste Koppler-Abschnitt eine einseitig geschlossene hohlzylindrische Form bildet in den der zylindrisch ausgebildete zweite Koppler-Abschnitt wenigstens teilweise eingreift und dabei den Spalt bildet. Der Koppler kann dadurch in besonders einfacher Weise aufgebaut werden.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, den Leitungskanal in zumindest einem der Koppler-Abschnitte anzuordnen. Der Koppler kann dadurch kompakter und einfacher aufgebaut werden.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der erste flexible Abschnitt den ersten Ausgleichsraum wenigstens teilweise begrenzt. Dadurch läßt sich der Koppler besonders einfach aufbauen.
  • Vorteilhaft ist es zudem, den flexiblen Abschnitt lochscheibenförmig auszubilden. Der Koppler kann dadurch besser in den Betätigungsstrang des Brennstoffeinspritzventils integriert werden, da beispielsweise der flexible Abschnitt leicht so am Koppler angeordnet werden kann, daß der flexible Abschnitt nicht in der Betätigungsachse des Betätigungsstrangs liegt. Der flexible Abschnitt läßt sich dadurch sehr einfach herstellen und montieren. Außerdem können die Bewegungen des Aktormoduls direkt auf die Koppler-Abschnitte übertragen werden und die dynamischen Eigenschaften des Brennstoffeinspritzventils werden nur minimal negativ beeinflußt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils sind der Spalt, das Hydraulik-Volumen, der Ausgleichsraum und der Leitungskanal vollständig mit dem, idealerweise aus einem Öl oder einem Gel bestehenden Hydraulikmedium, gefüllt.
    • Zeichnung
  • Beispiele mit Teilaspekten der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine vereinfachte schematische axiale Schnittdarstellung durch ein erstes Beispiel eines Brennstoffeinspritzventils mit einem erfindungsgemäßen Teilaspekt und
    Fig. 2
    eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Beispiels eines Brennstoffeinspritzventils mit einem erfindungsgemäßen Teilaspekt im Bereich des Kopplers.
    Beschreibung der Beispiele
  • Nachfolgend werden Beispiele mit teilaspekten der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in den Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
  • Ein in Fig. 1 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigtes Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
  • In jeweils einem ineinandergreifenden Gehäuseoberteil 4 und einem koaxial dazu angeordneten Gehäuseunterteil 5 sind eine Ventilnadel 8, ein Aktor 2, dessen interne Vorspannung nicht dargestellt ist, ein Düsenkörper 6 und ein hydraulischer Koppler 3 jeweils zueinander koaxial angeordnet. Der Düsenkörper 6 durchgreift von innen mit seinem abströmseitigen Ende das abströmseitige Ende des Gehäuseunterteils 5. Die Ventilnadel 8, welche wiederum den Düsenkörper 6 am abströmseitigen Ende von innen durch eine Abspritzöffnung 12 durchgreift, weist an ihrem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 7 auf, welcher mit einer am abspritzseitigen Ende des Düsenkörpers 6 ausgebildeten Ventilsitzfläche 13 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.
  • Der in der unteren Hälfte des Gehäuseoberteils 4 angeordnete Aktor 2 steht mit der Ventilnadel 8 über einen Aktorkopf 10 und ein Zwischenstück 9, welches das Gehäuseoberteil 4 im Bereich des abspritzseitigen Endes des Gehäuseoberteils 4 durchgreift, in Wirkverbindung.
  • Ein spiralförmiges, um die Ventilnadel 8 umlaufendes erstes Federelement 21 spannt die Ventilnadel 6 entgegen der Abspritzrichtung vor. Das erste Federelement 21 ist dabei zwischen einer im Düsenkörper 6 ausgebildeten Schulter 40 und einem zuströmseitig davon angeordneten, an der Ventilnadel 8 fixierten Flansch 26 eingespannt. Die Federkraft des ersten Federelements 21 zieht den Ventilschließkörper 7 bei dem in diesem Ausführungsbeispiel nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventil 1 in den Dichtsitz.
  • Der hydraulische Koppler 3 weist im wesentlichen einen ersten Koppler-Abschnitt 23 und einen zylinderförmigen zweiten Koppler-Abschnitt 24 auf. In diesem Ausführungsbeispiel bildet der erste Koppler-Abschnitt 23 eine einseitig, im Gehäuseoberteil 4 eingebrachte, geschlossene Öffnung 41, in die der zweite Koppler-Abschnitt 24 abströmseitig eingreift. Ein zwischen dem Grund der Öffnung 41 und der der Öffnung 41 zugewandten Stirnseite des zweiten Abschnitts 24 befindliches Hydraulik-Volumen 36, ist durch die axiale Verschiebbarkeit des zweiten Koppler-Abschnitts 24 gegenüber dem ersten Koppler Abschnitt 23 variierbar.
  • Der zweite Koppler-Abschnitt 24 ist im ersten Koppler-Abschnitt 23, bzw. in der Öffnung 41, mit einem Spiel 32, welches beispielsweise zwischen 2 und 10 Mikrometer beträgt und durch einen Spalt 25 erzeugt ist, geführt. Das Verhältnis der minimalen Eingreiftiefe des zweiten Abschnitts 24 zu seinem Durchmesser ist so gewählt, daß sich der zweite Abschnitt 24 in der Öffnung 41 nicht verkanten kann.
  • Zuströmseitig des Aktors 2 steht der Aktor 2 über einen plattenförmigen, sich zuströmseitig durch eine zweite Stufe 43 nach oben verjüngenden Aktorfuß 11 mit dem abströmseitigen Ende des zweiten Koppler-Abschnitts 24 in Wirkverbindung, wobei der Aktorfuß 11 und der zweite Koppler-Abschnitt 24 fest, beispielsweise stoffschlüssig, verbunden sind. Der Durchmesser des Aktorfußes 11 ist größer als die des zweiten Koppler-Abschnitts 24, wobei beide Bauteile zueinander koaxial angeordnet sind. Ein in diesem Ausführungsbeispiel als Spiralfeder ausgebildetes zweites Federelement 20 umläuft den zweiten Koppler-Abschnitt 24 im Bereich seines abströmseitigen Endes. Das zweite Federelement 20 drückt den Aktorfuß 11 mit einer Vorspannung auf den Aktor 2, wobei sich das zweite Federelement 20 zuströmseitig an einer um die Öffnung 41 umlaufenden ersten Stufe 42 und abströmseitig an der zweiten Stufe 43 abstützt.
  • Ein in diesem Ausführungsbeispiel wellrohrförmiger, aus Stahl bestehender und elastischer flexibler Abschnitt 27 ist innerhalb des zweiten Federelements 20 angeordnet. Das zuströmseitige Ende des flexiblen Abschnitts 27 ist im Bereich der ersten Stufe 42 hermetisch dicht, beispielsweise durch Schweißen, gefügt. Das abströmseitige Ende des flexiblen Abschnitts 27 ist in der Nähe des Aktorfußes 11 seitlich am zweiten Koppler-Abschnitt 24 hermetisch dicht, beispielsweise durch Schweißen gefügt. Der flexible Abschnitt 27 verschließt den Spalt 25 und begrenzt zusammen mit dem Bereich des abspritzseitigen Endes des zweiten Koppler-Abschnitts 24 einen Ausgleichsraum 14. Der Ausgleichsraum 14 ist durch den Spalt 25 mit dem Hydraulik-Volumen 36 verbunden.
  • Im zweiten Koppler-Abschnitt 24 ist ein Leitungskanal 15 angeordnet, welcher in diesem Ausführungsbeispiel aus einer mittig, entlang der Längsachse des zweiten Koppler-Abschnitts 24 verlaufende ersten Bohrung 37, einer zur ersten Bohrung 37 mit einem radialen Richtungsanteil verlaufenden zweiten Bohrung 38 und einem Rückschlagventil 16 besteht. Die zweite Bohrung 38 mündet in die erste Bohrung 37. Im Verlauf der ersten Bohrung 37 ist das Rückschlagventil 16 angeordnet, welche einen Rücklauf von Hydraulikmedium vom Hydraulik-Volumen 36 in den Ausgleichsraum 14 durch den Leitungskanal 15 verhindert. Das Rückschlagventil 16 besteht aus einer in diesem Ausführungsbeispiel die erste Bohrung 37 in Richtung Ausgleichsraum 14 konisch verjüngenden Querschnittsverengung 17, einem im geschlossenen Zustand auf der Querschnittsverengung 17 aufliegenden Kugelkörper 18 und einem den Kugelkörper 18 mit einer Vorspannung gegen die Querschnittsverengung 17 drückenden dritten Federelement 19. Der Kugelkörper 18 wird durch das sich am Boden der Öffnung 41 abstützende dritte Federelement 19 so auf die Querschnittsverengung 17 gedrückt, daß der Kugelkörper 18 die Querschnittsverengung 17 im geschlossenen Zustand hermetisch abdichtet. Durch die Vorspannung und die Federkennlinie des dritten Federelements 19, sowie die geometrischen Ausmaße von Kugelkörper 18 und die Querschnittsverengung 17 lassen sich die Öffnungs- und Schließbedingungen des Rückschlagventils 16 einstellen.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind der Ausgleichsraum 14, der Spalt 25, der Leitungskanal 15 und das Hydraulik-Volumen 36 vollständig mit einem ölartigen, gasfreien und inkompressiblen Hydraulikmedium gefüllt. Der flexible Abschnitt 27 ist durch die Auswahl der Materialien und/oder durch eine Beschichtung diffusionsdicht und beaufschlagt das Hydraulikmedium durch seine Elastizität mit einem Druck.
  • Wird der Aktor 2 über eine nicht dargestellte elektrische Leitung erregt, so dehnt er sich schnell aus. Da das Hydraulikmedium nicht schnell genug vom Hydraulik-Volumen 36 in den Ausgleichsraum 14 abfließen kann, verhält sich der Koppler 3 sehr hart, wodurch die Längenausdehnung des Aktors 2 fast vollständig auf die Ventilnadel 8 wirkt. Die Ventilnadel 8 wird entgegen der Vorspannkraft des ersten Federelements 21 axial in Abspritzrichtung bewegt. Dadurch öffnet der Dichtsitz und der über den nur teilweise dargestellten Brennstoffkanal 22 druckbehaftet zugeleitete Brennstoff wird über die Abspritzöffnung 12 in den nicht dargestellten Brennraum abgespritzt.
  • Langsame Längenänderungen des Aktors 2 werden durch den Austausch von Hydraulikmedium zwischen dem Hydraulik-Volumen 36 und dem Ausgleichsraum 14 ausgeglichen. Insbesondere bei über einen längeren Zeitraum stattfindenden Einspritzintervallen mit langandauernden Aktorerregungen, kommt es bei gewöhnlichen Kopplern zu einem Hubverlust, weil das Hydraulikmedium nicht genügend schnell während der Einspritzpausen vom Ausgleichsraum 14 durch den Spalt 25 in das Hydraulik-Volumen 36 zurückgeführt werden kann. Dies geschieht insbesondere in den Kaltstartphasen. Das Rückschlagventil 16 ist so eingestellt, daß es während solcher Phasen bzw. Zuständen für eine ausreichend schnelle Rückführung des Hydraulikmediums in das Hydraulik-Volumen 36 sorgt, gleichzeitig aber einen Hubverlust durch Austausch von Hydraulikmedium durch den Leitungskanal 15 während der Einspritzintervalle verhindert.
  • Fig. 2 zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Beispiels eines mit einem erfindungsgemäßen Teilaspekt Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Kopplers 3, ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1.
  • Ergänzend zum Beispiel aus Fig. 1, weist der Leitungskanal 15 als erfindungsgemäßer Teilaspekt eine die erste Bohrung 37 und die zweite Bohrung 38 verbindende Drosselöffnung 39 auf, während das aus Fig. 1 bekannte Rückschlagventil 16 nicht dargestellt ist. Durch die geometrische Gestaltung der Drosselbohrung 39 kann das Verhalten des Kopplers 3 beeinflußt werden, wobei die temperaturbedingten Einflüsse weitaus geringer ausfallen als bei dem als Ringspalt ausgebildeten Spalt 25. Der Spalt 25 ist in diesem, wie auch im ersten Ausführungsbeispiel möglichst gering gewählt, um das hydraulische Verhalten des Kopplers 3 möglichst ausschließlich über den Leitungskanal 15, die Drosselöffnung 39, bzw. das Rückschlagventil 16 zu beeinflussen.
  • Der Aktor 2 stützt sich auf dem Hydraulik-Volumen 36 ab. Das Hydraulik-Volumen 36 ist möglichst unbelastet gekammert. Über den Spalt 25 kann langsam, über längere Zeit Hydraulikmedium zu- und abfließen, um temperaturbedingte Längenänderungen, insbesondere des Aktors 2 auszugleichen, wobei bei kurzzeitiger Betätigung des Aktors 2 es durch den Koppler 3 zu einem unerwünschten Hubverlust kommt, der minimiert werden muß. Die Leckage durch den relativ engen Spalt 25 ist stark von der Viskosität des Hydraulikmediums abhängt und diese wiederum stark temperaturabhängig. Die Leckage erfolgt durch den Spalt 25 in den elastisch gekammerten Ausgleichsraum 14, durch den flexiblen Abschnitt 27, der beispielsweise auch als Wellbalg ausgeführt sein kann. Das zweite Federelement 20 sorgt dafür, daß das Hydraulik-Volumen 36 nach Ende der Einspritzung, bzw. nach entsprechenden temperaturbedingten Längenänderungen von Bauteilen, wieder befüllt wird. Der Koppler 3 ist ein geschlossenes System, dessen Hydraulik-Volumen 36 langsamen temperaturbedingten Längenänderungen folgt und bei kurzzeitiger Last sich möglichst wenig ändert, bzw. schnell wieder füllt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.

Claims (10)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrsichen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2), und einem mit dem Aktor (2) in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (7), der mit einer Ventilsitzfläche (13) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einem Koppler (3), der einen ersten Koppler-Abschnitt (23) und einen zweiten Koppler-Abschnitt (24) aufweist, wobei die beiden Koppler-Abschnitte (23, 24) gegeneinander beweglich sind und miteinander über ein in einem Hydraulik-Volumen (36) befindliches Hydraulikmedium in Wirkverbindung stehen, zumindest einer der Koppler-Abschnitte (23, 24) mit einem Spiel (32), das durch einen Spalt (25) erzeugt ist, geführt ist und das Hydraulik-Volumen (36) mit zumindest einem Ausgleichsraum (14) über den Spalt (25) in Verbindung steht, wobei
    ein baulich vom Spalt (25) getrennter Leitungskanal (15) das Hydraulik-Volumen (36) mit dem zumindest einen Ausgleichsraum (14) verbindet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Leitungskanal (15) in zumindest einem der Koppler-Abschnitte (23, 24) ausgebildet ist,
    dass der Leitungskanal (15) aus einer ersten Bohrung (37) und einer zweiten Bohrung (38) besteht, die über eine Drosselöffnung (39) verbunden sind, welche im Querschnitt deutlich kleiner ist als der übrige Querschnitt des Leitungskanals (15), und wobei im Verlauf der ersten Bohrung (37) ein Rückschlagventil (16) angeordnet ist.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Rückschlagventil (16) im Verlauf des Leitungskanals (15) angeordnet ist und eine Querschnittsverengung (17) aufweist, auf die ein Kugelkörper (18) durch ein Federelement (19) mit einer Vorspannung hydraulisch dichtend gedrückt wird.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, ,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Querschnittsverengung (17) den Leitungskanal (15) in Richtung auf den zumindest einen Ausgleichsraum (14) verengt.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Federelement (19) spiralförmig ausgebildet ist.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich das Federelement (19) am ersten Koppler-Abschnitt (23) abstützt.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Koppler-Abschnitt (23) eine einseitig geschlossene hohlzylindrische Form bildet, in den der zylindrisch ausgebildete zweite Koppler-Abschnitt (24) wenigstens teilweise eingreift und dabei den Spalt bildet.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein flexibler Abschnitt (27) den Ausgleichsraum (14) wenigstens teilweise begrenzt.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der flexible Abschnitt (27) lochscheibenförmig ausgebildet ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Spalt (25), der Ausgleichsraum (14), der Leitungskanal (15) und das Hydraulik-Volumen (36) vollständig mit dem Hydraulikmedium gefüllt sind.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Hydraulikmedium ein Öl oder Gel ist.
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