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EP1378657B1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil Download PDF

Info

Publication number
EP1378657B1
EP1378657B1 EP20030012487 EP03012487A EP1378657B1 EP 1378657 B1 EP1378657 B1 EP 1378657B1 EP 20030012487 EP20030012487 EP 20030012487 EP 03012487 A EP03012487 A EP 03012487A EP 1378657 B1 EP1378657 B1 EP 1378657B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel injection
injection valve
coupler
valve according
diaphragm
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
EP20030012487
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1378657A3 (de
EP1378657A2 (de
Inventor
Michael Huebel
Rene Deponte
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 EP1378657A2 publication Critical patent/EP1378657A2/de
Publication of EP1378657A3 publication Critical patent/EP1378657A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1378657B1 publication Critical patent/EP1378657B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • a hydraulic displacement transformer for a piezoelectric actuator in which a master piston and a slave piston are arranged in a common axis of symmetry and the hydraulic chamber is arranged between the two pistons.
  • a spring is arranged, which presses apart the master cylinder and the slave piston, wherein the master piston in the direction of the actuator and the slave piston are biased in a working direction to a valve needle.
  • this stroke movement is transmitted to the slave piston by the pressure of a hydraulic fluid in the hydraulic chamber, since the hydraulic fluid in the hydraulic chamber can not be compressed and only a small portion of the hydraulic fluid through annular gaps between the master piston and a guide bore and slave piston and a guide bore during the short period of a stroke can escape.
  • the path transformer automatically adjusts to length expansions and pressure-related expansions of a fuel injection valve.
  • a further disadvantage is that it can lead to cavitation of the fuel when the spring exerts a high clamping force on the master cylinder and the slave cylinder and the movement of the actuator takes place very quickly in its starting position.
  • the negative pressure forming in the hydraulic chamber can then lead to cavitation and the resulting damage to components.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the hydraulic coupler is sealed by a membrane, a corrugated tube seal, and an elastomeric membrane so that a coupler volume and a compensating volume are formed, which is filled with a high-viscosity hydraulic medium are.
  • the membrane sealing the actuator housing leads to the fact that the actuator housing is not subjected to high fuel pressures and thus remains free of forces.
  • the membrane is U-shaped and communicates with a flange and the master piston in connection.
  • the compensating volume may have two separate regions, which are separated by a further membrane.
  • a compensation hole for receiving coupler medium for example, between the diaphragm space and filled with hydraulic medium area of the compensation volume or between the fuel-filled area of the compensation volume and the fuel channel.
  • FIG. 1 a fuel injection valve 1 according to the prior art in its essential components for a better understanding of the invention briefly explained.
  • the fuel injection valve 1 is suitable as a fuel injection valve 1 for fuel injection systems for mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines for direct injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 in this case comprises a particular piezoelectric or magnetostrictive actuator 2, which is encapsulated in an actuator housing 3.
  • the actuator 2 is excited via an electrical connection 4, which is contacted by an electrical line 5.
  • the actuator 2 is supported on the downstream side of an actuating element 6, which is biased by a spring 7, which is supported on a housing shoulder 8, against the actuator 2.
  • the actuator housing 3 is provided with a suitable, in Fig. 1 seal not shown sealed against the fuel injector 1 flowing through the fuel. By sealing the actuator housing 3, the actuator 2 is protected against both mechanical and chemical influences.
  • the hydraulic coupler 10 Downstream of the actuating element 6, a hydraulic coupler 10 is arranged.
  • the hydraulic coupler 10 includes a master piston 11 and a slave piston 12 which are spaced from each other by a coupler gap 13.
  • the master piston 11 and the slave piston 12 are arranged in a guide sleeve 14.
  • the master piston 11 and the slave piston 12 may have the same or different cross-sectional areas to implement the stroke of the actuator 2 or translate in a ratio of up to 1: 3.
  • a further actuating body 15 is arranged, which cooperates with a valve needle 16.
  • the fuel injection valve 1 is formed in the present case as an outwardly opening fuel injection valve 1, wherein a valve closing body 17 cooperates with a valve seat surface 18, which is formed on a nozzle body 19, to a sealing seat.
  • the valve closing body 17 is formed at the downstream end of the valve needle 16.
  • a return spring 20, which is arranged in the nozzle body 19, ensures, when the actuator 2 is not actuated, that the fuel injection valve 1 is kept closed. After the actuation phase of the actuator 2, the return spring 20 continues to ensure that the valve closing body 17 is again used on the valve seat surface 18 and the fuel injection valve 1 is thereby closed.
  • the fuel is supplied via a central fuel supply 21 at an inlet end 22 of the fuel injection valve 1 and guided via fuel channels 23 to the hydraulic coupler 10 and to the sealing seat.
  • the fuel also serves as a coupling medium.
  • the actuator 2 is not subjected to high system pressure, whereby the sealing of the actuator 2 against the coupler medium, the provision of the master piston 11 when closing the fuel injector 1 and the provision of a compensation volume for displaced coupler medium by sufficient elasticity of the sealing corrugated pipe 9 is possible.
  • the hydraulic coupler 10 is formed as a whole unit and sealed by various sealing measures against the fuel.
  • the hydraulic coupler 10 is disposed through a thin-walled elastomeric membrane 30 defining a balance volume 31 between the elastomeric membrane 30 and a flange 32.
  • the compensating volume 31 communicates via a leakage gap 33 with a coupler volume 34 in the coupler gap 13 in connection.
  • the coupler medium is arranged through a steel diaphragm 35 which is arranged between the master piston 11 and the flange 32 and with the respective component preferably welded, sealed.
  • a corrugated tube 36 seals the coupler medium against the fuel pressure of up to 20 MPa and simultaneously serves as a return spring for the slave piston 12 during the closing phase of the fuel injection valve 1.
  • the corrugated tube 36 is welded to the slave piston 12 and a support member 37, which at the same time Guide for the slave piston 12 is used.
  • the elastomeric membrane 30 is sealed by a clamping sleeve 44 against the fuel.
  • the fuel is passed over fuel channels 23 on the hydraulic coupler 10 in the direction of sealing seat.
  • the actuator 2 Upon actuation of the actuator 2, this expands in the outflow direction and acts via the actuating element 6 on the master piston 11 of the hydraulic coupler 10 a.
  • the hydraulic medium transmits the rapid movement of the actuator 2 via the coupler gap 13 to the slave piston 12 and from there to the valve needle 16, whereby the valve closing body 17 lifts off from the valve seat surface 18 and fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. Due to the speed of movement of the actuator 2, the hydraulic medium behaves similar to a solid. During slow movements of the actuator 2, for example due to thermal influences, the hydraulic medium is displaced by the leakage gap 33 in the compensating volume 31, whereby an arbitrary opening of the fuel injection valve 1 is prevented.
  • Fig. 2B shows further possibilities for the design of the fuel injection valve 1 according to the invention.
  • the compensating volume 31 is provided with a corrugated elastomeric diaphragm 39, which divides the compensating volume 31 into a first region 40, in which the coupler medium is located, and a second region 41, in which fuel pressure is applied.
  • a compensation bore 43 is formed between the first region 40 of the compensation volume 31 filled with coupler medium and a membrane space 42, which is formed between the flange 32, the diaphragm 35 and the master piston 11 of the hydraulic coupler 10 the now no longer existing leakage gap 33 takes over.
  • Advantage of this embodiment is the ability to produce the flange 32 in one piece with the support member 37, for example by turning cost.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments and also for any other construction of fuel injection valves 1, in particular interior-opening fuel injection valves suitable.

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 wirkt der Aktor auf einen Geberkolben, der mit einer Hydraulikkammer verbunden ist. Über die Druckerhöhung in der Hydraulikkammer wird ein Nehmerkolben bewegt, der eine anzutreibende, zu positionierende Masse bewegt. Diese anzutreibende Masse ist beispielsweise eine Ventilnadel eines Brennstoffeinspritzventils. Die Hydraulikkammer ist dabei mit einem Hydraulikfluid gefüllt. Bei einer Ausdehnung des Aktors und Kompression des Hydraulikfluids in der Hydraulikkammer fließt ein kleiner Teil des Hydraulikfluids mit einer definierten Leckrate ab. In der Ruhephase des Aktors wird dieses Hydraulikfluid ergänzt.
  • Aus der DE 195 00 706 A1 ist ein hydraulischer Wegtransformator für einen piezoelektrischen Aktor bekannt, bei dem ein Geberkolben und ein Nehmerkolben in einer gemeinsamen Symmetrieachse angeordnet sind und die Hydraulikkammer zwischen den beiden Kolben angeordnet ist. In der Hydraulikkammer ist eine Feder angeordnet, die den Geberzylinder und den Nehmerkolben auseinander drückt, wobei der Geberkolben in Richtung des Aktors und der Nehmerkolben in einer Arbeitsrichtung zu einer Ventilnadel hin vorgespannt werden. 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 Ringspalte zwischen Geberkolben und einer Führungsbohrung und Nehmerkolben und einer Führungsbohrung während des kurzen Zeitraumes eines Hubes entweichen kann.
  • In der Ruhephase, wenn der Aktor keine Druckkraft auf den Geberzylinder ausübt, werden durch die Feder der Geberkolben und der Nehmerkolben auseinander gedrückt. Durch den entstehenden Unterdruck dringt über die Ringspalte das Hydraulikfluid in die Hydraulikkammer ein und füllt diese wieder auf. Dadurch stellt der Wegtransformator sich automatisch auf Längenausdehnungen und druckbedingte Dehnungen eines Brennstoffeinspritzventils ein.
  • Weitere Ausführungen von hydraulischen Koppeln in Brennstoffeinspritzventilen mit piezoelektrischen Aktoren sind in der US 4 858 439 und der DE 198 13 983 beschrieben.
  • Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß während eines Entlastungszeitraumes, in dem in der Hydraulikkammer kein hoher Druck herrscht, das Hydraulikfluid verdampfen kann. Ein Gas ist jedoch kompressibel und baut erst bei einer starken Volumenverringerung einen entsprechend hohen Druck auf. Der Geberzylinder kann nun in seine Führungsbohrung gedrückt werden, ohne daß es zu einer Kraftübertragung auf den Geberkolben kommt.
  • Diese Gefahr besteht insbesondere bei einem Brennstoffeinspritzventil, das zur Einspritzung von Benzin als Brennstoff dient, wenn das Benzin zugleich als Hydraulikfluid dient. Nochmals erhöht wird diese Gefahr bei einem direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzventil für Benzin nach dem Abstellen einer heißen Brennkraftmaschine. Das Brennstoffeinspritzsystem verliert nun seinen Druck. Es kommt besonders leicht zum Verdampfen des Benzins. Bei einem erneuten Startversuch der Brennkraftmaschine kann dies dazu führen, daß die Hubbewegung des Aktors nicht mehr auf eine Ventilnadel übertragen wird und das Brennstoffeinspritzventil nicht funktioniert.
  • Weiterhin ist nachteilig, daß es zu einer Kavitation des Brennstoffs kommen kann, wenn die Feder eine hohe Spannkraft auf den Geberzylinder und den Nehmerzylinder ausübt und die Bewegung des Aktors in seine Ausgangslage sehr rasch erfolgt. Der sich in der Hydraulikkammer bildende Unterdruck kann dann zur Kavitation und den hieraus folgenden Schäden an Bauteilen führen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der hydraulische Koppler über eine Membran, eine Wellrohrdichtung, und eine Elastomer-Membran so abgedichtet ist, daß ein Kopplervolumen und ein Ausgleichsvolumen gebildet werden, welche mit einem hochviskosen Hydraulikmedium gefüllt sind. Dadurch wird einerseits die Kavitationsneigung durch das Hydraulikmedium verringert. Andererseits führt die das Aktorgehäuse dichtende Membran dazu, daß das Aktorgehäuse nicht mit hohen Brennstoffdrücken beaufschlagt wird und somit kräftefrei bleibt.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • Vorteilhafterweise ist die Membran U-förmig ausgebildet und steht mit einem Flansch sowie dem Geberkolben in Verbindung.
  • Weiterhin ist von Vorteil, daß ein Membranraum abströmseitig der Membran zur weiteren Aufnahme von Kopplermedium zur Verfügung steht.
  • In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Ausgleichsvolumen zwei getrennte Bereiche aufweisen, die durch eine weitere Membran voneinander getrennt sind.
  • Von Vorteil sind dabei verschiedene Möglichkeiten zur Anbringung einer Ausgleichsbohrung zur Aufnahme von Kopplermedium, beispielsweise zwischen dem Membranraum und dem mit Hydraulikmedium gefüllten Bereich des Ausgleichsvolumens oder zwischen dem mit Brennstoff gefüllten Bereich des Ausgleichsvolumens und dem Brennstoffkanal.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Gesamtdarstellung eines Brennstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik,
    Fig. 2A
    eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1, und
    Fig. 2B
    eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich II in Fig. 1.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Bevor anhand der Fig. 2A und 2B bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden, wird anhand von Fig. 1 ein Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand der Technik in seinen wesentlichen Bauteilen zum besseren Verständnis der Erfindung kurz erläutert.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist dabei als Brennstoffeinspritzventil 1 für Brennstoffeinspritzanlagen für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine geeignet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt dabei einen insbesondere piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor 2, welcher in einem Aktorgehäuse 3 gekapselt ist. Der Aktor 2 wird über einen elektrischen Anschluß 4, welcher durch eine elektrische Leitung 5 kontaktiert wird, angeregt. Der Aktor 2 stützt sich abströmseitig an einem Betätigungselement 6 ab, welches mittels einer Feder 7, welche sich an einer Gehäuseschulter 8 abstützt, gegen den Aktor 2 vorgespannt wird. Das Aktorgehäuse 3 ist mit einer geeigneten, in Fig. 1 nicht weiter dargestellten Dichtung gegen den das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoff abgedichtet. Durch die Abdichtung des Aktorgehäuses 3 ist der Aktor 2 sowohl gegen mechanische wie auch chemische Einflüsse geschützt.
  • Abströmseitig des Betätigungselements 6 ist ein hydraulischer Koppler 10 angeordnet. Der hydraulische Koppler 10 umfaßt einen Geberkolben 11 und einen Nehmerkolben 12, welche durch einen Kopplerspalt 13 voneinander beabstandet sind. Der Geberkolben 11 und der Nehmerkolben 12 sind in einer Führungshülse 14 angeordnet. Der Geberkolben 11 und der Nehmerkolben 12 können dabei gleiche oder unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen, um den Hub des Aktors 2 umzusetzen oder in einem Verhältnis von bis zu 1:3 zu übersetzen.
  • Abströmseitig des hydraulischen Kopplers 10 ist ein weiterer Betätigungskörper 15 angeordnet, welcher mit einer Ventilnadel 16 zusammenwirkt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist im vorliegenden Fall als nach außen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet, wobei ein Ventilschließkörper 17 mit einer Ventilsitzfläche 18, welche an einem Düsenkörper 19 ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Der Ventilschließkörper 17 ist dabei am abströmseitigen Ende der Ventilnadel 16 ausgebildet. Eine Rückstellfeder 20, welche in dem Düsenkörper 19 angeordnet ist, sorgt bei nicht angesteuertem Aktor 2 dafür, daß das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen gehalten wird. Nach der Ansteuerungsphase des Aktors 2 sorgt die Rückstellfeder 20 weiterhin dafür, daß der Ventilschließkörper 17 wieder an die Ventilsitzfläche 18 herangezogen und das Brennstoffeinspritzventil 1 dadurch geschlossen wird.
  • Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 21 an einem zulaufseitigen Ende 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 zugeführt und über Brennstoffkanäle 23 zum hydraulischen Koppler 10 und zum Dichtsitz geführt. Im beschriebenen Brennstoffeinspritzventil 1 dient der Brennstoff auch als Kopplermedium.
  • Nachfolgend werden anhand der Fig. 2A und 2B bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Gleiche Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. In den Fig. 2A und 2B ist jeweils der in Fig. 1 mit II bezeichnete Ausschnitt dargestellt.
  • Wie bereits weiter oben erwähnt, ist die Verwendung von Brennstoff als Kopplermedium mit einer erhöhten Kavitationsgefahr durch die Druckabsenkung im Kopplerraum während der Wiederbefüllungsphase verbunden. Dies ist insbesondere bei höheren Betriebstemperaturen kritisch, weil Funktionsstörungen bei der Hubübertragung auftreten können. Weiterhin sind zur Begrenzung der Leckageströme bei Verwendung von Brennstoff als Kopplermedium sehr enge Spaltmaße erforderlich. Die dadurch geforderten geringen Fertigungstoleranzen führen zu hohen Herstellungskosten.
  • Im Gegensatz dazu ist bei den im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventilen 1 ein höher viskoses Fremdmedium als hydraulisches Kopplermedium vorgesehen. Dies führt zu geringeren Toleranzanforderungen für die Führungen des Geberkolbens 11 und des Nehmerkolbens 12. Weiterhin ist die Kavitationsgefahr bei einem höher viskosen Hydraulikmedium mit niedrigem Dampfdruck geringer. Bereits bekannte Maßnahmen wie Hubübersetzung zur Verwendung eines kurzen, kostengünstigeren piezoelektrischen Aktors 2 sowie die konstruktive Ausführung als Gesamtbauteil und die infolgedessen einfache Vormontage sind in einfacher Weise umsetzbar.
  • Weiterhin ist konstruktionsbedingt der Aktor 2 nicht mit hohem Systemdruck beaufschlagt, wodurch die Abdichtung des Aktors 2 gegen das Kopplermedium, die Rückstellung des Geberkolbens 11 beim Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 sowie die Bereitstellung eines Ausgleichsvolumens für verdrängtes Kopplermedium durch ausreichende Elastizität des abdichtenden Wellrohrs 9 möglich ist.
  • Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, ein Fremdmedium als Kopplermedium einzusetzen, welches unabhängig vom Brennstoff ist. Der hydraulische Koppler 10 ist dabei als Gesamteinheit ausgebildet und durch verschiedene Abdichtungsmaßnahmen gegen den Brennstoff abgedichtet. Der hydraulische Koppler 10 ist durch eine dünnwandige Elastomer-Membran 30 angeordnet, welches ein Ausgleichsvolumen 31 zwischen der Elastomer-Membran 30 und einem Flansch 32 definiert. Das Ausgleichsvolumen 31 steht über einen Leckagespalt 33 mit einem Kopplervolumen 34 im Kopplerspalt 13 in Verbindung. Zuströmseitig wird das Kopplermedium durch eine StahlMembran 35, welche zwischen dem Geberkolben 11 und dem Flansch 32 angeordnet und mit dem jeweiligen Bauteil vorzugsweise verschweißt ist, abgedichtet. Ein Wellrohr 36 dichtet das Kopplermedium gegenüber dem Brennstoffdruck von bis zu 20 MPa ab und dient dabei gleichzeitig als Rückstellfeder für den Nehmerkolben 12 während der Schließphase des Brennstoffeinspritzventils 1. Das Wellrohr 36 ist dabei mit dem Nehmerkolben 12 sowie einem Stützbauteil 37 verschweißt, welches gleichzeitig als Führung für den Nehmerkolben 12 dient. Die Elastomer-Membran 30 ist über eine Klemmhülse 44 gegen den Brennstoff abgedichtet. Der Brennstoff wird über Brennstoffkanäle 23 am hydraulischen Koppler 10 vorbei in Richtung Dichtsitz geleitet.
  • Bei Betätigung des Aktors 2 dehnt dieser sich in Abströmrichtung aus und wirkt über das Betätigungselement 6 auf den Geberkolben 11 des hydraulischen Kopplers 10 ein. Das Hydraulikmedium überträgt die schnelle Bewegung des Aktors 2 über den Kopplerspalt 13 auf den Nehmerkolben 12 und von dort auf die Ventilnadel 16, wodurch der Ventilschließkörper 17 von der Ventilsitzfläche 18 abhebt und Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bedingt durch die Schnelligkeit der Bewegung des Aktors 2 verhält sich das Hydraulikmedium ähnlich wie ein Festkörper. Bei langsamen Bewegungen des Aktors 2 beispielsweise durch thermische Einflüsse wird das Hydraulikmedium durch den Leckagespalt 33 in das Ausgleichsvolumen 31 verdrängt, wodurch ein willkürliches Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 verhindert wird.
  • Fig. 2B zeigt weitere Möglichkeiten zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.
  • Dabei ist das Ausgleichsvolumen 31 mit einer wellrohrförmigen Elastomer-Membran 39 versehen, welche das Ausgleichsvolumen 31 in einen ersten Bereich 40, in welchem sich Kopplermedium befindet, und einen zweiten Bereich 41, in welchem Brennstoffdruck anliegt, aufteilt.
  • Verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten des erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 sehen dabei folgendes vor:
  • In einer ersten Variante ist zwischen dem ersten, mit Kopplermedium gefüllten Bereich 40 des Ausgleichsvolumens 31 und einem Membranraum 42, welcher zwischen dem Flansch 32, der Membran 35 und dem Geberkolben 11 des hydraulischen Kopplers 10 ausgebildet ist, eine Ausgleichsbohrung 43 ausgebildet, welche die Funktion des nunmehr nicht mehr vorhandenen Leckagespalts 33 übernimmt.
  • Vorteil dieser Ausführungsvariante ist die Möglichkeit, den Flansch 32 einstückig mit dem Stützbauteil 37 beispielsweise durch Drehen kostengünstig herzustellen.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch für beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1, insbesondere innen öffnende Brennstoffeinspritzventile, geeignet.

Claims (12)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Brennstoffeinspritzventil (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (2), der über einen hydraulischen Koppler (10) einen Ventilschließkörper (17) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (18) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei der hydraulische Koppler (10) einen Geberkolben (11) und einen Nehmerkolben (12) aufweist, die durch einen Kopplerspalt (13) voneinander beabstandet sind,
    wobei der hydraulische Koppler (10) mit einer Membran (35), welche mit dem Geberkolben (11) verbunden ist, und einer Dichtung (36), die mit dem Nehmerkolben (12) verbunden ist, ein Kopplervolumen (34) und ein Ausgleichsvolumen (31) abschließt, welche mit einem Kopplermedium gefüllt sind, wobei die Membran (35) mit einem Flansch (32) in Verbindung steht
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Flansch (32) und ein Stützbauteil (37) in einer Elastomer-Membran (30) angeordnet und mit dieser verbunden sind.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Membran (35) U-förmig ausgebildet ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwischen dem Flansch (32), der Membran (35) und dem Geberkolben (11) ein Membranraum (42) ausgebildet ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Membranraum (42) über einen zwischen dem Flansch (32) und dem Geberkolben ausgebildeten Leckagespalt (45) mit dem Kopplervolumen (34) des Kopplerspalts (13) in Verbindung steht.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Elastomer-Membran (30) mittels eines Dichtrings (38) gegen ein Gehäusebauteil (45) abgedichtet ist.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ausgleichsvolumen (31) über einen Leckagespalt (33) zwischen dem Flansch (32) und dem Stützbauteil (37) mit dem Kopplervolumen (34) in Verbindung steht.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ausgleichsvolumen (31) einen ersten Bereich (40) und einen zweiten Bereich (41) aufweist.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bereiche (40; 41) durch eine wellrohrförmige Elastomer-Membran (39) voneinander getrennt sind.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der erste Bereich (40) mit Hydraulikmedium gefüllt ist.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der zweite Bereich (41) mit Brennstoff gefüllt ist.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Membranraum (42) der Membran (35) mittels einer Ausgleichsbohrung (43) mit dem ersten Bereich (40) in Verbindung steht.
  12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kopplermedium hochviskos ist.
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