EP1454053A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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EP1454053A1
EP1454053A1 EP02774434A EP02774434A EP1454053A1 EP 1454053 A1 EP1454053 A1 EP 1454053A1 EP 02774434 A EP02774434 A EP 02774434A EP 02774434 A EP02774434 A EP 02774434A EP 1454053 A1 EP1454053 A1 EP 1454053A1
Authority
EP
European Patent Office
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fuel injection
injection valve
hydraulic fluid
valve according
compensation chamber
Prior art date
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EP02774434A
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English (en)
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EP1454053B1 (de
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Uwe Liskow
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1454053A1 publication Critical patent/EP1454053A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1454053B1 publication Critical patent/EP1454053B1/de
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    • 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
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    • 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
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    • 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
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • An arrangement for an adaptive mechanical tolerance compensation acting in the stroke direction for a path transformer of a piezoelectric actuator for a fuel injector is known from EP 0 477 400 A1.
  • the actuator acts on a master piston, which is connected to a hydraulic chamber, and a slave piston is moved via the pressure increase in the hydraulic chamber, which moves a mass to be driven, to be positioned.
  • This mass to be driven is, for example, a valve needle of a fuel injector.
  • the hydraulic chamber is filled with a hydraulic fluid. When the actuator is deflected and the hydraulic fluid is compressed in the hydraulic chamber, a small part of the hydraulic fluid flows off at a defined leak rate. This hydraulic fluid is supplemented in the resting phase of the actuator.
  • a hydraulic displacement transformer for a piezoelectric actuator of a ' fuel injector is known, which is arranged between the actuator and a valve needle of the fuel injector.
  • a master piston and a slave piston are in A common axis of symmetry is arranged and a hydraulic chamber is arranged between the two pistons.
  • a spring is arranged in the hydraulic chamber, which presses the master cylinder and the slave piston apart, the master piston being biased in the direction of the actuator and the slave piston in one working direction towards 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 cannot be compressed and only a small proportion of the hydraulic fluid is produced by annular gaps between the master piston and a guide bore and Slave piston and a guide hole can escape during the short period of a stroke.
  • the actuator In the idle phase, when the actuator does not exert any pressure on the master cylinder, the spring pushes the master piston and the slave piston apart and the resulting negative pressure penetrates the hydraulic fluid into the hydraulic chamber through the annular gaps and refills it.
  • the displacement transformer automatically adjusts to linear expansion and expansion of a fuel injector due to pressure.
  • a disadvantage of this prior art • that the path transformer is strongly heated by the waste heat of an internal combustion engine.
  • the displacement transformer is arranged in a region of the fuel injection valve which, when the fuel injection valve is mounted, is located deep in a mounting hole and thus close to the combustion chamber. Evaporation of the fuel can occur in the idle phases of the actuator and thus a failure of the fuel injector, since the evaporated fuel can be compressed and the valve needle is not opened as a result.
  • the fuel injection valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the compensation chamber is close to a fuel distribution line and away from the side of the fuel injection valve that comes into contact with a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the invention advantageously has
  • Fuel injection valve therefore in the range of
  • Compensation chamber compared to the prior art at a lower temperature. It is also advantageous that a larger construction volume is available for forming the compensation chamber.
  • a chamber spring is arranged on the compensating side of the pressure piston and exerts a pre-tensioning force on the pressure piston, which pushes the pressure piston out of the compensation chamber or a guide bore of the pressure piston connected to the compensation chamber.
  • the chamber spring can be a diaphragm spring, a plate spring or a coil spring
  • Actuator does not apply pressure to the pressure piston.
  • Chamber spring is rather the pressure piston against the movable and slidably mounted actuator, which is pushed towards the valve needle until it rests against it.
  • the resulting increase in volume of the compensation chamber creates a vacuum and hydraulic fluid flows into the compensation chamber via the hydraulic fluid inlet until the vacuum is equalized. This compensates for the loss of hydraulic fluid during the working phase of the actuator and the resulting overpressure. Changes in length of the housing and the transmission path from the valve needle through the actuator to the support of the actuator are thus compensated for, since the actuator is supported on the pressure piston, which always advances to the maximum extent in the direction of the valve needle.
  • the compensation chamber can also be supplied with a hydraulic fluid which is at a higher pressure than the pressure of the fuel on the actuator side of the pressure piston.
  • a force is exerted on the pressure piston without the need for a chamber spring during the rest phase of the actuator, which pushes the pressure piston and with it the floating actuator up to the stop against the valve needle.
  • This also compensates for the leakage losses during the working phase of the actuator and compensates for the changes in length of the housing or the changes in length of the actuator and the valve needle due to the heating and the fuel pressure during the resting phases of the actuator.
  • the hydraulic fluid inlet can have an inlet throttle, which allows only a small part of the compensation chamber volume of hydraulic fluid to flow back during the actuation of the actuator.
  • the hydraulic fluid inlet can have a check valve and thereby enable particularly rapid filling during the rest phases. If the check valve is designed as a quickly responding check valve, backflow losses during the operating phase of the actuator can be effectively prevented.
  • the hydraulic fluid inlet is a controllable inlet valve which is closed in the non-activated state.
  • the compensation chamber can be filled very quickly by a control pulse during the rest phase, since such a feed valve can open up a large cross section.
  • the compensation chamber advantageously has a hydraulic fluid drain with an outlet throttle. Just as with the hydraulic fluid inflow, the loss during the actuation phase of the actuator and the pressure increase that arises as a result is only slight, but a constant flushing out of the compensation chamber can take place during the rest phase of the actuator and advantageously cooling of the compensation chamber.
  • the compensation chamber has a hydraulic fluid drain with a controllable drain valve, which is closed in a preferred embodiment in the non-controlled state. This enables a particularly large cross-section and increased flushing during the resting phase.
  • the hydraulic fluid drain of the compensation chamber can alternatively have a pressure relief valve.
  • Pressure relief valve can during the rest phase of the
  • Flushing can be achieved.
  • a Design of the pressure relief valve in such a way that the response inertia of the pressure relief valve is greater than the duration of a working phase of the actuator hydraulic fluid losses during the working phase can be minimized.
  • the hydraulic fluid drain is arranged in the compensation chamber at the highest point in the installed position of the fuel injection valve. This will remove any gas bubbles that may be present during the flushing.
  • the fuel injector can be guaranteed to function. Gas bubbles that can arise from evaporated fuel and, due to their compressibility, prevent pressure build-up in the compensation chamber, are safe and. quickly removed.
  • the compensation chamber can be filled with fuel, or alternatively can be connected to an oil circuit of the internal combustion engine.
  • Fig. 1 shows a schematic section through a first embodiment of a fuel injector according to the invention
  • Fig. 2 shows a schematic section through a second embodiment of a fuel injector according to the invention.
  • Fig. 1 shows cal atic in section and a schematic diagram of a fuel injector 1. It is a fuel injector 1 with an outwardly opening valve needle 2, which is connected to a valve closing body 3.
  • a valve seat support 5 formed or built in one piece with a valve body 4 has a valve seat surface 6 which forms a sealing seat 7 with the valve closing body 3.
  • the valve needle 2 has a spring stop 8 against which the valve spring 9 is supported. At its second end, the valve spring 9 bears against a guide sleeve 10 for the valve needle 2.
  • the valve spring 9 exerts a prestress on the valve needle 2 via the spring stop 8, which presses the valve closing body 3 against the sealing seat 6.
  • An actuator 11 is connected to an actuator plunger 13 guided in a cutting disc 12. Current can be supplied to the actuator 11 via connecting lines 14. At its end facing away from the sealing seat 6, the actuator 11 is connected to a pressure piston 15, which seals a compensation chamber 17 against the valve body 4 by means of an elastic seal 16.
  • the . interconnected and interacting unit consisting of actuator tappet 13, actuator 11 and pressure piston 15 is movably and floatingly supported by the separating disc 12 via the actuator tappet 13 and the elastic seal 16 via the pressure piston 15 in the longitudinal axis of the fuel injection valve 1.
  • Fuel as hydraulic fluid is continuously supplied to the compensation chamber 17 via a fuel inlet 19 and an inlet throttle 20. A small amount of fuel also flows out continuously via an outlet throttle 21 and a fuel outlet 22.
  • Fuel also flows to the sealing seat 6 via the fuel inlet 19 and inlet bores 23a, 23b and 23c.
  • the actuator 11 If the actuator 11 is energized via the connecting lines 14, it expands in length and searches . to press the pressure piston 15 into the compensation chamber 17. Since the Fuel contained in the compensation chamber 17 is only compressible as a liquid to a small extent and the inlet throttle 20 and the outlet throttle 21 have small diameters, for example approx. 20 ⁇ m, only small amounts of fuel can escape and a high pressure quickly forms in the compensation chamber 17 , against which the pressure piston 15 is supported. As a result, the valve spring 9 is subjected to an opening force at the other end of the actuator 11 via the actuator tappet 13 and the valve needle 2 is actuated with the valve closing body 3, so that the valve closing body 3 lifts off from the sealing seat 6.
  • valve spring 9 moves the valve needle 2 back to its starting position.
  • chamber spring 18 exerts a compressive force on the pressure piston 15, which holds the actuator 11 with the actuator tappet 13 in contact with the spring stop 8 of the valve needle 2.
  • the actuator 11 is set by the spring forces without play between the hydraulic cushion and the valve needle. Fuel flows into the compensation chamber 17 via the inlet throttle 20 until it is completely filled with fuel again. If there is a change in length of the valve body 4 or of the actuator 11 due to the heating, the actuator 11 with the actuator tappet 13 and the pressure piston 15 always shifts in the longitudinal direction of the fuel injector 1 until it abuts the spring stop 8 of the valve needle 2 is applied.
  • a check valve can also be arranged instead of the inlet throttle 20, which releases a large flow cross-section when there is negative pressure in the compensation chamber 17.
  • a pressure limiting valve can be arranged instead of the outlet throttle 21, which because of its inertia does not respond during the short actuation phase of the actuator 11, but opens at a certain adjustable excess pressure in the compensation chamber 17 and releases a large outlet cross section.
  • FIG. 2 shows a further favorable embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention.
  • the valve closing body 3 is in operative connection with the valve needle 2 and forms a sealing seat 6 with the valve sealing seat surface 6 on the valve seat section 5, which is formed on the valve body 4.
  • the valve needle 2 guided in the guide sleeve 10 becomes via the valve spring 9 and the valve spring stop 8 pulled with its valve closing body 3 in the sealing seat 6.
  • the actuator 11 is connected to the latter and can be energized via the connecting lines 14. Via the fuel feed 19 and the feed bores 23a, 23b and 23c fuel is supplied to the sealing seat 6.
  • the chamber spring 18 is arranged.
  • the compensation chamber 17 is supplied with oil as hydraulic fluid. This oil can flow off via a further switching valve 27 and an oil drain 28.
  • the switching valves 26, 27 can advantageously release large flow cross sections. After switching off the current supply to the actuator 11, the compensating chamber can be quickly refilled through a large inlet cross section through the switching valve 26 of the oil inlet 25. Likewise, the oil drain 28 can be released and its extent controllable by a switching valve 27, and flushing and cooling of the compensation chamber 17 can be achieved. In the same way, after starting, as well as during operation, the formation of bubbles can be prevented. This danger is further reduced by using the medium oil as a hydraulic fluid.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (11), der über eine Ventilnadel (2) einen an der Ventilnadel (2) angeordneten Ventilschliesskorper (3) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz (7) zusammenwirkt, weist eine hydraulischen Ausgleichskammer (17) auf. Ein Druckkolben (15) wirkt mit der Ausgleichskammer (17) zusammen, die über einen Hydraulikfluidzulauf (25) mit Hydraulikfluid befüllt wird. Der Aktor (11) ist zwischen Druckkolben (15) und Ventilnadel (2) angeordnet und in der Achse der Ventilnadel (2) und des Druckkolbens (15) verschiebbar.

Description

Brennstof einspritzventi1
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der EP 0 477 400 AI ist eine Anordnung für einen in Hubrichtung wirkenden, adaptiven mechanischen Toleranz- ausgleich für einen Wegtransforiαator eines piezoelektrischen' Aktors für ein Brennstoffeinspritzventil bekannt. Dabei wirkt der Aktor auf einen Geberkolben, der mit einer Hydraulikkammer verbunden ist, und 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 Brennstoffeinpritzventils . Die Hydraulikkammer ist dabei mit einem Hydraulikfluid gefüllt. Bei einer Auslenkung des Aktors und Kompression des Hydraulikfluids in der Hydraulikkammer fließ 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 AI ist ein hydraulischer Wegtransformator für einen piezoelektrischen Aktor eines' Brennstoffeinspritzventils bekannt, der zwischen dem Aktor und einer Ventilnadel des Brennstoffeinspritzventils angeordnet ist. Ein Geberkolben und ein Nehmerkolben sind in einer gemeinsamen Symmetrieachse angeordnet und eine Hydraulikkammer ist zwischen den beiden Kolben angeordnet. 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 eingeringer 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 und 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.
Nachteilig an diesem Stand der Technik • ist, daß der Wegtransformator durch die Abwärme einer Brennkraftmaschine stark erwärmt wird. Der Wegtransformator ist in einem Bereich des Brennstoffeinspritzventils angeordnet, der bei dem montierten Brennstoffeinspritzventil tief in einer Montagebohrung und somit nahe am Brennraum liegt. Es kann in den Ruhephasen des Aktors zu einem Verdampfen des Brennstoffs kommen und somit zu einem Ausfall des Brennstoffeinspritzventils, da sich der verdampfte Brennstoff komprimieren läßt und dadurch die Ventilnadel nicht geöffnet wird.
Insbesondere besteht diese Gefahr nach dem Abstellen einer heißen Brennkraftmaschine. Das Brennstoffeinspritzsystem n
J verliert nun seinen Druck . Es kommt besonders leicht zum Verdampfen des Brennstoffs . Bei einem erneuten Startversuch der Brennkraftmaschine kann dies dazu ■ führen, daß die Hubbewegung des Aktors nicht mehr auf eine Ventilnadel übertragen wird und das Brennstof feinsprit zventil nicht funktioniert .
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstof feinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil , daß die Ausgleichskammer nahe an einer Brennstoffverteilerleitung liegt und entfernt von der Seite des Brennstof feinspritzventils , die mit einem Brennraum einer Brennkraftmaschine in Kontakt kommt . Vorteilhaft weist das erfindungsgemäße
Brennstof feinspritzventil daher im Bereich der
Ausgleichskammer gegenüber dem Stand der Technik eine niedri gere Temperatur auf . Weiterhin ist vorteilhaft , daß ein größeres Bauvolumen zur Ausbildung der Ausgleichskammer zur Verfügung steht .
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstof feinspritzventil möglich .
In günstiger Aus führungs form ist eine Kammerfeder auf der Ausgl eichska merseite des Druckkolbens angeordnet und übt auf den Druckkolben eine Vor Spannkraft aus , die den Druckkolben aus der Ausgleichskammer oder einer mit der Ausgleichskammer in Verbindung stehenden Führungsbohrung des Druckkolbens herausdrückt . Die Kammerfeder kann eine Membranfeder , eine Tellerfeder oder eine Schraubenfeder
Während der Ruhephase , in der an dem magnetostriktiven oder pie zoelektrischen Aktor keine Spannung anliegt, übt der
Aktor auf den Druckkolben keinen Druck aus . Durch di e
Kammerfeder wird vielmehr der Druckkolben gegen den beweglichen und verschiebbar gelagerten Aktor gedrückt, der soweit in Richtung Ventilnadel vorgeschoben wird, bis er an dieser anliegt. Durch die dabei bedingte Volumenvergrößerung der Ausgleichskammer entsteht ein Unterdruck und über den Hydraulikfluidzulauf strömt Hydraulikfluid in die Ausgleichskammer nach, bis der Unterdruck ausgeglichen wird. Somit wird der Verlust an Hydraulikfluid während der- Arbeitsphase des Aktors und den dadurch bedingten Überdruck ausgeglichen. Längenänderungen des Gehäuse und des Ubertragungsweges von Ventilnadel über Aktor bis zu der Abstützung des Aktors werden somit ausgeglichen, da die Abstützung des Aktors an dem Druckkolben erfolgt, der sich stets bis zum maximalen Maß in Richtung der Ventilnadel vorschiebt .
Bei einer günstigen Ausführungsform kann der Ausgleichskammer auch ein Hydraulikfluid zugeführt werden, das unter einem höheren Druck wie der Druck des Brennstoffs auf der Aktorseite des Druckkolbens steht.
Vorteilhaft wird dadurch auf den Druckkolben, ohne daß es einer Kammerfeder bedarf, eine Kraft während' der Ruhephasen- des Aktors ausgeübt, die den Druckkolben und mit ihm den schwimmend gelagerten Aktor bis auf Anschlag an die -Ventilnadel schiebt. Dadurch erfolgt ebenfalls ein Ausgleich der Leckageverluste während der Arbeitsphase des Aktors und ein Ausgleich der Längenänderungen des Gehäuses bzw. der Längenänderungen des Aktors und der Ventilnadel aufgrund der Erwärmung und des Brennstoffdruckes während der Ruhephasen des Aktors.
Der Hydraulikfluidzulauf kann eine Zulaufdrossel aufweisen, die nur einen geringen Teil des Ausgleichskammervolumens an Hydraulikfluid während der Betätigung des Aktors zurückströmen läßt .
Während der kurzen Betätigungsphase des Aktors kann dadurch nur wenig Hydraulikfluid abfließen und zurückströmen, aber während der langen Ruhephase des - Aktors genügend Hydraulikfluid nachströmen, um einen Spielausgleich sicherzustellen und die Ausgleichskammer stets aufzufüllen.
Der Hydraulikfluidzulauf kann ein Rückschlagventil aufweisen und dadurch ein besonders schnelles Auffüllen während der Ruhephasen ermöglichen. Wenn das Rückschlagventil als schnell ansprechendes Rückschlagventil ausgelegt ist, können Rückströmverluste während der Arbeitsphase des Aktors wirksam verhindert werden.
Der Hydraulikfluidzulauf ist in günstiger Ausführungsform ein ansteuerbares Zulaufventil, das in nicht angesteuerten Zustand geschlossen ist.
Vorteilhaft kann durch einen Ansteuerungsimpuls während der Ruhephase die Ausgleichskammer sehr schnell aufgefüllt werden, da ein solches Zulaufventil einen großen Querschnitt freigeben kann.
Vorteilhaft weist die Ausgleichskammer einen Hydraulikfluidablauf mit einer Ablaufdrossel auf. Ebenso wie bei dem Hydraulikfluidzufluß ist der Verlust während der Ansteuerungsphase des Aktors und die dadurch entstehende Druckerhöhung nur gering, jedoch kann während der Ruhephase des Aktors ein stetiges Durchspülen der Ausgleichskammer erfolgen und vorteilhaft eine Kühlung der Ausgleichskammer.
Alternativ weist die Ausgleichskammer einen Hydraulikfluidablauf mit einem ansteuerbaren Ablaufventil auf, das im nicht angesteuerten Zustand in bevorzugter Ausführungsform geschlossen ist. Dadurch kann ein besonders großer Querschnitt und eine erhöhte Durchspülung während der Ruhephase erreicht werden.
Der Hydraulikfluidabfluß der Ausgleichskammer kann alternativ ein Druckbegrenzungsventil aufweisen. Durch eine
Druckerhöhung über dem Begrenzungsdruck des
Druckbegrenzungsventils kann während der Ruhephase des
Aktors eine Durchspülung erreicht werden. Durch eine Auslegung des Druckbegrenzungsventils derart, daß die Ansprechträgheit des Druckbegrenzungsventils größer ist, als die Zeitdauer einer Arbeitsphase des Aktors, können Hydraulikfluidverluste während der Arbeitsphase minimiert werden.
In einer günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils ist der Hydraulikfluidablauf in der Ausgleichskammer an der in Einbaulage des Brennstoffeinspritzventils höchstgelegensten Stelle angeordnet. Dadurch werden beim Durchspülen eventuell vorhandene Gasblasen entfernt. Insbesondere beim Start einer zuvor in heißem Betriebszustand abgestellten Brennkraftmaschine kann ein Funktionieren des Brennstoffeinspritzventils sichergestellt werden. Gasblasen die durch verdampften Brennstoff entstehen können und aufgrund ihrer Kompressibilität einen Druckaufbau in der Ausgleichskammer verhindern, werden sicher und. schnell' entfernt .
Die Ausgleichskammer kann mit Brennstoff befüllt werden, oder auch alternativ mit einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Fig. 1 zeigt sche atisch im Schnitt und als Prinzipskizze ein Brennstoffeinspritzventil 1. Dabei handelt es sich um ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einer nach außen öffnenden Ventilnadel 2, die mit einem Ventilschließkörper 3 verbunden ist. Ein mit einem Ventilkörper 4 einstückig ausgeformter oder gebauter Ventilsitzträger 5 weist eine Ventilsitzfläche 6 auf, die mit dem Ventilschließkörper 3 einen Dichtsitz 7 bildet. Die Ventilnadel 2 weist einen Federanschlag 8 auf, gegen den sich die Ventilfeder 9 abstützt. An ihrem zweiten Ende liegt die Ventilfeder 9 an einer Führungshülse 10 für die Ventilnadel 2 an. Die Ventilfeder 9 übt über den Federanschlag 8 auf die Ventilnadel 2 eine Vorspannung aus, die den Ventilschließkörper 3 gegen den Dichtsitz 6 drückt.
Ein Aktor 11 ist mit einem in einer Trennscheibe 12 geführten Aktorstößel 13 verbunden. Über Anschlußileitungen 14 kann dem Aktor 11 Strom zugeführt werden. An seinem dem Dichtsitz 6 abgewandten Ende ist der Aktor 11 mit einem Druckkolben 15 verbunden, der durch eine elastische Dichtung 16 gegenüber dem Ventilkörper 4 eine Ausgleichs ka mer 17 abdichtet. Die . miteinander verbundene und zusammenwirkende Einheit aus Aktorstößel 13, Aktor 11 und Druckkolben 15 ist durch die Trennscheibe 12 über den Aktorstößel 13 sowie die elastische Dichtung 16 über den Druckkolben 15 in der Längsachse des Brennstoffeinspritzventils 1 beweglich und schwimmend gelagert. Über einen BrennstoffZulauf 19 und eine Zulaufdrossel 20 wird der Ausgleichskammer 17 kontinuierlich Brennstoff als Hydraulikfluid zugeführt. Über eine Abflaufdrossel 21 und einen Brennstoffablauf 22 fließt ebenso kontinuierlich eine geringfügige Menge Brennstoff ab.
Ebenfalls über den BrennstoffZulauf 19 und Zulaufbohrungen 23a, 23b und 23c fließt Brennstoff zu dem Dichtsitz 6.
Wenn der Aktor 11 über die Anschlußleitungen 14 bestromt wird, dehnt er sich in seiner Länge aus und sucht . den Druckkolben 15 in die Ausgleichskammer 17 zu drücken. Da der in der Ausgleichskammer 17 enthaltene Brennstoff als Flüssigkeit nur in geringem Maße kompressibel ist und die Zulaufdrossel 20 sowie die Ablaufdrossel 21 geringe Durchmesser aufweisen, beispielsweise ca. 20 μm, können nur geringe Mengen Brennstoff entweichen und es bildet sich schnell ein hoher Druck in der Ausgleichskammer 17, gegen den der Druckkolben 15 sich abstützt. Dadurch wird die Ventilfeder 9 am anderen Ende des Aktors 11 über den Aktorstößel 13 mit einer Öffnungskraft beaufschlagt und die Ventilnadel 2 mit dem Ventilschließkörper 3 betätigt, so daß der Ventilschließkörper 3 von dem Dichtsitz 6 abhebt. Nach dem Abschalten des Stromes bewegt die Ventilfeder 9 die Ventilnadel 2 zurück in ihre Ausgangslage. Zugleich übt die Kammerfeder 18 auf den Druckkolben 15 eine Druckkraft aus,' die den Aktor 11 mit dem Aktorstößel 13 an dem Federanschlag 8 der Ventilnadel 2 in Anlage hält. Der Aktor 11 wird durch die Federkräfte spielfrei zwischen Hydraulikpolster und Ventilnadel eingestellt. Über die Zulaufdrossel 20 fließt dabei Brennstoff in die Ausgleichskammer 17 nach, bis diese wieder vollständig mit Brennstoff gefüllt ist. Wenn es zu Längenänderungen des Ventilkörpers 4 oder des Aktors 11 aufgrund der Erwärmung kommt, so verschiebt sich folglich der Aktor 11 mit Aktorstößel 13 und Druckkolben 15 in der Längsrichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 stets so lange, bis er in Anlage an dem Federanschlag 8 der Ventilnadel 2 anliegt.
Da auch während der Ruhephase des Aktors 11, in der der Aktor 11 nicht ' über die Anschlußleitungen 14 bestromt ist,' stets Brennstoff durch die Ausgleichskammer 17 hindurchfließt, wird diese Ausgleichskammer 17 gekühlt. Weiterhin ist von Vorteil, daß bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil 1 keine Teile eines Kopplers dynamisch bewegt werden müssen, da nur eine statische Abstützkraft über den Druckkolben 15 auf die Ausgleichskammer' 17 ausgeübt wird. Das Ansprechverhalten des Brennstoffeinspritzventils 1 wird somit verbessert . Wenn der Brennstoffablauf 22 so angeordnet wird, daß eine Ausmündung 24 an der höchsten Stelle in der Einbaulage des Brennstoffeinspritzventils 1 an einer hier -nicht dargestellten Brennkraftmaschine' liegt, so werden eventuell entstehende Gasblasen aus der Ausgleichskammer 17 wirksam entfernt. Insbesondere wird dadurch nach dem Abstellen einer heißen Brennkraftmaschine verhindert, daß beim Wiederstart in der Ausgleichskammer 17 verdampfter Brennstoff eine Gasblase bildet, da bei Einsetzen der Brennstoffzufuhr über die Zulaufdrossel 20 solche Gasblasen entfernt werden und in den Brennstoffablauf 22 gedrückt werden. Es kann nicht dazu kommen, daß der Druckkolben 15 in der Ausgleichskammer 17 aufgrund Kompression von Gasblasen keinen Druck aufbauen kann und somit die Ventilnadel 2 nicht öffnet.
Alternativ kann anstelle der Zulaufdrossel 20 auch ein Rückschlagventil angeordnet sein, das bei Unterdruck in der Ausgleichskammer 17 einen großen Strömungsquerschnitt freigibt. Ebenfalls alternativ kann anstelle der Ablaufdrossel 21 ein Druckbegrenzungsventil angeordnet sein, das aufgrund seiner Trägheit während der kurzen Betätigungsphase des Aktors 11 nicht anspricht, jedoch bei einem bestimmten einstellbaren Überdruck in der Ausgleichskammer 17 öffnet und einen großen Ablaufquerschnitt freigibt.
Fig. 2 zeigt eine weitere günstige Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1. Mit der Fig. 1 übereinstimmende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Ventilschließkörper 3 steht mit der Ventilnadel 2 in Wirkverbindung und bildet mit der Ventildichtsitzflache 6 an dem Ventilsitzabschnitt 5, der an dem Ventilkörper 4 ausgebildet ist, einen Dichtsitz 6. Über die Ventilfeder 9 und den Ventilfederanschlag 8 wird die in der Führungshülse 10 geführte Ventilnadel 2 mit ihrem Ventilschließkörper 3 in den Dichtsitz 6 gezogen. Zwischen dem in der Trennscheibe 12 geführten Aktorstößel 13 und dem von der elastischen Dichtung 16 gehaltenen Druckkolben 15 ist mit diesen verbunden der Aktor 11 angeordnet, der über die Anschlußleitungen 14 bestromt _ werden kann. Über den BrennstoffZulauf 19 und die -Zufuhrbohrungen 23a, 23b und 23c wird dem Dichtsitz 6 Brennstoff zugeführt. In der Ausgleichs ammer 17 ist die Kammerfeder 18 angeordnet.
Über einen mit dem Olkreislauf der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbundenen Ölzulauf 25, der ein Schaltventil 26 aufweist, wird der Ausgleichskammer 17 Öl als Hydraulikfluid zugeführt. Über ein weiteres Schaltventil 27 und einen Ölablauf 28 kann dieses Öl abfließen.
Vorteilhaft können die Schaltventile 26, 27 große- Strömungsquerschnitte freigeben. Nach dem Abschalten der Bestromung des Aktors 11 kann durch das Ξchaltventil 26 des Olzulaufs 25 rasch die Ausgleichskammer durch einen großen Zulaufquerschnitt wieder aufgefüllt werden. Ebenso kann zugleich und in ihrem Ausmaß steuerbar durch ein Schaltventil 27 der Ölablauf 28 freigegeben werden und ein Durchspülen und Kühlen der Ausgleichskammer 17 erreicht werden. In gleicher Weise kann nach dem Start, wie auch während des Betriebes, verhindert werden, daß eine Blasenbildung auftritt. Diese Gefahr wird zusätzlich durch die Verwendung des Mediums Öl als Hydraulikfluid verringert.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brenn- kraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (11), der über eine Ventilnadel (2) einen an der Ventilnadel (2) angeordneten Ventilschließkörper (3) betätigt, der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz (7) zusammenwirkt, mit einer hydraulischen Ausgleichskammer (17), mit der ein Druckkolben (15) zusammenwirkt und die über einen Hydraulikfluidzulauf (19; 25) mit Hydraulikfluid befüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (11) zwischen Druckkolben (15) und Ventilnadel (2) angeordnet ist und in der Achse der Ventilnadel (2) und des Druckkolbens (15) verschiebbar ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ka merfeder (18) auf der Seite der Ausgleichkammer (17) des Druckkolbens (15) angeordnet ist und auf den Druckkolben (15) eine Vorspannkraft ausübt, die den Druckkolben (15) aus der Ausgleichkammer (17) herausdrückt.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerfeαer eine Membranfeder ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerfeder eine Tellerfeder ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerfeder (18) eine Schraubenfeder ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikfluid unter einem höheren Druck als der
Druck des Brennstoffs auf der Seite des Aktors (11) des
Druckkolbens (15) zugeführt wird.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikfluidzulauf (19) eine Zulaufdrossel (20) aufweist, die nur einen geringen Teil des Volumens der Ausgleichkammer (17) während der Betätigung des Aktors (11) zurückströmen läßt.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikfluidzulauf ein Rückschlagventil aufweist.
9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikfluidzulauf (19) ein ansteuerbares
Zulaufventil (26) aufweist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das ansteuerbare Zulaufventil (26) in nicht angesteuertem Zustand geschlossen ist.
11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskammer (17) einen Hydraulikfluidablauf (22) mit einer Ablaufdrossel (21) aufweist.
12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskammer (17) einen Hydraulikfluidablauf (28) mit einem ansteuerbaren Ablaufventil (27) aufweist.
13. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß , das ansteuerbare Ablaufventil (27) in nicht angesteuertem Zustand geschlossen ist.
14. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskammer (17) einen Hydraulikfluidablauf mit einem Druckbegrenzungsventil aufweist.
15. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikfluidablauf (22; 28) in der Ausgleichkammer (17) an der in Einbaulage des Brennstoffeinspritzventils (1) höchstgelegensten Stelle angeordnet ist.
16. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichkammer (17) mit Brennstoff befüllt wird.
17. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichkammer (17) über den Hydraulikfluidzulauf (25) mit einem Olkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden
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