EP1491760A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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EP1491760A1
EP1491760A1 EP04009262A EP04009262A EP1491760A1 EP 1491760 A1 EP1491760 A1 EP 1491760A1 EP 04009262 A EP04009262 A EP 04009262A EP 04009262 A EP04009262 A EP 04009262A EP 1491760 A1 EP1491760 A1 EP 1491760A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
injection valve
fuel injection
valve according
actuator
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.)
Granted
Application number
EP04009262A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1491760B1 (de
Inventor
Dietmar Schmieder
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1491760A1 publication Critical patent/EP1491760A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1491760B1 publication Critical patent/EP1491760B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F02M61/04—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

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector according to the preamble of the main claim.
  • a fuel injection valve with an actuation line with an actuator, a valve needle, a hydraulic conversion device and a return spring that actuate a valve closing body is known.
  • the conversion device is used to convert a small actuator stroke to a larger valve needle stroke and to compensate for different, temperature-related changes in length of components.
  • the corrugated tubular design of the flexible sections is intended to prevent the flexible sections subjected to fuel pressure on one side from exerting axial forces on the actuating strand.
  • a disadvantage of this known prior art is that the flexible sections acting as a seal are very have to be elaborately manufactured in order to achieve a satisfactory fatigue strength. In order to withstand the radially acting forces of the fuel pressure, however, they must also have a corresponding radial rigidity. This radial stiffness further increases the manufacturing effort and the manufacturing costs and has a disadvantageous effect on the valve dynamics due to the accompanying axial stiffness. The space of such seals and the surface area exposed to the fuel pressure is increased.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it is possible to dispense with disadvantageously large, error-prone flexible sections or seals which have a negative effect on the valve dynamics and are expensive to produce.
  • the manufacturing cost of the fuel injector is significantly reduced, the size can be reduced without functional losses and the reliability of the fuel injector is increased.
  • the forces of the fuel pressure acting in opposite axial directions can advantageously be used to support or take over functional processes in the fuel injector.
  • a spring element that only prestresses the actuator which, for example, runs around the actuator as a tubular spring, can be dimensioned with a lower pretensioning force or can be omitted entirely.
  • the actuator module can thus be assembled and assembled more easily.
  • the actuation train has a hydraulic coupler to compensate for temperature-related changes in length of the actuator and / or other components and / or to convert the stroke, the coupler being arranged on the inflow side of the actuator in a further development.
  • the fuel injector can be designed in a particularly reliable and simple manner.
  • the coupler cylinder can be arranged in a particularly simple manner, for example in the valve housing.
  • the hydraulic coupler has an equalization space, a leakage gap and a membrane space, the leakage gap connecting the equalization space with the membrane space, the hydraulic coupler is constructed in a particularly simple manner.
  • the hydraulic coupler is advantageously completely filled with a hydraulic medium and a third flexible section separates or seals the hydraulic medium from fuel.
  • the coupler can in particular be made more durable and reliable, since the properties of the hydraulic medium can be chosen largely independently of the choice of fuel. In this way, for example, the viscosity and the lubricating properties of the hydraulic medium can be freely selected.
  • the third flexible section is advantageously designed in such a way that it largely transmits the fuel pressure applied to it on one side to the hydraulic medium.
  • the fuel pressure can thus be used in a particularly simple and advantageous manner to keep the compensation space filled with hydraulic medium.
  • the flexible sections have a perforated plate shape and are essentially U-shaped in cross section. The flexibility will thereby increased, the flexible sections can be joined more easily and are easy to manufacture.
  • the fuel injector can be manufactured in a particularly compact manner.
  • the individual flexible sections are advantageously connected to the actuating strand via flanges.
  • the flexible sections can be connected to the actuating strand in a particularly simple manner. In particular, this increases the safety and durability of the joint between the flexible sections and the actuating strand, as well as the ease of installation of the flexible sections.
  • the first flexible section and the second flexible section are advantageously arranged in such a way that the fuel pressure acting directly and indirectly on the valve closing body is canceled out by force in the axial direction of the actuation line.
  • the spring force of a biasing spring acting on the actuating strand can be selected to be significantly smaller. Due to the reduced spring force of the biasing spring acting counter to the confirmation direction of the actuator, a smaller and less expensive actuator can be used. The power requirement of the actuator is reduced and the heat development in the actuator and in the control unit is reduced.
  • the coupler Due to the reduced spring force acting on the coupler, the coupler can very quickly compensate for temperature-related linear expansions in cold start phases, in which the valve opening times are usually extended, which also enables cold start phases with reduced fuel pressure.
  • the fuel injection valve 1 according to the invention shown schematically in FIG. 1 is particularly suitable as a fuel injection valve 1 for fuel injection systems for mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engines for the direct injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the fuel injection valve 1 comprises in particular a piezoelectric, magnetostrictive or electrostrictive actuator 2, which is arranged in an actuator module 22.
  • the actuator 2 or the actuator module 22 is part of a confirmation line, which in this exemplary embodiment also has a hydraulic coupler 3 arranged on the inflow side of the actuator module 22 and a valve needle 4 arranged on the outflow side of the actuator module 22.
  • the actuator module 22, the hydraulic coupler 3 and the valve needle 4 are arranged coaxially in a valve housing 6.
  • the valve housing 6 has at its downstream end a nozzle body 5 through which the valve needle 4 coaxially grips and at its downstream end a valve seat body 10 formed integrally with the nozzle body 5 and having a spray opening 7 is arranged.
  • a valve seat surface 9 formed on the valve seat body 10 interacts with a valve closing body 8 formed on the spray-side end of the valve needle 4 to form a sealing seat.
  • the fuel injection valve 1 opens to the outside.
  • the valve housing 6 On the inflow side, the valve housing 6 has an upper valve part 33.
  • the upper valve part 33 lies hermetically sealed on the inflow end of the valve housing 6 with a first shoulder 34, is integrally joined to the valve housing 6 there, for example, and engages with the outflow end of the valve housing 6.
  • the leakage gap 24 connects a compensating chamber 31 formed at the top between the coupler cylinder 23 and the compensating piston 21 and a diaphragm chamber 32 oriented at the bottom towards the actuator module 22.
  • the diaphragm chamber 32 is closed or sealed on the downstream side by a third flexible section 28.
  • the membrane-like and perforated plate-shaped third flexible section 28 is hermetically sealed in the region of the outer circumference with the downstream end of the valve upper part 33 engaging in the actuator housing 6 below a diameter-reducing second shoulder 35, for example by welding or other material-fitting joining methods.
  • the third flexible section 28 is hermetically sealed and integrally joined to the compensating piston 21, which tapers towards the actuator module 22 and penetrates the third flexible section 28.
  • the third flexible section 28 which is made of steel or a steel government, has a U-shaped or undulating profile in cross section. The third flexible section 28 is thereby not subjected to tension, but advantageously to bending.
  • the coupler cylinder 23, the compensating piston 21, the compensating chamber 31, the leakage gap 24 and the membrane chamber 32 form the hydraulic coupler 3 in this exemplary embodiment.
  • the hydraulic coupler 3, or the compensating chamber 31, the leakage gap 24 and the membrane chamber 32 are completely one Hydraulic medium 30 filled.
  • the hydraulic medium 30 is a highly heat-conducting and highly viscous oil.
  • the electrical connection 15 extends further in the valve housing 6 in order to enter the actuator module 22 at the same level.
  • a perforated plate-shaped, essentially U-shaped cross-section and made of steel is made of steel and its outer circumference is integrally and hermetically sealed with its outer circumference.
  • the latter is cohesively and hermetically sealed on the upper side of a third flange 29, which surrounds the end of the compensating piston 21 tapering in diameter.
  • the downstream flange of the third flange 29 engages in a conical recess 27 arranged in the top of the actuator module 22 in an actuator foot 13, with which it is ideally in constant contact.
  • An annular groove 36 belonging to the first fuel channel 17 is arranged directly below the second shoulder 35 and above the outer circumference of the third flexible section 28.
  • the fuel injector 1 is in operation the space between the first flexible section 25 and the third flexible section 28 is completely filled with fuel via the first fuel channel 17.
  • the fuel presses on one side of each of the first flexible section 25 and third flexible section 28.
  • Fuel pressure in this way acts on the hydraulic medium 30 that is softer, in particular thinner, than the first flexible section 25 on the hydraulic medium 30
  • Fuel pressure prevailing in the third flexible section 28 and the first flexible section 25 also acts on the first flexible section 25 such that the actuator module 22 is loaded from above via the third flange 29 on the actuator foot 13 with a prestress acting in the spraying direction.
  • valve needle 4 is biased against the spray direction by a biasing spring 11 which engages the valve needle 4 via a second flange 20.
  • the valve closing body 8 is thereby pulled into the sealing seat and the conically shaped, upstream end of the valve needle 4 is pressed into a second recess 37 arranged in an actuator head 12.
  • a first flange 19 is integrally connected to the valve needle 4, for example by welding.
  • a second flexible section 26 is integrally and hermetically sealed to the underside of the first flange 19. In the area of the outer circumference of the second flexible section 26, the latter is connected to the nozzle body 5 in a cohesive and hermetically sealed manner.
  • the second flexible section 26 can also be joined to the valve housing 6 in the region of its outer circumference. Coming under pressure in the second fuel channel 18 in the valve housing 6 from the actuator module 22 and the biasing spring 11, the fuel, coming from below, is flushed around the biasing spring 11 and the second flange 20 to the second flexible section 26. The one-sided on the second Flexible section 26 acting fuel pressure presses the valve needle 4 in the axial direction towards the actuator module 22 against the spray direction via the first flange 19.
  • a spring element 14 belonging to the actuator module 22 tensions the actuator foot 13 against the actuator head 12, so that the actuator 2 is under prestress.
  • the actuator 2 If the actuator 2 is excited via the electrical connection 15, it expands in the axial direction and acts on the compensating piston 21 via the actuator foot 13. Due to the speed of the movement of the actuator 2 and the relatively narrow leakage gap 24, the hydraulic medium 30 behaves similarly to a solid body. The changes in length of the actuator 2 can thereby be almost completely transferred to the valve needle 4, whereby the valve closing body 8 lifts off the valve seat surface 9 and fuel is injected into the combustion chamber, not shown, of the internal combustion engine, not shown. When the actuator 2 moves slowly, for example as a result of thermal influences, the hydraulic medium 30 is displaced into the membrane space 32 through the leakage gap 24, as a result of which an arbitrary opening of the fuel injection valve 1 is prevented.
  • the first flexible section 25 and the second flexible section 26 are dimensioned and arranged such that the forces of the fuel pressure acting axially, centrally and directly on the valve closing body 8 essentially cancel each other out.
  • the fuel injection valve 1 can thereby be operated at different fuel pressures without, for example, the spring force of the biasing spring 11 having to be designed adaptively by means of complex measures.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of a fuel injection valve 1 according to the invention in the region of the actuator head 12, similar to the first exemplary embodiment from FIG. 1
  • the third flexible section 28 used in the first exemplary embodiment There is no difference in the third flexible section 28 used in the first exemplary embodiment.
  • the fuel guided through the first fuel channel 17 and the annular groove 36 fills the hydraulic coupler 3 in this exemplary embodiment, with the result that the hydraulic medium 30 consists of fuel.
  • the structure of the fuel injector 1 is simplified.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown and is also suitable for any other construction of fuel injection valves 1, in particular fuel injection valves opening inwards.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Betätigungsstrang (2), weist einen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2) auf, der mit einem Ventilschließkörper (8) in Wirkverbindung steht. Der Ventilschließkörper (8) wirkt mit einer Ventilsitzfläche (9) zu einem Dichtsitz zusammen. Zumindest ein erster einseitig von Brennstoff mit Brennstoffdruck beaufschlagter flexibler Abschnitt (25) ist zuströmseitig des Aktors (2) und zumindest ein zweiter von Brennstoff einseitig mit Brennstoffdruck beaufschlagter flexibler Abschnitt (26) ist abströmseitig des Aktors (2) angeordnet. Der erste flexible Abschnitt (25) und der zweite flexible Abschnitt (26) sind so angeordnet, daß die flexiblen Abschnitte (25, 26) bzw. der auf die flexiblen Abschnitte (25, 26) wirkende Brennstoffdruck auf den Aktor (2) bzw. den Betätigungsstrang (2) entgegengesetzte axiale Kräfte ausüben. <IMAGE>

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Aus der DE 199 54 537 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem Betätigungsstrang mit einem Aktor, einer Ventilnadel, einer hydraulische Umsetzeinrichtung und einer Rückstellfeder, die einen Ventilschließkörper betätigen, bekannt. Die Umsetzeinrichtung dient der Umsetzung eines kleinen Aktorhubs auf einen größeren Ventilnadelhub und zum Ausgleich von unterschiedlichen, temperaturbedingten Längenänderungen von Bauteilen. Abströmseitig und zuströmseitig des Aktors ist jeweils zumindest ein flexibler Abschnitt angeordnet, der Relativbewegungen der Ventilnadel gegenüber dem Aktor oder anderen Bauteilen ausgleicht und Brennstoff vom Aktor fernhält. Durch die wellrohrförmige Ausbildung der flexiblen Abschnitte soll verhindert werden, daß die einseitig von Brennstoff mit Brennstoffdruck beaufschlagten flexiblen Abschnitte axiale Kräfte am Betätigungsstrang ausüben.
  • Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß die als Dichtung wirkenden flexiblen Abschnitte sehr aufwendig hergestellt werden müssen, um eine befriedigende Dauerfestigkeit zu erreichen. Um den radial wirkenden Kräften des Brennstoffdrucks standzuhalten, müssen sie jedoch auch eine entsprechende radial Steifigkeit aufweisen. Diese radiale Steifigkeit erhöht den Fertigungsaufwand und die Fertigungskosten weiter und wirkt auf die Ventildynamik, durch die einhergehende axiale Steifigkeit, unvorteilhaft. Der Bauraum solcher Dichtungen und die vom Brennstoffdruck beaufschlagte Oberfläche ist erhöht.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf unvorteilhaft große, fehleranfällige, die Ventildynamik negativ beeinflussende und aufwendig hergestellte flexible Abschnitte bzw. Dichtungen verzichtet werden kann. Der Herstellungsaufwand des Brennstoffeinspritzventils ist dadurch wesentlich reduziert, die Baugröße kann ohne funktionelle Einbußen verringert werden und die Zuverlässigkeit des Brennstoffeinspritzventils ist erhöht. Darüber hinaus können die in entgegengesetzten axialen Richtungen wirkenden Kräfte des Brennstoffdrucks vorteilhaft zur Unterstützung oder Übernahme von Funktionsvorgängen im Brennstoffeinspritzventil genutzt werden.
  • Insbesondere kann ein den Aktor alleinig vorspannendes Federelement, das beispielsweise als Rohrfeder um den Aktor verläuft, mit geringerer Vorspannkraft dimensioniert werden oder ggf. ganz entfallen. Das Aktormodul kann damit einfacher aufgebaut und montiert werden.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
  • In einer ersten Weiterbildung weist der Betätigungsstrang einen hydraulischen Koppler zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen des Aktors und/oder anderer Bauteile und/oder zur Hubumsetzung auf, wobei der Koppler in einer weiteren Weiterbildung zuströmseitig des Aktors angeordnet ist. Das Brennstoffeinspritzventil kann dadurch besonders zuverlässig gestaltet und einfach aufgebaut werden. Insbesondere kann so der Kopplerzylinder in besonders einfacher Weise beispielsweise im Ventilgehäuse angeordnet werden.
  • Weist der hydraulische Koppler einen Ausgleichsraum, einen Leckagespalt und einen Membranraum auf, wobei der Leckagespalt den Ausgleichsraum mit dem Membranraum verbindet, so ist der hydraulische Koppler in besonders einfache Weise aufgebaut.
  • Vorteilhafterweise ist der hydraulische Koppler vollständig mit einem Hydraulikmedium gefüllt und ein dritter flexibler Abschnitt trennt bzw. dichtet das Hydraulikmedium von Brennstoff ab. Der Koppler kann dadurch insbesondere langlebiger und zuverlässiger gestaltet werden, da die Eigenschaften des Hydraulikmedium weitgehend unabhängig von der Wahl des Brennstoffes gewählt werden können. Dadurch können beispielsweise die Viskosität und die Schmiereigenschaften des Hydraulikmediums frei gewählt werden.
  • Vorteilhafterweise ist der dritte flexible Abschnitt so gestaltet, daß er den an ihm einseitig anliegenden Brennstoffdruck zum größten Teil an das Hydraulikmedium überträgt. Der Brennstoffdruck kann so in besonders einfacher und vorteilhafterweise dazu benutzt werden, den Ausgleichsraum mit Hydraulikmedium gefüllt zu halten.
  • In einer weiteren Weiterbildung sind die flexiblen Abschnitte lochplattenförmig und im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet. Die Flexibilität wird dadurch gesteigert, die flexiblen Abschnitte können dadurch einfacher gefügt werden und sind einfach herzustellen.
  • Greift der Betätigungsstrang durch zumindest einen der flexiblen Abschnitte, so kann das Brennstoffeinspritzventil besonders kompakt hergestellt werden.
  • Vorteilhafterweise stehen die einzelnen flexible Abschnitte über Flansche mit dem Betätigungsstrang in Verbindung. Die flexible Abschnitte können dadurch besonders einfach mit dem Betätigungsstrang verbunden werden. Insbesondere die Sicherheit und Langlebigkeit der Fügeverbindung zwischen den flexiblen Abschnitten und dem Betätigungsstrang, sowie die Montagefreundlichkeit der flexiblen Abschnitte, ist dadurch gesteigert.
  • Vorteilhafterweise sind der erste flexible Abschnitt und der zweite flexible Abschnitt so angeordnet, daß der mittel- und unmittelbar auf den Ventilschließkörper wirkende Brennstoffdruck sich kräftemäßig, in axialer Richtung des Betätigungsstrangs, aufhebt. Durch den dadurch erzielten hydraulischen Kraftausgleich kann insbesondere die Federkraft einer auf den Betätigungsstrang wirkende Vorspannfeder wesentlich kleiner gewählt werden. Durch die verringerte Federkraft der entgegen der Bestätigungsrichtung des Aktors wirkenden Vorspannfeder kann ein kleinerer und kostengünstigerer Aktor verwendet werden. Der Leistungsbedarf des Aktors ist verringert und die Wärmeentwicklung im Aktor und im Steuergerät sind vermindert.
  • Durch die auf den Koppler wirkende verringerte Federkraft kann der Koppler auch in Kaltstartphasen, bei denen in der Regel die Ventilöffnungszeiten verlängert sind, sehr schnell temperaturbedingte Längenausdehnungen kompensieren, wodurch auch eine Kaltstartphasen mit reduziertem Brennstoffdruck ermöglicht wird.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils und
    Fig. 2
    eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Aktorkopfs.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Das in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 ist insbesondere als Brennstoffeinspritzventil 1 für Brennstoffeinspritzanlagen für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine geeignet.
  • Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt insbesondere einen piezoelektrischen, magnetostriktiven oder elektrostriktiven Aktor 2, welcher in einem Aktormodul 22 angeordnet ist. Der Aktor 2 bzw. das Aktormodul 22 ist Bestandteil eines Bestätigungsstrangs, der in diesem Ausführungsbeispiel außerdem einen zuströmseitig des Aktormoduls 22 angeordneten hydraulischen Koppler 3 und eine abströmseitig des Aktormoduls 22 angeordnete Ventilnadel 4 aufweist. Das Aktormodul 22, der hydraulische Koppler 3 und die Ventilnadel 4 sind in einem Ventilgehäuses 6 koaxial angeordnet. Das Ventilgehäuses 6 weist an seinem abströmseitigen Ende einen Düsenkörper 5 auf, durch welchen die Ventilnadel 4 koaxial greift und an dessen abströmseitigen Ende ein einstückig mit dem Düsenkörper 5 ausgebildeter Ventilsitzkörper 10 mit einer Abspritzöffnung 7 angeordnet ist. Eine am Ventilsitzkörper 10 ausgebildete Ventilsitzfläche 9 wirkt mit einem am abspritzseitigen Ende der Ventilnadel 4 ausgebildeten Ventilschließkörper 8 zu einem Dichtsitz zusammen. Das Brennstoffeinspritzventil 1 öffnet nach außen.
  • Zuströmseitig weist das Ventilgehäuses 6 ein Ventiloberteil 33 auf. Das Ventiloberteil 33 liegt auf dem zuströmseitigen Ende des Ventilgehäuses 6 hermetisch dicht mit einer ersten Schulter 34 auf, ist dort mit dem Ventilgehäuses 6 beispielsweise stoffschlüssig gefügt, und greift mit seinem abströmseitigen Ende in das Ventilgehäuses 6 ein. Koaxial im Ventiloberteil 33 ausgebildet befindet sich ein zum Aktormodul 22 hin geöffneter Kopplerzylinder 23, in den ein Ausgleichskolben 21 eingreift. Seitlich des Ausgleichskolbens 21 befindet sich zwischen dem Ausgleichskolbens 21 und dem Kopplerzylinder 23 ein Leckagespalt 24. Der Leckagespalt 24 verbindet einen oben zwischen dem Kopplerzylinder 23 und dem Ausgleichskolbens 21 gebildeten Ausgleichsraum 31 und einen unten, zum Aktormodul 22 hin orientierten Membranraum 32. Der Membranraum 32 wird durch einen dritten flexiblen Abschnitt 28 abströmseitig abgeschlossen bzw. abgedichtet.
  • Der in diesem Ausführungsbeispiel membranartige und lochplattenförmige dritte flexible Abschnitt 28 ist im Bereich des Außenumfangs mit dem in das Aktorgehäuses 6 eingreifenden abströmseitigen Ende des Ventiloberteils 33 unterhalb einer durchmesserreduzierenden zweiten Schulter 35 hermetisch dicht, beispielsweise durch Schweißen oder andere stoffschlüssigen Fügeverfahren, gefügt. Im Bereich seines Innenumfangs ist der dritte flexible Abschnitt 28 an dem sich zum Aktormodul 22 hin verjüngenden, den dritten flexiblen Abschnitt 28 durchgreifenden Ausgleichskolben 21 hermetisch dicht und stoffschlüssig gefügt. In radialer Richtung weist der aus Stahl oder einer Stahlregierung bestehende dritte flexible Abschnitt 28 im Querschnitt einen U-förmigen, bzw. wellenförmigen Verlauf auf. Der dritte flexible Abschnitt 28 wird dadurch nicht auf Zug, sondern vorteilhafterweise auf Biegung beansprucht.
  • Der Kopplerzylinder 23, der Ausgleichskolbens 21, der Ausgleichsraum 31, der Leckagespalt 24 und der Membranraum 32 bilden in diesem Ausführungsbeispiel den hydraulischen Koppler 3. Der hydraulischen Koppler 3, bzw. der Ausgleichsraum 31, der Leckagespalt 24 und der Membranraum 32 sind vollständig mit einem Hydraulikmedium 30 gefüllt. Das Hydraulikmedium 30 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein gut wärmeleitendes und hochviskoses Öl.
  • Im Ventiloberteil 33 verlaufen ein elektrischer Anschluß 15 und ein Brennstoffeinlaß 16, der sich in einen ersten Brennstoffkanal 17 und einen zweiten Brennstoffkanal 18 teilt. Der elektrische Anschluß 15 verläuft im weiteren im Ventilgehäuses 6, um auf Höhe des Aktormoduls 22 in dieses einzutreten.
  • Im Bereich oberhalb der den Durchmesser des abströmseitigen Endes des Ventiloberteils 33 nach unten reduzierenden zweiten Schulter 35, ist ein lochplattenförmiger, im Querschnitt im wesentlichen U-förmig geformter und aus Stahl bestehender erster flexibler Abschnitt 25 mit seinem Außenumfang stoffschlüssig und hermetisch dicht gefügt. Im Bereich des Innenumfangs des ersten flexiblen Abschnitts 25 ist dieser auf der Oberseite eines dritten Flansches 29, der das im Durchmesser verjüngte, abströmseitige Ende des Ausgleichskolbens 21 umschließt, stoffschlüssig und hermetisch dicht verbunden. Der dritte Flansch 29 greift mit seinem abströmseitigen Ende in eine in der Oberseite des Aktormoduls 22 in einem Aktorfuß 13 angeordnete konische Ausnehmung 27 ein, mit der er idealerweise in ständigem Kontakt steht.
  • Unmittelbar unterhalb der zweiten Schulter 35 und oberhalb des Außenumfangs des dritten flexiblen Abschnitts 28 ist eine zum ersten Brennstoffkanal 17 gehörende Ringnut 36 angeordnet. Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 ist der zwischen dem ersten flexiblen Abschnitt 25 und dem dritten flexiblen Abschnitt 28 befindliche Raum über den ersten Brennstoffkanal 17 vollständig mit Brennstoff gefüllt. Der Brennstoff drückt dabei auf jeweils eine Seite des ersten flexiblen Abschnitts 25 und dritten flexiblen Abschnitts 28. Brennstoffdruck wirkt in dieser Weise auf den im Vergleich zum ersten flexiblen Abschnitt 25 weicheren, insbesondere dünneren, dritten flexiblen Abschnitt 28 auf das Hydraulikmedium 30. Der zwischen dem dritten flexiblen Abschnitt 28 und dem ersten flexiblen Abschnitt 25 herrschende Brennstoffdruck wirkt außerdem auf den ersten flexiblen Abschnitt 25 so, daß das Aktormodul 22 von oben über den dritten Flansch 29 auf dem Aktorfuß 13 mit einer in Abspritzrichtung wirkenden Vorspannung belastet wird.
  • Die Ventilnadel 4 wird durch eine Vorspannfeder 11, welche über einen zweiten Flansch 20 an der Ventilnadel 4 angreift, entgegen der Abspritzrichtung vorspannt. Der Ventilschließkörper 8 wird dadurch in den Dichtsitz gezogen und das konisch geformte, zuströmseitige Ende der Ventilnadel 4 wird in eine in einem Aktorkopf 12 angeordnete zweite Ausnehmung 37 gedrückt. Zwischen dem zweiten Flansch 20 und dem zuströmseitigen Ende der Ventilnadel 4 ist ein erster Flansch 19 stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, mit der Ventilnadel 4 verbunden. Im Bereich seines Innenumfangs ist ein zweiter flexibler Abschnitt 26 mit der Unterseite des ersten Flansches 19 stoffschlüssig und hermetisch dicht verbunden. Im Bereich des Außenumfangs des zweiten flexiblen Abschnitts 26 ist dieser mit dem Düsenkörper 5 stoffschlüssig und hermetisch dicht verbunden.
  • In anderen Ausführungsbeispielen kann der zweite flexible Abschnitt 26 im Bereich seines Außenumfangs auch mit dem Ventilgehäuses 6 gefügt sein. Der druckbehaftet in dem zweiten Brennstoffkanal 18 im Ventilgehäuse 6 an dem Aktormodul 22 und der Vorspannfeder 11 vorbeigeführte Brennstoff wird, von unten kommend, die Vorspannfeder 11 und den zweiten Flansch 20 umspülend, an den zweiten flexiblen Abschnitt 26 geführt. Der einseitig auf den zweiten flexiblen Abschnitt 26 wirkende Brennstoffdruck drückt über den ersten Flansch 19 die Ventilnadel 4 in axialer Richtung zum Aktormodul 22 hin, entgegen der Abspritzrichtung.
  • Ein zum Aktormodul 22 gehörendes Federelement 14 spannt den Aktorfuß 13 gegen den Aktorkopf 12, so daß der Aktor 2 unter Vorspannung steht.
  • Wird über den elektrischen Anschluß 15 der Aktor 2 angeregt, so dehnt dieser sich in axialer Richtung aus und wirkt über den Aktorfuß 13 auf den Ausgleichskolben 21 ein. Bedingt durch die Schnelligkeit der Bewegung des Aktors 2 und des relativ schmalen Leckagespaltes 24 verhält sich das Hydraulikmedium 30 ähnlich wie ein Festkörper. Die Längenänderungen des Aktors 2 können dadurch fast vollständig auf die Ventilnadel 4 übertragen werden, wodurch der Ventilschließkörper 8 von der Ventilsitzfläche 9 abhebt und Brennstoff in den nicht dargestellten Brennraum der nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei langsamen Bewegungen des Aktors 2, beispielsweise durch thermische Einflüsse, wird das Hydraulikmedium 30 durch den Leckagespalt 24 in den Membranraum 32 verdrängt, wodurch ein willkürliches Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 verhindert wird.
  • Der erste flexible Abschnitt 25 und der zweite flexible Abschnitt 26 sind so dimensioniert und angeordnet, daß sich die axial, mittel- und unmittelbar auf den Ventilschließkörper 8 wirkenden Kräfte des Brennstoffdrucks sich im wesentlichen aufheben. Insbesondere kann das Brennstoffeinspritzventil 1 dadurch bei unterschiedlichen Brennstoffdrücken betrieben werden, ohne das beispielsweise die Federkraft der Vorspannfeder 11 durch aufwendige Maßnahmen adaptiv gestaltet werden muß.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich des Aktorkopfs 12, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel aus Fig. 1. Im Unterschied fehlt der im ersten Ausführungsbeispiel verwendete dritte flexible Abschnitt 28. Der durch den ersten Brennstoffkanal 17 und die Ringnut 36 geleitete Brennstoff füllt in diesem Ausführungsbeispiel den hydraulischen Koppler 3, womit das Hydraulikmedium 30 aus Brennstoff besteht. Der Aufbau des Brennstoffeinspritzventils 1 wird dadurch vereinfacht.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch für beliebige andere Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1, insbesondere nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile, geeignet.

Claims (15)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Betätigungsstrang, der einen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2) aufweist, der mit einem Ventilschließkörper (8) in Wirkverbindung steht, der mit einer Ventilsitzfläche (9) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei zumindest ein erster einseitig von dem Brennstoff mit Brennstoffdruck beaufschlagter flexibler Abschnitt (25) zuströmseitig des Aktors (2) und zumindest ein zweiter von dem Brennstoff einseitig mit Brennstoffdruck beaufschlagter flexibler Abschnitt (26) abströmseitig des Aktors (2) angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der erste flexible Abschnitt (25) und der zweite flexible Abschnitt (26) so angeordnet sind, daß die flexiblen Abschnitte (25, 26) bzw. der auf die flexiblen Abschnitte (25, 26) wirkende Brennstoffdruck auf den Aktor (2) bzw. den Betätigungsstrang entgegengesetzte axiale Kräfte ausüben.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    das der Betätigungsstrang (2) einen hydraulischen Koppler (3) aufweist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Koppler (3) zuströmseitig des Aktors (2) angeordnet ist.
  4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der hydraulische Koppler (3) zumindest einen Ausgleichsraum (31), zumindest einen Leckagespalt (24) und einen Membranraum (32) aufweist, wobei der Leckagespalt (24) den Ausgleichsraum (31) mit dem Membranraum (32) verbindet.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der hydraulische Koppler (2) vollständig mit einem Hydraulikmedium (30) gefüllt ist, wobei zumindest ein dritter flexibler Abschnitt (28) das Hydraulikmedium (30) von Brennstoff trennt bzw. abdichtet.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der dritte flexible Abschnitt (28) den Membranraum (32) von Brennstoff abdichtet bzw. trennt.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der dritte flexible Abschnitt (28) den Brennstoffdruck zum größten Teil an das Hydraulikmedium (30) überträgt.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Hydraulikmedium (30) ein Öl ist.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die flexiblen Abschnitte (25, 26, 28) im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet sind.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    das zumindest einer der flexiblen Abschnitte (25, 26, 28) lochplattenförmig ausgebildet ist.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Betätigungsstrang (2, 3) durch zumindest einen der flexiblen Abschnitte (25, 26, 28) greift.
  12. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Innenumfang zumindest einer der flexiblen Abschnitte (25, 26, 28) mit dem Betätigungsstrang (2, 3) stoffschlüssig und hermetisch dicht verbunden ist.
  13. Brennstoffeinspritzventil nach einen der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die flexiblen Abschnitte (25, 26, 28) aus Stahl oder einer Stahlregierung bestehen.
  14. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zumindest einer der flexible Abschnitte (25, 26, 28) über einen ersten Flansch (19), einen zweiten Flansch (20) oder einen dritten Flansch (29) mit dem Betätigungsstrang (2, 3) in Verbindung steht.
  15. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der erste flexible Abschnitt (25) und der zweite flexible Abschnitt (26) so angeordnet und dimensioniert sind, daß die axialen, mittel- und unmittelbar auf den Ventilschließkörper (8) wirkenden Kräfte des Brennstoffdrucks sich im wesentlichen aufheben.
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