Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Beispielsweise ist aus der DE 35 33 085 A1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor bekannt, welcher in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel steht. Die Ventilnadel weist an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper auf, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ein Koppler, welcher zum Ausgleich von Längenänderungen von Bauteilen des Brennstoffeinspritzventils, insbesondere von temperaturbedingten Längenänderungen des Aktors, dient, ist zuströmseitig des Aktormoduls angeordnet. Der Koppler weist zwei gegeneinander axial bewegliche Abschnitte auf, die ineinander greifen und dabei einen Ringspalt und ein Hydraulik-Volumen bilden. Der Ringspalt verbindet das Hydraulik-Volumen mit einem unter einem Vordruck stehenden Ausgleichsraum. Zum Ausgleich von Längenänderungen des Aktors wird das Hydraulikmedium zwischen dem Hydraulik-Volumen und dem Ausgleichsraum ausgetauscht, wobei der Ringspalt als Drosselstelle dient.
Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß die temperaturbedingte Ausdehnung des Hydraulikmediums nur unzureichend kompensiert sind. Wird eine Volumenänderung des Hydraulikmediums durch Austausch von Hydraulikmedium zwischen dem Hydraulik-Volumen und dem Ausgleichsraum ausgeglichen, verändert sich der Druck im Ausgleichsraum, wobei sich bei Füllung des Ausgleichsraums eine Druckerhöhung im Ausgleichsraum ergibt, welche einer weiteren Befüllung entgegenwirkt. Die Kraft mit der der Ventilschließkörper im Dichtsitz wirkt, wird in dieser Weise über verschiedene Temperaturzustände des Brennstoffeinspritzventils unerwünscht verändert. Dies führt insbesondere dazu, daß die Bemessung anderer Bauteile des Brennstoffeinspritzventils nur mit erheblich mehr Aufwand möglich ist und zudem geringere Toleranzen eingehalten werden müssen.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß insbesondere die Dichtkraft des Dichtsitzes in allen Temperaturbereichen durch einfache und kostengünstige Maßnahmen konstanter gehalten werden kann. Dadurch vereinfacht sich die Bemessung und die Bauweise anderer Bauteile und des Brennstoffeinspritzventils als ganzes. Der Koppler wird in seinem Verhalten zudem unabhängiger von Temperaturschwankungen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils weist das Ausgleichselement bei den Betriebstemperaturen des Brennstoffeinspritzventils einen festen Aggregatzustand auf. Damit läßt sich das Ausgleichselement in sehr einfacher Weise vom Hydraulikmedium dauerhaft trennen.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn der erste Koppler-Abschnitt eine einseitig geschlossene hohlzylindrische Form bildet in den der zylindrisch ausgebildete zweite Koppler-Abschnitt wenigstens teilweise eingreift und dabei den Spalt bildet. Der Koppler kann dadurch in besonders einfacher Weise aufgebaut werden.
In einer weiteren Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils besteht der zweite Koppler-Abschnitt wenigstens teilweise aus dem Ausgleichselement. Das Brennstoffeinspritzventil kann dadurch sehr einfach aufgebaut und zusammengebaut werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, das in einem der Koppler-Abschnitte eine Ausnehmung eingebracht ist, in welcher das Ausgleichselement angeordnet ist. Der Koppler kann dadurch kompakter und einfacher aufgebaut werden.
Weist das Ausgleichselement einen geringeren Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten auf als das Hydraulikmedium, so kann die Kompensation in besonders einfacher Weise erfolgen.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn zumindest ein Teil des ersten Koppler-Abschnitts, insbesondere im Bereich der hohlzylindrischen Form, aus dem Ausgleichselement besteht und wenn der Temperatur-Ausdehnungskoeffizient größer oder gleich dem des Hydraulikmediums ist. Dadurch läßt sich der Koppler besonders einfach aufbauen und montieren.
Vorteilhaft ist es zudem, den flexiblen Abschnitt lochscheibenförmig oder wellrohrförmig auszubilden. Der Koppler kann dadurch besser in den Betätigungsstrang des Brennstoffeinspritzventils integriert werden, da beispielsweise der flexible Abschnitt leicht so am Koppler angeordnet werden kann, daß der flexible Abschnitt nicht in der Betätigungsachse des Betätigungsstrangs liegt. Der flexible Abschnitt läßt sich dadurch sehr einfach herstellen und montieren. Außerdem können die Bewegungen des Aktormoduls direkt auf die Koppler-Abschnitte übertragen werden und die dynamischen Eigenschaften des Brennstoffeinspritzventils werden nur minimal negativ beeinflußt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils besteht das Hydraulikmedium idealerweise aus einem Öl oder einem Gel.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft beschrieben.
Ein in Fig. 1 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigtes erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
In jeweils einem ineinandergreifenden Gehäuseoberteil 4 und einem koaxial dazu angeordneten Gehäuseunterteil 5 sind eine Ventilnadel 8, ein Aktor 2, ein Düsenkörpers 6 und ein hydraulischer Koppler 3 jeweils zueinander koaxial angeordnet. Der Düsenkörper 6 durchgreift von Innen mit seinem abströmseitigen Ende das abströmseitige Ende des Gehäuseunterteils 5. Die Ventilnadel 8, welche wiederum den Düsenkörper 6 am abströmseitigen Ende von Innen durch eine Abspritzöffnung 12 durchgreift, weist an ihrem abströmseitigen Ende einen Ventilschließkörper 7 auf, welcher mit einer am abspritzseitigen Ende des Düsenkörpers 6 ausgebildeten Ventilsitzfläche 13 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.
Der in der unteren Hälfte des Gehäuseoberteils 4 angeordnete Aktor 2 steht mit der Ventilnadel 8 über einen Aktorkopf 10 und ein Zwischenstück 9, welches das Gehäuseoberteil 4 im Bereich des abspritzseitigen Endes des Gehäuseoberteils 4 durchgreift, in Wirkverbindung.
Ein spiralförmiges, um die Ventilnadel 8 umlaufendes erstes Federelement 21 spannt die Ventilnadel 6 entgegen der Abspritzrichtung vor. Das erste Federelement 21 ist dabei zwischen einer im Düsenkörper 6 ausgebildeten Schulter 40 und einem zuströmseitig davon angeordneten, an der Ventilnadel 8 fixierten Flansch 26 eingespannt. Die Federkraft des ersten Federelements 21 zieht den Ventilschließkörper 7 bei dem in diesem Ausführungsbeispiel nach außen öffnenden Brennstoffeinspritzventil 1 in den Dichtsitz.
Der hydraulische Koppler 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen einen ersten Koppler-Abschnitt 23 und einen zylinderförmigen zweiten Koppler-Abschnitt 24 auf. In diesem Ausführungsbeispiel bildet der erste Koppler-Abschnitt 23 eine einseitig geschlossene, im Gehäuseoberteil 4 eingebrachte, hohlzylindrische Form 17, in die der zweite Koppler-Abschnitt 24 abströmseitig eingreift. Ein zwischen dem Grund der Form 17 und der der Form 17 zugewandten Stirnseite des zweiten Abschnitts 24 befindliches Hydraulik-Volumen 36 ist durch die axiale Verschiebbarkeit des zweiten Koppler-Abschnitts 24 gegenüber dem ersten Koppler Abschnitt 23 variierbar.
Der zweite Koppler-Abschnitt 24 ist im ersten Koppler-Abschnitt 23, bzw. in der Form 17, mit einem Spiel 32, welches beispielsweise zwischen 2 und 10 Mikrometer beträgt und durch einen Spalt 25 erzeugt ist, geführt. Das Verhältnis der minimalen Eingreiftiefe des zweiten Abschnitts 24 zu seinem Durchmesser ist so gewählt, daß sich der zweite Abschnitt 24 in der Form 17 nicht verkanten kann.
Zuströmseitig des Aktors 2 steht der Aktor 2 über einen plattenförmigen, sich zuströmseitig durch eine zweite Stufe 43 nach oben verjüngenden Aktorfuß 11 mit dem abströmseitigen Ende des zweiten Koppler-Abschnitts 24 in Wirkverbindung. Der Durchmesser des Aktorfußes 2 ist größer als der des zweiten Koppler-Abschnitts 24, wobei beide Bauteile zueinander koaxial angeordnet sind. Ein in diesem Ausführungsbeispiel als Spiralfeder ausgebildetes zweites Federelement 20 läuft um den zweiten Koppler-Abschnitt 24 im Bereich seines abströmseitigen Endes um. Das zweite Federelement 20 drückt den Aktorfuß 11 mit einer Vorspannung auf den Aktor 2, wobei sich das zweite Federelement 20 zuströmseitig an einer um die Form 17 umlaufenden ersten Stufe 42 und abströmseitig an der zweiten Stufe 43 abstützt.
Ein in diesem Ausführungsbeispiel wellrohrförmiger, aus Stahl bestehender und elastischer flexibler Abschnitt 27 ist innerhalb des zweiten Federelements 20 angeordnet. Das zuströmseitige Ende des flexiblen Abschnitts 20 ist im Bereich der ersten Stufe 42 hermetisch dicht, beispielsweise durch Schweißen, gefügt. Das abströmseitige Ende des flexiblen Abschnitts 20 ist in der Nähe des Aktorfußes 11 seitlich am zweiten Koppler-Abschnitt 24 hermetisch dicht, beispielsweise durch Schweißen gefügt. Der flexible Abschnitt 27 verschließt den Spalt 25 und begrenzt zusammen mit dem Bereich des abspritzseitigen Endes des zweiten Koppler-Abschnitts 24 einen Ausgleichsraum 14. Der Ausgleichsraum 14 ist durch den Spalt 25 mit dem Hydraulik-Volumen 36 verbunden.
Im zweiten Koppler-Abschnitt 24 ist eine zum Hydraulik-Volumen 36 hin geöffnete Ausnehmung 16 angeordnet, welche dem Hydraulik-Volumen 36 zugeordnet ist und in diesem Ausführungsbeispiel hohlzylinderförmig ausgebildet ist. In der Ausnehmung 16 ist ein der Form der Ausnehmung 16 ähnliches Ausgleichselement 15 angeordnet, wobei das Ausgleichselement 15 nur in die Ausnehmung 16 eingelegt ist und somit alle seine Außenflächen von Hydraulikmedium umgeben sind. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Ausgleichselement 15 in der Ausnehmung 16 fixiert bzw. gefügt sein, beispielsweise durch eine Schweißung am Boden der Ausnehmung 16 oder eine formschlüssige Verbindung.
Das in der Ausnehmung 16 eingelegte, aus Invar-Stahl bestehende Ausgleichselement 15 weist einen geringeren Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten auf als das Hydraulikmedium und/oder die Materialien aus denen der erste Koppler-Abschnitt 24 im Bereich des Hydraulik-Volumens 36 besteht. Da sich die für gewöhnlich verwendeten Hydraulikmedien stärker ausdehnen als die Koppler-Abschnitte 23, 24, aber das Ausgleichselement 15 sich weniger stark ausdehnt, gleicht das Ausgleichselement 15 die unterschiedlichen Ausdehnungen der Koppler-Abschnitte 23, 24 und des Hydraulikmediums wenigsten teilweise aus.
In anderen Ausführungsbeispielen kann zumindest ein Teil des ersten Koppler-Abschnitts 23, insbesondere im Bereich der hohlzylindrischen Form 17 bzw. des Hydraulik-Volumens 36, aus dem Ausgleichselement 15 bestehen. In diesem Fall weist der beispielsweise aus Bronze, Messing, Aluminium oder einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehende Teil des ersten Koppler-Abschnitts 23 einen Ausdehnungskoeffizienten auf, der größer oder gleich dem des Hydraulikmediums ist.
In diesem Ausführungsbeispiel sind der Ausgleichsraum 14, der Spalt 25 und das Hydraulik-Volumen 36 mit der Ausnehmung 16 vollständig mit einem ölartigen, gasfreien und inkompressiblen Hydraulikmedium gefüllt. Der flexible Abschnitt 27 ist durch die Auswahl der Materialien und/oder durch eine Beschichtung diffusionsdicht und beaufschlagt das Hydraulikmedium durch seine Elastizität mit einem Druck.
Wird der Aktor 2 über eine nicht dargestellte elektrische Leitung erregt, so dehnt er sich schnell aus. Da das Hydraulikmedium nicht schnell genug vom Hydraulik-Volumen 36 in den Ausgleichsraum 14 abfließen kann, verhält sich der Koppler 3 sehr hart, wodurch die Längenausdehnung des Aktors 2 fast vollständig auf die Ventilnadel 8 wirkt. Die Ventilnadel 8 wird entgegen der Vorspannkraft des ersten Federelements 21 axial in Abspritzrichtung bewegt. Dadurch öffnet der Dichtsitz und der über den nur teilweise dargestellten Brennstoffkanal 22 druckbehaftet zugeleitete Brennstoff wird über die Abspritzöffnung 12 in den nicht dargestellten Brennraum abgespritzt. Langsame Längenänderungen des Aktors 2 werden durch den Austausch von Hydraulikmedium zwischen dem Hydraulik-Volumen 36 und dem Ausgleichsraum 14 ausgeglichen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.