DE10159749A1

DE10159749A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10159749A1
Application number: DE10159749A
Authority: DE
Inventors: Guenther Hohl; Michael Huebel; Juergen Stein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-12
Also published as: US20040118950A1; DE50204297D1; JP2005513334A; US7040550B2; EP1456526A1; WO2003054377A1; EP1456526B1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine weist einen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (6) und einen hydraulischen Koppler (2) auf, wobei der Koppler (2) einen Geberkolben (3) sowie einen Nehmerkolben (8) aufweist, die mit einem Druckraum (14) verbunden sind und der Druckraum (14) mit einem Hydraulikfluid gefüllt ist. Der Druckraum (14) ist über eine erste Dichtung (12) gegenüber einem Aktorraum (21) und über eine zweite Dichtung (13) gegenüber einem Ventilinnenraum (17) abgedichtet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der EP 0 477 400 A1 ist ein hydraulischer Koppler für einen piezoelektrischen Aktor bekannt, bei dem der Aktor eine Hubkraft auf einen Geberkolben überträgt. Der Geberkolben ist mit einem Führungszylinder für einen Nehmerkolben kraftschlüssig verbunden. Der Nehmerkolben, der Führungszylinder und der den Führungszylinder abschließende Geberkolben bilden eine Hydraulikkammer. In der Hydraulikkammer ist eine Feder angeordnet, die den Geberkolben und den Nehmerkolben auseinander drückt. Um einen Endabschnitt des Führungszylinders und den Nehmerkolben ist eine Gummimanschette angeordnet, durch die ein Vorratsraum für ein viskoses Hydraulikfluid gegenüber einem Brennstoffraum abgedichtet wird. Die Viskosität des Hydraulikfluids ist dem Ringspalt zwischen Nehmerkolben und Führungszylinder angepaßt.

Der Nehmerkolben überträgt eine Hubbewegung mechanisch auf beispielsweise eine Ventilnadel. Wenn der Aktor auf den Geberkolben und den Führungszylinder eine Hubbewegung überträgt, wird diese Hubbewegung durch den Druck des 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 den Ringspalt während des kurzen Zeitraumes eines Hubes in den durch die Gummimanschette gebildeten Vorratsraum entweichen kann. In der Ruhephase, wenn der Aktor keine Druckkraft auf den Geberkolben ausübt, wird durch die Feder der Nehmerkolben aus dem Führungszylinder herausgedrückt und durch den entstehenden Unterdruck dringt über den Ringspalt das Hydraulikfluid in den Hydraulikraum ein und füllt diesen wieder auf. Dadurch stellt sich der Koppler automatisch auf Längenausdehnungen und druckbedingte Dehnungen eines Brennstoffeinspritzventils ein.

Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, daß die Abdichtung durch eine Gummimanschette, die üblicherweise durch zwei Spannringe gegen den Endabschnitt des Führungszylinders und den Nehmerkolben gedrückt wird, auf Dauer nur unvollständig ist. Das hochviskose Hydraulikfluid und der Brennstoff können sich vermischen und es kann zu einem Ausfall des Kopplers kommen. Wenn Brennstoff, beispielsweise Benzin, in das Innere des Kopplers gelangt, so kann es zum Funktionsausfall kommen, da aufgrund der geringen Viskosität des Benzins diese Flüssigkeit zu schnell durch den Ringspalt hindurchtreten kann und sich in der Zeit des Hubes kein Druck im Druckraum aufbauen kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß der Druckraum durch eine Dichtung sowohl am Geberkolben als auch am Nehmerkolben gegenüber einem Aktorraum und einem Brennstoffraum abgedichtet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil vollständiger Abdichtung des Kopplers gegen eindringenden Brennstoff.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Von Vorteil ist dabei insbesondere eine einfache Konstruktion, welche ohne die Verwendung von Federn zur Beaufschlagung des Geber- und Nehmerkolbens des Kopplers auskommt. Die Dichtungen sind wellrohrförmig ausgebildet und übernehmen daher neben ihrer Dichtfunktion auch die Rückstellung der Kolben.

Vorteilhafterweise ist der Koppler in einem zweiteiligen Kopplergehäuse gekapselt, wodurch die zuströmseitige Wellrohrdichtung nicht mit Brennstoffdruck beaufschlagt wird. Dadurch kann das Material der Dichtung dünner gewählt werden, so daß eine ausreichende Elastizität zum Ausgleich des Hydraulikmediums gewährleistet ist. Das Kopplergehäuse ermöglicht zudem eine einfache Vormontage.

Weiterhin ist von Vorteil, daß der Geberkolben und der Nehmerkolben mit unterschiedlichen Durchmessern und somit wirksamen Flächen versehen sind. Dadurch kann eine Wegübersetzung bewirkt und der geringe Hub des Aktors in einem größeren Stellweg übersetzt werden.

Zwischen dem Aktor und dem Kopplergehäuse kann vorteilhafterweise eine Aktorfeder in Form einer Schraubenfeder angeordnet sein, welche den Aktor vorspannt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im Bereich des Kopplers.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einem Brennstoffeinspritzventil 1, wobei der Bereich eines hydraulischen Kopplers 2 dargestellt ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine geeignet.
Der Koppler 2 umfaßt einen Geberkolben 3, an welchem sich ein Betätigungskörper 4 abstützt. Der Betätigungskörper 4 ist zuströmseitig zu einem Aktorfuß 5 verbreitert, an welchem ein piezoelektrischer oder magnetostriktiver Aktor 6 anliegt. Der Aktor 6 kann dabei aus mehreren piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schichten 7 aufgebaut sein.
Abströmseitig des Geberkolbens 3 ist ein Nehmerkolben 8 angeordnet. Der Nehmerkolben 8 und der Geberkolben 3 sind in einem zweiteiligen Kopplergehäuse 9 gekapselt. Ein erstes Teil 10 und ein zweites Teil 11 des Kopplergehäuses 9 sind dabei miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt. Der Geberkolben 3 ist über eine erste Dichtung 12, die wellrohrförmig ausgebildet und mit dem Geberkolben 3 verschweißt ist, mit dem zweiten Teil 11 des Kopplergehäuses 9 ebenfalls mittels Schweißen verbunden und dichtet das Kopplergehäuse 9 gegen einen Aktorraum 21 ab, in welchem der Aktor 6 angeordnet ist. Eine zweite Dichtung 13, welche abströmseitige des zweiten Teils 11 des Kopplergehäuses 9 angeordnet und mit diesem verschweißt ist, ist ebenfalls wellrohrförmig ausgebildet und mit dem Nehmerkolben 8 verbunden. Die zweite Dichtung 13 dichtet das Kopplergehäuse 9 gegen einen mir Brennstoff beaufschlagten Brennstoffraum 17 ab. Der Geberkolben 3 und der Nehmerkolben 8 können dabei unterschiedliche Durchmesser bzw. unterschiedliche wirksame Stirnflächen aufweisen, so daß eine Übersetzung des Aktorhubs bis zu einem Verhältnis 3 : 1 ermöglicht wird.
Ein Druckraum 14 ist durch die Dichtungen 12 und 13, das zweite Teil 11 des Kopplergehäuses 9 und den Nehmerkolben 8 begrenzt. Der Druckraum 14 ist mit einem vorzugsweise hochviskosen Hydraulikmedium gefüllt. Ein hochviskoses Hydraulikmedium hat u. a. den Vorteil, daß die Anforderungen an die Genauigkeit der Kolbenführung geringer sind als bei einem dünnflüssigen Medium. Zudem kann durch den geringeren Dampfdruck die Kavitationsneigung reduziert werden.
In dem zweiten Teil 11 des Kopplergehäuses 9 ist eine Ausgleichsbohrung 15 ausgebildet, welche dem Hydraulikmedium das ungehinderte Umströmen des Kopplers 2 bei langsamen Bewegungen des Geberkolbens 3 beispielsweise durch Temperatureinflüsse ermöglicht. Das Hydraulikmedium kann über ein Füllventil 16 in den Druckraum 14 eingefüllt werden.
Zwischen dem ersten Teil 10 des Kopplergehäuses 9 und dem Aktorfuß 5 ist eine Aktorfeder 18 eingespannt, welche als Schraubenfeder ausgeführt ist und den Aktor 6 mit einer Vorspannung beaufschlagt.
Durch die Anordnung der ersten Dichtung 12 zwischen dem ersten Teil 10 des Kopplergehäuses 9, dem Geberkolben 3 und dem zweiten Teil 11 des Kopplergehäuses 9 ist sichergestellt, daß die erste Dichtung nicht mit dem Druck des das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoffs beaufschlagt ist. Dadurch kann das Material der Dichtung so dünn und/oder elastisch gewählt werden, daß das Hydraulikmedium in ein ausreichend großes Verdrängungsvolumen gelangen kann, ohne aus dem Druckraum 14 zu entweichen.
Wird dem Aktor 6 über eine nicht weiter dargestellte elektrische Leitung eine elektrische Erregerspannung zugeführt, dehnen sich die Schichten 7 des Aktors 6 aus, wodurch der Aktorfuß 5 schnell in Abströmrichtung gedrückt wird. Die schnelle Bewegung wird über den Betätigungskörper 4 auf den Geberkolben 3 übertragen. Das in einem Kopplerspalt 19 befindliche Hydraulikmedium überträgt die Bewegung auf den Nehmerkolben 8, wobei über Ringspalte 20 Hydraulikmedium verdrängt wird. Der Nehmerkolben 8 weist eine kleinere wirksame Fläche als der Geberkolben 3 auf, so daß der kleine Hub des Aktors 6 in einen größeren Stellweg beispielsweise einer Ventilnadel, welche mit dem Nehmerkolben 8 in Wirkverbindung stehen kann, übersetzt wird. Wird die den Aktor 6 erregende Spannung abgeschaltet, zieht der Aktor 6 sich zusammen, wodurch der Geberkolben 3 entlastet wird.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und beispielsweise auch für Brennstoffeinspritzventile 1 für gemischverdichtende selbstzündende Brennkraftmaschinen geeignet.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1) zum direkten Einspritzen von Brennstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (6) und einem hydraulischen Koppler (2), wobei der Koppler (2) einen Geberkolben (3) sowie einen Nehmerkolben (8) aufweist, die mit einem Druckraum (14) verbunden sind und der Druckraum (14) mit einem Hydraulikfluid gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (14) über eine erste Dichtung (12) gegenüber einem Aktorraum (21), in welchem sich der Aktor (6) befindet, und über eine zweite Dichtung (13) gegenüber einem Brennstoffraum (17), in welchem sich Brennstoff befindet, abgedichtet ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtung (12) und die zweite Dichtung (13) als Wellrohrdichtungen ausgebildet sind.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtung (12) als Rückstellfeder für den Geberkolben (3) dient.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtung (12) mit dem Geberkolben (3) verschweißt ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtung (13) als Rückstellfeder für den Nehmerkolben (8) dient.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtung (13) mit dem Nehmerkolben (8) verschweißt ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppler (2) in einem zweiteiligen Kopplergehäuse (9) gekapselt ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil (10) des Kopplergehäuses (9) mit einem zweiten Teil (11) des Kopplergehäuses (9) verschweißt ist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aktorraum (21) zwischen dem Kopplergehäuse (9) und einem Aktorfuß (5) eine Aktorfeder (18) angeordnet ist, die auf den Aktor (6) eine Vorspannkraft ausübt.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktorfeder (18) als Spiralfeder ausgebildet ist.

11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (14) mit einem Silikonöl als Hydraulikfluid gefüllt ist.