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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Koppler,
insbesondere hydraulisch arbeitende Koppler in Brennstoffeinspritzventilen
mit Piezo-Antrieb, zur Kompensation von temperatur- und druckbedingten
Längenänderungen
von Bauteilen, insbesondere des Aktors, sowie Längenänderungen aufgrund von Verschleiß, sind
aus dem Stand der Technik bekannt.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 101
37 210 A1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen
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 zwischen der Ventilnadel und dem Aktor angeordnet. Der
Koppler weist zwei gegeneinander axial bewegliche Abschnitte bzw.
Kolben auf, die zwei Ringspalte und ein Hydraulik-Volumen bilden. Die
Ringspalte verbinden das Hydraulik- Volumen mit dem brennstoffbefüllten Inneren
des Ventilkörpers.
Zum Ausgleich von Längenänderungen
des Aktors wird Brennstoff über
die Ringspalte zu- oder abgegeben. Durch eine um die Ventilnadel
spiralförmig
herum verlaufende Schließfeder
wird die Vorspannung, mit der die beiden Kolben auf das Hydraulik-Volumen wirken,
eingestellt.
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Nachteilig
bei dem obengenannten Stand der Technik ist insbesondere, daß hohe Kopplerinnendrücke nur
durch entsprechend hohe Vorspannkräfte erreicht werden können. Bei
geringen Kopplerinnendrücken
steigt die Kavitationsneigung des verwendeten Hydraulikmediums,
starke Vorspannkräfte sind
ungünstig
für die
Ventildynamik und die Einstellgenauigkeit. Außerdem müssen Bauteile größer bemessen
werden, um den erhöhten
Kräften
dauerhaft standzuhalten.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß bei
relativ niedrigen Vorspannkräften
hohe Kopplerinnendrücke
erzielt werden können.
Die Kavitationsneigung des Hydraulikmediums ist bei gleichzeitiger
guter Ventildynamik und geringen Bauteilabmessungen sehr gering.
Die Dauerhaltbarkeit und Zuverlässigkeit
sowie die Ventildynamik des Brennstoffeinspritzventils werden dadurch
ebenfalls verbessert. Außerdem
können
die Vorspannkräfte
genauer und leichter eingestellt werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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In
ersten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
ist das Druckelement spiralförmig
und dauerelastisch ausgebildet. Das Druckelement kann dadurch vorteilhaft
kompakt angeordnet werden und die Vorspannkraft kann dauerhaft konstant
halten.
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Vorteilhaft
ist es zudem, wenn der erste Koppler-Abschnitt und der zweite Koppler-Abschnitt zylinderförmig ausgebildet
sind, der Spalt als Ringspalt ausgebildet ist und die Ausnehmung
hohlzylindrisch geformt ist. Dadurch läßt sich der Koppler besonders
einfach, kompakt und leicht aufbauen.
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In
einer weiteren Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
verjüngt sich
der erste Abschnitt in einem zylindrischen Fortsatz vom Hydraulik-Volumen
weggerichtet. Auch dadurch ist eine sehr kompakte Bauweise möglich. Insbesondere
läßt sich
das Druckelement besonders günstig
platzieren, wobei es dafür
besonders günstig ist,
daß sich
der Fortsatz zudem durch eine Stufe auf Höhe der Oberkante der Ausnehmung
verjüngt
und der Fortsatz koaxial zum ersten Abschnitt angeordnet ist.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der Fortsatz einen axial verlaufenden Kanal
aufweist, der über eine
dazu mit einem radialen Richtungsanteil verlaufende Öffnung mit
dem Ausgleichsraum verbunden ist. Der Koppler läßt sich dadurch in besonders
einfacher Weise mit Hydraulikmedium befüllen und durch einen Kugelkörper verschließen.
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Wird
ein Ende des flexiblen Abschnitts an der radialen Außenfläche des
ersten Abschnitts und das andere Ende des flexiblen Abschnitts an
der radialen Außenfläche des
zweiten Koppler-Abschnitts hermetisch dicht gefügt, kann der Ausgleichsraum
besonders einfach gebildet und vorteilhaft platziert werden. Dies
läßt sich
weiter verbessern, indem ein Ende des flexiblen Abschnitts zwischen
dem ersten Abschnitt und dem ersten Halter und/oder das andere Ende des
flexiblen Abschnitts zwischen dem zweiten Abschnitt und dem zweiten
Halter geklemmt ist.
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Vorteilhaft
ist es weiterhin, wenn das Druckelement unter Zwischenlage eines
Zwischenlageelements auf den flexiblen Abschnitt drückt. Der
im Ausgleichsraum herrschende Druck kann dadurch besonders einfach
eingestellt und angepasst werden.
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Vorteilhaft
ist es zudem, wenn das Zwischenlageelement ringförmig oder lochscheibenförmig ist, wobei
die auf dem flexiblen Abschnitt aufliegende Fläche im Querschnitt kreissegmentförmig bzw.
abgerundet ist. Der auf den flexiblen Abschnitt wirkende Druck läßt sich
dadurch gleichmäßiger verteilen
und der Koppler läßt sich
kompakter gestalten, wie auch durch die hülsenförmige Ausbildung zumindest
einer der Halter.
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Vorteilhafterweise
verjüngt
sich der zweite Halter stufenförmig.
Dadurch ist eine sehr kompakte und einfache Bauweise des Kopplers
möglich.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, den ersten Halter an seinem dem ersten Abschnitt
zugewandten Ende abzurunden. Der flexible Abschnitt wird dadurch
weniger belastet und dauerhaltbarer.
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In
einer weiteren Weiterbildung ist das Hydraulik-Volumen, zusätzlich zum
Spalt, mit dem Ausgleichsraum durch zumindest eine Drosselbohrung verbunden.
Die hydraulischen Eigenschaften des Kopplers lassen sich dadurch
vorteilhaft und einfach beeinflussen und leicht einstellen.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
vereinfachte schematische axiale Schnittdarstellung durch das Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung beispielhaft beschrieben.
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Ein
in 1 in einer axialen Schnittdarstellung gezeigtes
erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 dient
insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum
einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
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In
einem sich stufenartig nach unten in Abspritzrichtung verjüngenden
hohlzylindrischen Ventilgehäuse 38 sind
eine Ventilnadel 8, ein Aktor 2 und ein hydraulischer
Koppler 3 jeweils zueinander koaxial angeordnet. Oben,
zuströmseitig
ist das Gehäuse 38 durch
einen Gehäusedeckel 4 hermetisch
dicht verschlossen. Am Gehäusedeckel 4 stützt sich
an der Innenseite der Aktor 2 mit seinem zuströmseitigen
Ende ab. Abströmseitig
weist der Aktor 2 einen scheibenförmigen Aktorkopf 10 auf.
Der Aktorkopf 10 ist in einem hohlzylindrischen Aktormodulgehäuse 9 axial
beweglich geführt.
Das Aktorgehäuse 5 ist
abströmseitig
mit der Ventilnadel 8 über
einen Wellbalg 39 verbunden, der den Aktorraum 42 hermetisch
vom Kraftstoff abdichtet. Ein zweites Federelement 22 ist zwischen
dem Aktorkopf 10 und dem zweiten Flansch 15 mit
einer Vorspannung eingespannt und hält den Aktorkopf 10 in
ständiger
Anlage an den Aktor 2.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der hydraulische Koppler 3 zwischen dem Aktor 2 und
der Ventilnadel 8 angeordnet, wobei ein erster zylinderförmiger Koppler-Abschnitt 23 zuströmseitig
und ein zweiter zylinderförmiger
Koppler-Abschnitt 24 abströmseitig angeordnet sind. Der
erste im Durchmesser kleinere Koppler-Abschnitt 23 greift
in eine koaxial im zweiten Abschnitt 24 zuströmseitig
angeordnete hohlzylinderförmige
Ausnehmung 16 teilweise ein. Umfänglich des ersten Koppler-Abschnitts 23,
zwischen dem ersten und zweiten Koppler-Abschnitt 23, 24,
bildet sich dabei ein als Ringspalt ausgeführter Spalt 27 aus.
Der Spalt 27 verbindet ein zwischen den sich gegenüberliegenden
axialen Innenflächen von
erstem und zweitem Koppler-Abschnitt 23, 24 liegendes
Hydraulik-Volumen 17 und einen Ausgleichsraum 21.
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Die
Größe des Hydraulik-Volumens 17 ist durch
die gegeneinander axial verschiebbaren beiden Koppler-Abschnitte 23, 24 variierbar.
Der erste Koppler-Abschnitt 23 weist einen koaxial angeordneten
zylinderförmigen
bzw. stabförmigen
Fortsatz 32 auf. Der Fortsatz 32 ist dabei auf
der vom Hydraulik-Volumen 17 weggerichteten axialen Seite
des ersten Koppler-Abschnitts 23, also zum Aktor 2 hin,
angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
verjüngt sich
der erste Koppler-Abschnitt 23 durch eine etwa auf Höhe der Oberkante
der Ausnehmung 16 liegende Stufe 33 zu dem Fortsatz 32.
Ein im Fortsatz 32 axial und koaxial verlaufender Kanal 26,
der beispielsweise durch Bohren hergestellt ist, ist durch eine
in der Wandung des Fortsatzes 32 angeordnete Öffnung 34 mit
dem Ausgleichsraum 21 verbunden. Zuströmseitig greift der Fortsatz 32 bis
zum Aktorkopf 10 teilweise in das Aktorgehäuse 9 ein
und ist mit dem Aktorkopf 10 gefügt, beispielsweise stoff- oder kraftschlüssig.
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Ein
flexibler Abschnitt 25, der lochscheibenähnlich als
Membran ausgebildet ist, sich jedoch an seinen Enden auch axial
erstreckt, ist im Bereich seines Außenumfangs an der radialen
Außenfläche des zweiten
Abschnitts 24 hermetisch dicht gefügt. Im Bereich seines Innenumfangs
ist der flexible Abschnitt 25 an der radialen Außenfläche des
Fortsatzes 32 hermetisch dicht gefügt, wobei der Fortsatz 32 den
flexiblen Abschnitt 25 mittig durchgreift. Der flexible
Abschnitt 25, der erste Koppler-Abschnitt 23 mit dem
Fortsatz 32 und der zweite Koppler-Abschnitt 24 begrenzen
in dieser Weise den Ausgleichsraum 21.
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Ein
erster hülsenförmiger Halter 29 ist über den
Fortsatz 32 gestülpt
und klemmt den flexiblen Abschnitt 25 im Bereich seines
Innenumfangs zwischen sich und dem Fortsatz 32 form- und/oder kraftschlüssig und
hermetisch dicht fest. Das dem flexiblen Abschnitt 25 zugewandte
und an ihm aufliegende Ende des ersten Halters 29 ist abgerundet.
Der erste Halter 29 ist bewegungsfest mit dem Fortsatz 32 beispielsweise
durch eine Schweißung
verbunden.
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Ein
zweiter hülsenförmiger Halter 30 umgreift
mit einem abströmseitigen
axialen Teilabschnitt den zweiten Koppler-Abschnitt 24 und ist hier mit
der radialen Außenfläche des
zweiten Koppler-Abschnitts 24 beispielsweise durch eine
Schweißung gefügt. Der
Bereich des Außenumfangs
des flexiblen Abschnitts 25 ist zwischen dem abströmseitigen
axialen Teilabschnitt des zweiten Halters 30 und dem zweiten
Koppler-Abschnitt 24 hermetisch dicht geklemmt. Ein um
den Fortsatz 32 umlaufender axialer Teilbereich des zweiten
Halter 30 verjüngt
sich stufenförmig,
wobei das zuströmseitige
Ende durchmesserverkleinernd zu einem Einzug 37 eingezogen
ist und dabei den Fortsatz 32 radial umgibt.
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Der
flexible Abschnitt 25 und damit der Ausgleichsraum 21 bzw.
das im Ausgleichsraum 21 befindliche Hydraulikmedium ist
durch ein unter einer Vorspannung stehendes Druckelement 28 mit
Druck beaufschlagt. Das im gezeigten Ausführungsbeispiel spiralförmige und
dauerelastische Druckelement 28 drückt mit einem Ende über ein
Zwischenlageelement 31 auf den flexiblen Abschnitt 25 von
außerhalb des
Ausgleichsraums 21 und stützt sich dabei mit dem anderen
Ende an dem mit dem zweiten Koppler-Abschnitt 24 bewegungsfest
verbundenen zweiten Halter 30 am Einzug 37 ab.
In anderen Ausführungsbeispielen
stützt
sich das andere Ende des Druckelements 28 am mit dem ersten
Koppler-Abschnitt 23 bewegungsfest verbundenen ersten Halter 29 ab.
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Das
Zwischenlageelement 31 ist in diesem Ausführungsbeispiel
ringförmig,
umgibt den Fortsatz 32 radial und ist an den mit dem flexiblen
Abschnitt 25 berührenden
Flächen
abgerundet.
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Der
Ausgleichsraum 21 ist neben dem Spalt 27 durch
eine axial im zweiten Koppler-Abschnitt 24 angeordnete
Drosselbohrung 36 mit dem Hydraulik-Volumen 17 verbunden.
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Der
Ausgleichsraum 21, der Spalt 27, die Öffnung 34 und
der Kanal 26 sind vollständig mit dem Hydraulikmedium
gefüllt,
welches durch den Kanal 26 eingefüllt ist. Der Kanal 26 ist
nach dem Einfüllen durch
einen Kugelkörper 35 druckfest
verschlossen.
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Abspritzseitig
weist die Ventilnadel 8 einen Ventilschließkörper 7 auf
und greift durch einen am abspritzseitigen Ende des Gehäuses 38 angeordneten
Ventilsitzkörper 6.
Der Ventilsitzkörper 6 weist eine
zentriert angeordnete Abspritzöffnung 12 und eine
Ventilsitzfläche 13 auf,
die mit dem Ventilschließkörper 7 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Zuströmseitig weist die Ventilnadel 8 einen
ersten Flansch 14 auf. Zwischen dem ersten Flansch 14 und dem
Ventilsitzkörper 6 ist
ein erstes Federelement 20 eingespannt, das den Ventilschließkörper 7 in
den Dichtsitz zieht und wie das zweite Federelement 22 spiralförmig ausgebildet
ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 öffnet nach außen.
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Wird
der Aktor 2 über
eine nicht dargestellte elektrische Leitung erregt, so dehnt er
sich schnell aus. Da das Hydraulikmedium nicht schnell genug durch
den Spalt 27 und die Drosselbohrung 36 aus dem
Hydraulik-Volumen 17 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 20 axial
in Abspritzrichtung bewegt. Dadurch öffnet der Dichtsitz und der
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 17 und dem Ausgleichsraum 21 ausgeglichen.
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Der
Druck im Ausgleichsraum 21 ergibt sich dabei aus der durch
die effektiv auf den flexiblen Abschnitt 25 wirkende geteilte
Federkraft des Druckelements 28. Die Rückstellkraft des Kopplers 3 ergibt sich
aus dem Druck im Ausgleichsraum 21 multipliziert mit der
effektiv zum Aktor 2 hin gerichteten Fläche, die mit Druck durch das
Hydraulikmedium beaufschlagt ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
kann z. B. auch für
nach innen öffnende
Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.