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EP1519034A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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Publication number
EP1519034A1
EP1519034A1 EP04104460A EP04104460A EP1519034A1 EP 1519034 A1 EP1519034 A1 EP 1519034A1 EP 04104460 A EP04104460 A EP 04104460A EP 04104460 A EP04104460 A EP 04104460A EP 1519034 A1 EP1519034 A1 EP 1519034A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupler
injection valve
fuel injection
fuel
housing
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
EP04104460A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1519034B1 (de
Inventor
Fevzi Yildirim
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1519034A1 publication Critical patent/EP1519034A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1519034B1 publication Critical patent/EP1519034B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • F02M61/16—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

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve according to the preamble of the main claim.
  • a Fuel injector with a piezoelectric or magnetostrictive actuator known, which in operative connection with a valve needle is.
  • the valve needle points to her discharge end on a valve closing body, which with a valve seat surface cooperates with a sealing seat.
  • One Coupler which compensates for changes in length of Components of the fuel injection valve, in particular of temperature-related changes in length of the actuator, serves, is arranged upstream of the actuator module.
  • a coupler in the form of an adaptive, mechanical Tolerance compensation with stroke ratio for the stroke of a piezoelectric actuator is for example from EP 0 447 400 A1.
  • the coupler described here has two against each other axially movable sections, the one Annular gap and a hydraulic volume form.
  • the annular gap connects the hydraulic volume with a compensation chamber.
  • To compensate for changes in length of the actuator is the Hydraulic medium between the hydraulic volume and the Replacement chamber replaced, with the annular gap as Throttle serves. Due to the different sizes Areas of the sections in the hydraulic volume is one Hub translation given.
  • the fuel injection valve according to the invention with the Features of the main claim has the advantage over that even with significantly extended injection phases or Aktorerregened the valve closing body the actuator movements can follow exactly in the stroke direction, the flow rate in any operating state of the fuel injection valve is precisely controllable.
  • Fuel injection valve the fuel than Hydraulic medium used.
  • the fuel injector This makes it easier to build up and the hydraulic volume Can be direct, without consuming and pressure-reducing Seals, are subjected to the fuel pressure.
  • first coupler surface of first coupler section is larger than the second coupler area of the second section. This can be a Stroke ratio between actuator stroke and needle stroke reach, with the Ventilnadelhub increases.
  • Fuel injector are the two coupler sections shaped like a piston and gripping from opposite sides in each case at least partially in one Coupler housing a.
  • the coupler sections are in the Coupler housing with a first annular gap and a second Guided annular gap, these each throttle points for form the hydraulic medium.
  • the Fuel injection valve can be particularly easy build up.
  • the coupler can in be constructed in a particularly simple manner.
  • Coupler sections in part especially in axial Subsections, made of a material, in particular of Aluminum, assures that under hydraulic pressure more deformed than the material from which the housing and / or the coupler housing.
  • the gap in an axial on the Coupler sections or coupler surfaces acting Fuel pressure of 0.3 to 0.7 MPa to 0 to 3 microns adjust, wherein the coupler surfaces at a gap of 0 microns only touch almost without pressure.
  • the housing has compensation elements, the temperature-related changes in the size of the gap compensate.
  • the size of the gap is independent of temperature fluctuations of the fuel injection valve.
  • the function of the coupler is added in this way ensured higher fuel pressures.
  • Inventive fuel injection valve 1 is used in particular for the direct injection of fuel into a combustion chamber of a mixture-compressing, spark-ignited Internal combustion engine.
  • a Valve needle 8 In a step down in the direction of injection tapered hollow cylindrical housing 5 are a Valve needle 8, an actuator 2 and a hydraulic coupler. 3 each arranged coaxially with each other.
  • the inflow side is the Housing 5 hermetically sealed by a housing cover 4 locked. On the housing cover 4 is based on the Inside the actuator 2 with its inflow end from.
  • the actuator 2 Downstream, the actuator 2 has a disc-shaped Actuator head 10 on.
  • the actuator head 10 is in one hollow cylindrical actuator housing 9 guided axially movable.
  • the actuator housing 9 has a downstream at the downstream end inside third flange 16 and is on the inflow side hermetically attached tightly to the housing cover 4.
  • a third Spring element 22 is between the actuator head 10 and the third flange 22 clamped with a bias and keeps the actuator head 10 in constant contact with the actuator 2.
  • the hydraulic Coupler 3 between the actuator 2 and the valve needle. 8 arranged, wherein in a coupler housing 25, a first Coupler section 23 upstream and a second coupler section 24 partially intervene downstream.
  • the first Coupler section 23 has a rod-shaped on the inflow side, made of aluminum spacer 34 and downstream a cup-shaped end piece 35.
  • the intermediate piece 34 reaches downstream to the bottom of the cup-shaped End piece, is there, for example, cohesive fixed and accesses on the inflow side partially in the Actuator 9, where it is fixed to the actuator head 10 connected is.
  • the flexible one Section 26 has one end in the area of downstream end of the actuator housing 9 and with the other end on the intermediate piece 34 hermetically sealed.
  • the second coupler section 24 is piston-shaped educated.
  • the first coupler section 23 has a first one Coupler face 28 and the second coupler section 24 has a second coupler face 29, the coupler faces 28, 29 at the opposite ends of the Coupler sections 23, 24 are arranged.
  • the second coupler portion 24 is smaller in diameter is as the first coupler section 23, is also the first Coupler face 28 larger than the second coupler face 29th
  • the two coupler sections 23, 24 are through a gap 27 spaced.
  • the size of the gap 27 is defined by the axial Displaceability of the coupler sections between 0 and for example, 50 microns variable.
  • a hydraulic volume 17 arranged, which through the coupler housing 25 and the both coupler sections 23, 24 is limited, wherein in This embodiment, the hydraulic volume 17 via a first generated by a first annular gap 32 first Throttle 30 and a through a second annular gap 33 generated second throttle body 31 with the fuel-filled interior of the housing 5 in conjunction stands.
  • a second flange 15 is arranged in the region of the downstream end of the second coupler section 24 in the region of the downstream end of the second coupler section 24 .
  • One second spring element 21 is between the second flange 15th and the downstream thickened edge of the coupler housing 25th clamped and biases the second coupler section 24 easy in spray direction.
  • the valve needle 8 is arranged outflow side of the second Coupler section 24, the valve needle 8 is arranged.
  • the valve needle 8 has a Valve-closing body 7 and engages through an am ejection-side end of the housing 5 is arranged Valve seat body 6.
  • the valve seat body 6 has a centered ejection opening 12 and a Valve seat surface 13, which communicates with the valve closing body. 7 cooperates to a sealing seat.
  • the fuel injection valve 1 opens to the outside.
  • compensation elements 36 which, for example made of Invar steel, compensate for the Temperature - related changes in length, which are the size of the Crevices could affect, so that the size of the gap 27th just before a start of the engine from hot and cold state at 0 microns.
  • the fuel pressure is usually at 0.5 MPa, as a mechanical drive of a pump through the internal combustion engine is not possible. Instead, it will the fuel pressure usually by an electric driven pump generates, without much effort To operate, only about 0.3 to 0.7 MPa applies.
  • both hotter and cooler Internal combustion engine usually a multiple of the Full load fuel injected. This is going through extended valve opening times or longer Actors excited reached.
  • conventional Fuel injection valves in particular in Hot start phases, escapes from the hydraulic coupler in These starting phases so much hydraulic medium that the Valve-closing body 7 is no longer sufficient by the actuator 2 can be operated. The seal closes too soon and the required amount of fuel can not be injected.
  • inventive Fuel injector 1 is in startup phases the Valve needle 8 and the valve closing body 7 directly, without Intermediate layer of a hydraulic cushion, actuated.
  • the size of the Gaps 27 ideally between 25 and 100 microns.
  • Fuel pressure 10 MPa or more
  • the size of the Gaps 27 ideally between 25 and 100 microns.
  • the increased fuel pressure which axially in each case opposite directions on the two coupler sections 23, 24 over the two coupler surfaces 28, 29th acts, causes a compression in the axial direction of the
  • made of aluminum intermediate piece 34 whereby during operation of the coupler 3, the functions, Stroke ratio and / or compensation of temperature-related Length changes of the actuator 2, can take over.
  • the invention is not limited to those shown Embodiments limited and z. B. also for internal opening fuel injectors are used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1) weist einen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2) auf. Ein mit dem Aktor (2) in Wirkverbindung stehender Ventilschließkörper (7) wirkt mit einer Ventilsitzfläche (13) zu einem Dichtsitz zusammen. Ein Koppler (3) weist einen ersten Koppler-Abschnitt (23) mit einer ersten Koppler-Fläche (28) und einen zweiten Koppler-Abschnitt (24) mit einer zweiten Koppler-Fläche (29) auf, wobei die beiden Koppler-Abschnitte (23, 24) gegeneinander beweglich sind und miteinander in einem Hydraulik-Volumen (17) in Wirkverbindung stehen. Das Hydraulik-Volumen (17) ist mit Hydraulikmedium gefüllt, das über zumindest eine Drosselstelle (30, 31) zu- bzw. abgegeben wird und vom Brennstoff mit Druck beaufschlagt ist. Zwischen den Koppler-Abschnitten (23, 24) ist ein Spalt (27) angeordnet, über den das Hydraulikmedium jeweils axial auf die Koppler-Flächen (28, 29) bzw. Koppler-Abschnitte (23, 24) wirkt. Der Brennstoffdruck wirkt so auf zumindest einen der beiden Koppler-Abschnitte (23, 24), daß er sich axial verkürzt, wobei sich der Spalt (27) mit zunehmendem Brennstoffdruck vergrößert. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
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.
Ein Koppler in Form eines adaptiven, mechanischen Toleranzausgleichs mit Hubübersetzung für den Hub eines piezoelektrischen Aktors, ist beispielsweise aus der EP 0 447 400 A1 gekannt. Der hier beschriebene Koppler weist zwei gegeneinander axial bewegliche Abschnitte auf, die einen Ringspalt und ein Hydraulik-Volumen bilden. Der Ringspalt verbindet das Hydraulik-Volumen mit einem Ausgleichsraum. Zum Ausgleich von Längenänderungen des Aktors wird das Hydraulikmedium zwischen dem Hydraulik-Volumen und dem Ausgleichsraum ausgetauscht, wobei der Ringspalt als Drosselstelle dient. Durch die unterschiedlich großen Flächen der Abschnitte im Hydraulik-Volumen ist eine Hubübersetzung gegeben.
Nachteilig bei dem obengenannten Stand der Technik ist insbesondere, daß es in Folge von länger dauernden Einspritzphasen bzw. Aktorerregungen, die beispielsweise bei einem Start der zugehörigen Brennkraftmaschine aus heißem sowie aus kaltem Zustand notwendig sind, zu übergroßem Verlust der Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulik-Volumen kommen kann. Die Folge davon ist, daß der Ventilschließkörper vorzeitig den Dichtsitz schließt und die erforderliche Brennstoffmenge nicht in den Brennraum abgegeben werden kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch bei deutlich verlängerten Einspritzphasen bzw. Aktorerregungen der Ventilschließkörper den Aktorbewegungen in Hubrichtung genau folgen kann, wobei die Durchflußmenge in jedem Betriebszustand des Brennstoffeinspritzventils genau steuerbar ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils wird der Brennstoff als Hydraulikmedium verwendet. Das Brennstoffeinspritzventil läßt sich dadurch einfacher aufbauen und das Hydraulik-Volumen kann direkt, ohne aufwendige und druckmindernde Dichtungen, mit dem Brennstoffdruck beaufschlagt werden.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn die erste Koppler-Fläche des ersten Koppler-Abschnitts größer ist als die zweite Koppler-Fläche des zweiten Abschnitts. Dadurch läßt sich ein Hubübersetzungsverhältnis zwischen Aktorhub und Nadelhub erreichen, wobei sich der Ventilnadelhub vergrößert.
In einer weiteren Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils sind die beiden Koppler-Abschnitte kolbenförmig geformt und greifen von entgegengesetzten Seiten jeweils zumindest teilweise in ein Kopplergehäuse ein. Die Koppler-Abschnitte sind in dem Kopplergehäuse mit einem ersten Ringspalt und einem zweiten Ringspalt geführt, wobei diese jeweils Drosselstellen für das Hydraulikmedium bilden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die sich im Kopplergehäuse gegenüberliegenden Stirnflächen der Koppler-Abschnitte die beiden Koppler-Flächen bilden, über die das Hydraulikmedium axial auf die Koppler-Abschnitte wirkt. Das Brennstoffeinspritzventil läßt sich dadurch besonders leicht aufbauen.
Wird das Hydraulik-Volumen durch das Kopplergehäuse und die beiden Koppler-Abschnitte begrenzt, so kann der Koppler in besonders einfacher Weise aufgebaut werden.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn zumindest einer der Koppler-Abschnitte zum Teil, insbesondere in axialen Teilabschnitten, aus einem Material, insbesondere aus Aluminium, besteht, daß sich unter hydraulischem Druck stärker verformt als das Material, aus welchem das Gehäuse und/oder das Kopplergehäuse besteht.
Vorteilhaft ist es zudem, den Spalt bei einem axial auf die Koppler-Abschnitte bzw. Koppler-Flächen wirkenden Brennstoffdruck von 0,3 bis 0,7 MPa auf 0 bis 3 Mikrometern einzustellen, wobei sich die Koppler-Flächen bei einem Spalt von 0 Mikrometern lediglich nahezu drucklos berühren.
Vorteilhafterweise weist das Gehäuse Ausgleichselemente auf, die temperaturbedingte Änderungen der Größe des Spalts kompensieren. Die Größe des Spalts wird dadurch unabhängig von Temperaturschwankungen des Brennstoffeinspritzventils.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den Spalt bei einem Brennstoffdruck von 10 MPa oder höher auf mindestens 100 Mikrometer, besonders bevorzugt bei einem Brennstoffdruck von 60 Mpa oder höher auf mindestens 25 Mikrometer, zu bemessen. Die Funktion des Kopplers wird in dieser Weise bei höheren Brennstoffdrücken sichergestellt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
eine vereinfachte schematische axiale Schnittdarstellung durch das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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 einem sich stufenartig nach unten in Abspritzrichtung verjüngenden hohlzylindrischen Gehäuse 5 sind eine Ventilnadel 8, ein Aktor 2 und ein hydraulischer Koppler 3 jeweils zueinander koaxial angeordnet. Zuströmseitig ist das Gehäuse 5 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 Aktorgehäuse 9 axial beweglich geführt. Das Aktorgehäuse 9 weist am abströmseitigen Ende einen nach innen weisenden dritten Flansch 16 auf und ist zuströmseitig hermetisch dicht am Gehäusedeckel 4 befestigt. Ein drittes Federelement 22 ist zwischen dem Aktorkopf 10 und dem dritten Flansch 22 mit einer Vorspannung eingespannt und hält den Aktorkopf 10 in ständiger Anlage an den Aktor 2.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der hydraulische Koppler 3 zwischen dem Aktor 2 und der Ventilnadel 8 angeordnet, wobei in ein Kopplergehäuse 25 ein erster Koppler-Abschnitt 23 zuströmseitig und ein zweiter Koppler-Abschnitt 24 abströmseitig teilweise eingreifen. Der erste Koppler-Abschnitt 23 weist zuströmseitig ein stabförmiges, aus Aluminium bestehendes Zwischenstück 34 und abströmseitig ein becherförmiges Endstück 35 auf. Das Zwischenstück 34 greift abströmseitig bis zum Boden des becherförmigen Endstücks ein, ist dort beispielsweise stoffschlüssig fixiert und greift zuströmseitig teilweise in das Aktorgehäuse 9 ein, wo es mit dem Aktorkopf 10 fest verbunden ist.
Ein flexibler Abschnitt 26, der beispielsweise wellrohrförmig oder lochscheibenförmig ausgebildet ist, dichtet das Aktorgehäuse 9 gegen Brennstoff ab. Der flexible Abschnitt 26 ist mit einem Ende im Bereich des abströmseitigen Endes des Aktorgehäuses 9 und mit dem anderen Ende am Zwischenstück 34 hermetisch dicht gefügt. Der zweite Koppler-Abschnitt 24 ist kolbenförmig ausgebildet. Der erste Koppler-Abschnitt 23 weist eine erste Koppler-Fläche 28 und der zweite Koppler-Abschnitt 24 weist eine zweite Koppler-Fläche 29 auf, wobei die Koppler-Flächen 28, 29 an den sich gegenüberliegenden Stirnseiten der Koppler-Abschnitten 23, 24 angeordnet sind.
Da der zweite Koppler-Abschnitt 24 im Durchmesser kleiner ist als der erste Koppler-Abschnitt 23, ist auch die erste Koppler-Fläche 28 größer als die zweite Koppler-Fläche 29. Die beiden Koppler-Abschnitte 23, 24 sind durch einen Spalt 27 beabstandet. Die Größe des Spalts 27 ist durch die axiale Verschiebbarkeit der Koppler-Abschnitte zwischen 0 und beispielsweise 50 Mikrometer variabel.
Im sich ebenfalls in Strömungsrichtung stufenartig verjüngenden Kopplergehäuse 25 ist ein Hydraulik-Volumen 17 angeordnet, welches durch das Kopplergehäuse 25 und die beiden Koppler-Abschnitte 23, 24 begrenzt wird, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das Hydraulik-Volumen 17 über eine durch einen ersten Ringspalt 32 erzeugte erste Drosselstelle 30 und über eine durch einen zweiten Ringspalt 33 erzeugte zweite Drosselstelle 31 mit dem brennstoffbefüllten Inneren des Gehäuses 5 in Verbindung steht.
Im Bereich des abströmseitigen Endes des zweiten Koppler-Abschnitts 24 ist ein zweiter Flansch 15 angeordnet. Ein zweites Federelement 21 ist zwischen dem zweiten Flansch 15 und dem abströmseitig verdickten Rand des Kopplergehäuses 25 eingespannt und spannt den zweiten Koppler-Abschnitt 24 leicht in Abspritzrichtung vor. Abströmseitig des zweiten Koppler-Abschnitts 24 ist die Ventilnadel 8 angeordnet.
Abspritzseitig weist die Ventilnadel 8 einen Ventilschließkörper 7 auf und greift durch einen am abspritzseitigen Ende des Gehäuses 5 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 21 und das dritte Federelement 22 spiralförmig ausgebildet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 öffnet nach außen.
Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 bzw. der zugehörigen abgestellten Brennkraftmaschine liegt die Größe des Spalts 27 bei Drücken unterhalb von 0,7 MPa idealerweise bei 0 Mikrometern, wobei sich die beiden Koppler-Flächen 28, 29 nur nahezu drucklos berühren. Im Ventilgehäuse eingebrachte Ausgleichselemente 36, welche beispielsweise aus Invar-Stahl bestehen, kompensieren die temperaturbedingten Längenänderungen, die die Größe des Spalts beeinflussen könnten, so daß die Größe des Spalts 27 kurz vor einem Start der Brennkraftmaschine aus heißem und kaltem Zustand bei 0 Mikrometern liegt. Bei einem Start der Brennkraftmaschine liegt der Brennstoffdruck üblicherweise bei 0,5 MPa, da ein mechanischer Antrieb einer Pumpe durch die Brennkraftmaschine nicht möglich ist. Statt dessen wird der Brennstoffdruck üblicherweise durch eine elektrisch angetriebene Pumpe erzeugt, die, ohne großen Aufwand betreiben zu müssen,lediglich ca. 0,3 bis 0,7 MPa aufbringt.
In Startphasen, sowohl bei heißer als auch kalter Brennkraftmaschine, wird üblicherweise ein Vielfaches der Volllastbrennstoffmenge eingespritzt. Dies wird durch verlängerte Ventilöffnungszeiten bzw. längere Aktorerregungen erreicht. Bei herkömmlichen Brennstoffeinspritzventilen, insbesondere in Heißstartphasen, entweicht aus dem hydraulischen Koppler in diesen Startphasen soviel Hydraulikmedium, daß der Ventilschließkörper 7 nicht mehr ausreichend durch den Aktor 2 betätigt werden kann. Der Dichtsitz schließt zu früh und die erforderliche Menge an Brennstoff kann nicht eingespritzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil 1 wird in Startphasen die Ventilnadel 8 bzw. der Ventilschließkörper 7 direkt, ohne Zwischenlage eines Hydraulikpolsters, betätigt.
Im Betrieb der nicht dargestellten Brennkraftmaschine, nach längerer Laufzeit bzw. bei einem sich üblicherweise kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine einstellenden Brennstoffdruck von 10 MPa oder mehr, beträgt die Größe des Spalts 27 idealerweise zwischen 25 und 100 Mikrometer. Der erhöhte Brennstoffdruck, welcher axial in jeweils entgegengesetzten Richtungen auf die beiden Koppler-Abschnitte 23, 24 über die beiden Koppler-Flächen 28, 29 wirkt, bewirkt eine Stauchung in axialer Richtung des beispielsweise aus Aluminium gefertigten Zwischenstücks 34, wodurch im laufenden Betrieb der Koppler 3 die Funktionen, Hubübersetzung und/oder Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen des Aktors 2, übernehmen kann.
Wird nach der Startphase der Aktor 2 über eine nicht dargestellte elektrische Leitung erregt, so dehnt er sich schnell aus. Da das Hydraulikmedium nicht schnell genug durch die Drosselstellen 30, 31 aus dem Hydraulik-Volumen 17 abfließen kann, verhält sich der Koppler 3 sehr steif, 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 brennstoffbefüllten Inneren des Gehäuses 5 ausgeglichen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.

Claims (11)

  1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (5), einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktor (2), einem mit dem Aktor (2) in Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper (7), der mit einer Ventilsitzfläche (13) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einem Koppler (3), der einen ersten Koppler-Abschnitt (23) mit einer ersten Koppler-Fläche (28) und einen zweiten Koppler-Abschnitt (24) mit einer zweiten Koppler-Fläche (29) aufweist, wobei die beiden Koppler-Abschnitte (23, 24) gegeneinander beweglich sind und miteinander in einem Hydraulik-Volumen (17) in Wirkverbindung stehen, und wobei das Hydraulik-Volumen (17) mit Hydraulikmedium, das über zumindest eine Drosselstelle (30, 31) zu- bzw. abgegeben wird, gefüllt ist und vom Brennstoff mit Druck beaufschlagt ist, und wobei zwischen den Koppler-Abschnitten (23, 24) ein Spalt (27) angeordnet ist, über den das Hydraulikmedium jeweils axial auf die Koppler-Flächen (28, 29) bzw. Koppler-Abschnitte (23, 24) wirkt,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffdruck so auf zumindest einen der beiden Koppler-Abschnitte (23, 24) wirkt, daß er sich axial verkürzt, wobei sich der Spalt (27) mit zunehmendem Brennstoffdruck vergrößert.
  2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikmedium der Brennstoff ist.
  3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die erste Koppler-Fläche (28) größer ist als die zweite Koppler-Fläche (29).
  4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Koppler-Abschnitte (23, 24) im Bereich ihrer in ein Kopplergehäuse (25) von entgegengesetzten Seiten wenigstens teilweise eingreifenden Enden jeweils kolbenförmig geformt sind und so in das Kopplergehäuse (25) eingreifen, daß der erste Koppler-Abschnitt (23) in einem ersten Ringspalt (32), der eine erste Drosselstelle (30) bildet, geführt ist und daß der zweite Koppler-Abschnitt (24) in einem zweiten Ringspalt (33), der eine zweite Drosselstelle (31) bildet, geführt ist.
  5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    das die beiden Koppler-Flächen (28, 29) der Koppler-Abschnitte (23, 24) aus den sich im Kopplergehäuse (25) gegenüberliegenden Stirnflächen der Koppler-Abschnitte (23, 24) gebildet sind.
  6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulik-Volumen (17) durch das Kopplergehäuse (25) und die beiden Koppler-Abschnitte (23, 24) begrenzt ist.
  7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    das zumindest einer der Koppler-Abschnitte (23, 24) zumindest teilweise aus einem Material besteht, daß sich unter hydraulischem Druck stärker verformt als das Material aus welchem das Gehäuse (5) und/oder das Kopplergehäuse (25) besteht.
  8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    das zumindest einer der Koppler-Abschnitte (23, 24) zumindest teilweise aus Aluminium besteht.
  9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich bei einem axial auf die Koppler-Abschnitte (23, 24) bzw. Koppler-Flächen (28, 29) wirkenden Brennstoffdruck von 0,3 bis 0,7 MPa ein Spalt (27) von 0 bis 3 Mikrometer einstellt, wobei sich bei einem Spalt (25) von 0 Mikrometern die Koppler-Flächen (28, 29) lediglich nahezu drucklos berühren.
  10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) Ausgleichselemente (36) aufweist, die temperaturbedingte Änderungen der Größe des Spalts (27) kompensieren.
  11. Brennstoffeinspritzventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich bei einem axial auf die Koppler-Abschnitte (23, 24) bzw. Koppler-Flächen (28, 29) wirkenden Brennstoffdruck von 10 MPa oder höher ein Spalt (27) zwischen 25 Mikrometer und 100 Mikrometer oder bevorzugt von mindestens 50 Mikrometer einstellt.
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