Aus der EP 0 477 400 Al ist ein hydraulischer Koppler für einen piezoelektrischen Aktor bekannt, bei der der Aktor ei- ne Hubkraft auf einen Geberkolben überträgt. Der Geberkolben ist mit einem Führungszylinder für einen Nehmerkolben kraft- schlüssig verbunden. Der Nehmerkolben, der Führungszylinder und der den Führungszylinder abschließende Geberkolben bil- den eine Hydraulikkammer. In der Hydraulikkammer ist eine Feder angeordnet, die den Geberkolben und den Nehmerkolben auseinander drückt. Um einen Endabschnitt des Führungszylin- ders und den Nehmerkolben ist eine Gummimanschette angeord- net, durch die ein Vorratsraum für ein viskoses Hydraulik- fluid 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 Ge- berkolben und den Führungszylinder eine Hubbewegung über- trägt, wird diese Hubbewegung durch den Druck des Hydraulik- fluids in der Hydraulikkammer auf den Nehmerkolben übertra- gen, da das Hydraulikfluid in der Hydraulikkammer sich nicht

zusammenpressen läßt und nur ein geringer Anteil des Hydrau- likfluids durch den Ringspalt während des kurzen Zeitraumes eines. Hubes in den durch die Gummimanschette gebildeten Vor- ratsraum entweichen kann. In der Ruhephase, wenn der Aktor keine Druckkraft auf den Geberkolben ausübt, wird durch die Feder der Nehmerkolben aus dem Führungszylinder herausge- drückt 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 au- tomatisch 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 Führungszy- linders und den Nehmerkolben gedrückt wird, auf Dauer nur unvollständig ist. Das hochviskose Hydraulikfluid und der Brennstoff können sich vermischen und es kann zu einem Aus- fall 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.

Der bekannte Stand der Technik bietet auch keine Lösung da- für an, wie der Piezoaktor vor dem Kontakt mit Brennstoff, insbesondere Benzin, geschützt werden kann.

Aus der DE 43 06 073 Cl ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem Piezoaktor bekannt, der mit einem großflächigen Druckkolben verbunden ist. Dieser Druckkolben wird mit einer Tellerfeder, die sich gegen ein Brennstoffeinspritzventil- körper abstützt, gegen den piezoelektrischen Aktor vorge- spannt. Der Druckkolben ist in einer Bohrung des Ventilkör- pers geführt und weist eine zentrale Bohrung auf, in der ein Nehmerkolben geführt ist, der mit einer Ventilnadel verbun- den ist. In der Bohrung des Druckkolbens, zwischen dem Grund der Bohrung und dem Nehmerkolben, befindet sich eine Feder,

die den Nehmerkolben in Richtung auf einen Ventilsitz vor- spannt und aus der Bohrung herausdrückt. Das Brennstoffein- spritzventil weist eine Ventilnadel auf, die nach innen öff- net. Zwischen dem Brennstoffeinspritzventilkörper und dem Druckkolben sowie der Gegenseite des Nehmerkolbens befindet sich ein Druckraum. Über den Ringspalt zwischen Nehmerkolben und Druckkolben, die Bohrung in dem Druckkolben und eine Verbindungsbohrung steht der Druckraum mit dem Aktorraum in Verbindung. Der Aktorraum dient dabei als Vorratsraum für ein Hydraulikfluid. Wenn der Piezoaktor durch Anlegen einer Spannung betätigt wird, wird der Druckkolben in Richtung auf den Ventilsitz bewegt und durch die Erhöhung des Drucks des Hydraulikfluids im Druckraum der Nehmerkolben in die Bohrung in den Druckkolben entgegen zu dessen Bewegungsrichtung ge- drückt und somit eine Ventilnadel aus dem Ventilsitz angeho- ben.

Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, daß keine Lösung für ein nach außen öffnendes Brennstoffein- spritzventil ermöglicht wird. Weiterhin ist nachteilig, daß keine Vorrichtungen zum schnellen Wiederbefüllen des Druck- raums nach Rückkehr in die Ruhelage vorgesehen sind.

Schließlich ist der Aufbau mehrteilig und kompliziert, da ein Druckkolben, der in dem Brennstoffeinspritzventil in ei- ner exakten Bohrung geführt wird, wiederum eine exakt zu fertigende Bohrung für den Nehmerkolben aufweisen muß.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kenn- zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß durch die bewegliche Membran eine sichere Abdichtung des Aktorraums gegenüber dem Brennstoffraum er- reicht werden kann. Weiterhin ist vorteilhaft, daß durch das Rückschlagventil eine schnelle Wiederbefüllung des Druckrau- mes nach Rückkehr des Piezoaktors in seine Ausgangslage so- wie nach Rückkehr des Nehmerkolbens in seine Ausgangslage und somit entstehender Volumenvergrößerung des Druckraums erfolgt. Durch den entstehenden-Unterdruck wird das Rück-

schlagventil geöffnet und das Hydraulikfluid fließt schnell und rasch in den Druckraum nach. Die bewegliche Membran kann vorteilhaft dauerhaft abgedichtet werden, beispielsweise wenn es sich um eine dünne Metallmembran handelt, die durch Schweißnähte sowohl an dem Nehmerkolben als auch an einem Brennstoffeinspritzventilkörper befestigt werden kann. Die Dichtlinien selbst sind somit keine beweglichen Dichtlinien und dauerhaft für die Lebenszeit abdichtbar. Die erforderli- che Beweglichkeit erfolgt allein aus der Elastizität der Membran. Dabei ist insbesondere von Vorteil, daß die Membran der Beweglichkeit des Nehmerkolbens nicht entgegensteht, da in dem Aktorraum und in dem Brennstoffraum gleicher Druck herrscht und die Membran durch ihre Verformbarkeit sich in eine solche Stellung bewegt, das sie selbst keine Kräfte aus auftretenden Druckdifferenzen aufnehmen muß. Der Piezoaktor ist somit vor einem Kontakt mit dem Brennstoff sicher ge- schützt und kann durch das hochviskose Hydraulikfluid zu- gleich gekühlt werden, als auch gegen Verschleiß durch Kon- taktreibung mit dem Gehäuse des Brennstoffeinspritzventiles geschützt werden.

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

Vorteilhaft kann der Nehmerkolben wie auch der Geberkolben als ein Tiefziehteil aus Blech ausgebildet werden.

Durch die Verwendung eines eigenen Hydraulikfluids, das hochviskos ist, kann dessen Viskosität den zu erwartenden Ringspalten zwischen einem Führungszylinder und dem Geber- kolben bzw. dem Nehmerkolben angepaßt werden und somit wird die Verwendung von kostengünstig zu fertigen Tief ziehteilen aus Blech möglich, die keine sehr geringen Toleranzen zulas- sen.

In einer günstigen Ausführungsform ist zumindest ein Teilab- schnitt des Ringspalts zwischen Geberkolben oder Nehmerkol-

ben und einem Führungszylinder in der Einbaulage des Brenn- stoffeinspritzventiles in Steigrichtung eventueller Gasbla- sen, an der höchstgelegenen Stelle des Druckraums angeordnet.

Da es montagebedingt nicht möglich ist, den Druckraum eines erfindungsgemäßen Kopplers bei der Herstellung des Brenn- stoffeinspritzventils völlig gasblasenfrei zu halten, ist es entscheidend, daß Gasblasen schnell entweichen können, die sich im Druckraum befinden. Durch das Rückschlagventil kann das Hydraulikfuid während des Betriebes nur während der kur- zen Hubphasen über die Ringspalte aus dem Druckraum austre- ten. Wenn zumindest ein Teilabschnitt eines solchen Rings- paltes an der höchsten Stelle in Einbaulage angeordnet ist, so wird über die Betriebsdauer des Brennstoffeinspritzven- tils der Druckraum sicher von allen Gasblasen entleert.

Durch die Anordnung des Aktors und somit des Aktorraums oberhalb des Kopplers in normaler Einbaulage ist auch das durch das Rückschlagventil nach einem Hub nachfließende Hy- draulikfluid gasblasenfrei. Es kann nicht zu einer Verrine- rung des Hubes der Ventilnadel durch die ungewollte Kompres- sion einer Gasblase im Druckraum kommen. Restliche Gasblasen werden sich mit der Zeit im oberen Bereich des Aktorraums ansammeln und soweit komprimiert sein, wie es dem Druck ent- spricht, der in Aktorraum und Brennstoffraum gleich herrscht. Die unvermeidlich bei der Befüllung während der Herstellung eines Brennstoffeinspritzventils entstehenden Gasblasen können dadurch nicht zu Funktionsausfällen und Störungen führen.

In einer günstigen Ausführungsform ist der Nehmerkolben mit dem Führungszylinder dichtend und kraftschlüssig verbunden.

Indem beispielsweise der Führungszylinder aus einem Tiefziehblechteil oder einem Rohrabschnitt besteht, der mit dem Nehmerkolben durch Verschweißen dichtend verbunden ist, entsteht ein einfaches Bauelement. Der Geberkolben wird in diesem becherartigen Bauelement geführt.

Alternativ ist es möglich, den Geberkolben und den Nehmer- kolben mit unterschiedlichen Durchmessern und somit wirksa- men Flächen zu versehen.

Dadurch kann eine Wegübersetzung bewirkt werden und der ge- ringe Hub eines Piezoaktors in einem größeren Stellweg über- setzt werden.

In vorteilhafter Ausführung ist das Rückschlagventil ein Ku- gelrückschlagventil, dessen Ventilsitz an dem Geberkolben ausgebildet ist.

Ein Kugelrückschlagventil ist kostengünstig zu fertigen und kann bei geringer Baugröße gut in dem Druckraum angeordnet werden.

In günstiger Ausführungsform wird als Hydraulikfluid ein Si- likonöl verwendet.

Eine Aktorfeder kann als Spiralfeder ausgebildet sein und den hydraulischen Koppler umschließen.

Die nötige Vorspannungskraft auf den Aktor kann somit in ei- ner raumsparenden Anordnung bewirkt werden.

Vorteilhaft weist die Membrane eine in einem radialen Schnitt wellenförmige Kontur auf.

Dadurch wird bei einer Anordnung der Membrane in einer ra- dialen Ebene, bezogen auf eine Symmetrieachse eines Brenn- stoffeinspritzventils, eine hohe axiale Verformbarkeit der Membrane erzeugt. Im Falle von Druckunterschieden zwischen dem Aktorraum und dem Brennstoffraum verformt sich die Mem- brane in axiale Richtung entlang ihrem radialen Schnitt so lange, bis Druckgleichheit herrscht. Ebenso paßt sie sich dadurch der Bewegung des Nehmerkolbens an, mit dem sie dich- tend und kraftschlüssig verbunden ist.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei- bung näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungs- beispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffein- spritzventils im Bereich des Aktors und Kopplers.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Brenn- stoffeinspritzventils 1, wobei der Bereich eines piezoelek- trischen oder magnetostriktiven Aktors 2 und eines Aktor- raums 3, der über eine Verbindungsbohrung 4 mit einem unte- ren Aktorraum 5 in Verbindung steht, dargestellt sind. Der Aktor 2 ist in einem Aktorraumgehäuse 6 angeordnet, das durch eine Verschlußplatte 7 begrenzt wird. Durch eine Boh- rung 8 in der Verschlußplatte 7 sind elektrische Anschlüsse 9 hindurchgeführt und durch einen 0-Ring 10 abgedichtet.

Über diese elektrischen Anschlüsse 9 wird der Aktor 1 mit einer elektrischen Spannung angesteuert. Eine Aktorfeder 11 stützt sich auf eine Zwischenscheibe 12 ab und drückt einen Aktorkopf 13 gegen den Aktor 2, so daß dieser mit der Ver- schlußplatte 7 in Anlage kommt. An dem Aktorkopf 13 liegt ein Geberkolben 14 an, der in einem Führungszylinder 15 ge- führt ist. Der Führungszylinder 15 ist mit einem Nehmerkol- ben 16 durch eine Schweißnaht 17 dichtend und kraftschlüssig verbunden. Eine Kopplerfeder 18 übt auf den Geberkolben 14 eine Vorspannungskraft aus, die den Geberkolben 14 aus dem Führungszylinder 15 herauszutreiben sucht. Der Geberkolben 14, der Führungszylinder 15, der Nehmerkolben 16 und die Kopplerfeder 18 bilden den Koppler 19. Im Inneren des Kopp- lers 19 ist eine Rückschlagkugel 20 angeordnet, die über ei- ne Rückschlagfeder 21 und eine Führungshülse 22 gegen einen Ventildichtsitz 23 in den Geberkolben 14 gedrückt wird. Die Rückschlagkugel 20, die Rücks-chlagfeder 21 und der Dichtsitz 23 bilden ein Rückschlagventil 24. Über Zulaufbohrungen 25

kann das Hydraulikfluid aus dem oberen Aktorraum 3 zu dem Ventildichtsitz 23 des Rückschlagventils 24 gelangen. Der Koppler 19 wird mit seinem Führungszylinder 15 in eine Boh- rung 26 der Zwischenscheibe 12 geführt. Über eine äußere Schweißnaht 27 ist eine Membran 29 mit der Zwischenscheibe 12 dichtend verbunden und über eine innere Schweißnaht 28 ist dieselbe Membran 29 mit dem Nehmerkolben 16 dichtend verbunden.

Die Membran 29 trennt einen Brennstoffraum 30 von dem unte- ren Aktorraum 5. Da der untere Aktorraum 5 über die Verbin- dungsbohrung'4 mit dem oberen Aktorraum 3 verbunden ist, herrscht in dem oberen Aktorraum 3, dem unteren Aktorraum 5 sowie dem Brennstoffraum 30 der gleiche Druck, wobei sich die Membran 29 soweit verformt, bis Druckausgleich herge- stellt ist. Die Membran 29 folgt auch der Bewegung des Neh- merkolbens 16, und weiter radial außerhalb angeordnete Teile der Membran 29 vollführen hierbei eine gegenläufige Bewe- gung, so daß ebenfalls der Druckausgleich zwischen dem unte- ren Aktorraum 5 und dem Brennstoffraum 30 während einer Hub- bewegung des Nehmerkolbens 16 erhalten bleibt. Die Hubbewe- gung des Nehmerkolbens 16 wird durch die Membran 29 nicht oder nur unwesentlich gehindert oder beeinflußt. Der Nehmer- kolben 16 überträgt eine eventuelle Hubbewegung auf eine Ventilnadel 31.

Wenn an den Aktor 2 über die elektrisch Zuleitung 9 eine Spannung angelegt wird, so übt der Aktor 2 auf den 13 eine Hubbewegung aus, die sich weiter auf den. Geberkolben 14 des Kopplers 19 überträgt. Der Geberkolben 14 wird in das Innere des Führungszylinders 15 gedrückt, der mit dem Neh- merkolben 16 als einteiliges Tiefziehteil ausgebildet ist.

Das Hydraulikfluid im Inneren eines durch den Nehmerkolben 16, den Führungszylinder 15 und den Geberkolben 14 gebilde- ten Druckraums 32 ist als hochviskose Flüssigkeit, bei- spielsweise ein Silikonöl, fast nicht kompressibel. Es kommt somit zu einem schnellen Druckanstieg im Druckraum 32, durch den die Rückschlagkugel 20 in den Dichtsitz 23 gepreßt wird und der Führungszylinder 15 mit dem Nehmerkolben 16 sich in

der Bohrung 26 der Zwischenscheibe 12 in Richtung der Ven- tilnadel 31 bewegt und auf diese Ventilnadel 31 eine Hub- kraft ausübt. Durch den zwischen den Geberkolben 14 und Füh- rungszylinder 15 zwangsläufig bestehenden Ringspalt kann aufgrund der hohen Viskosität des Silikonöls nur eine gerin- ge Menge Silikonöl in den oberen Druckraum 3 entweichen. Die Ventilnadel 31 des Brennstoffeinspritzventils 1 öffnet so- mit. Nach dem Abfallen der Spannung an dem Aktor 2, wird der Aktor 2 durch die Aktorfeder 11 über den Aktorkopf 13 zurück in seine Ausgangslage gedrückt. Ebenso kehrt die Ventilnadel 31 in ihre Ausgangslage zurück. Durch die Kopplerfeder 18 werden der Führungszylinder 15 und der Nehmerkolben 16 bis zum Anschlag ah die Ventilnadel 13 gedrückt und der Geber- kolben 14 bis zum Anschlag an den Aktorkopf 13 gedrückt. Da über den Ringspalt zwischen Geberkolben 14 und Führungszy- linder 15 das Hydraulikfluid nicht rasch genug in den Druck- raum 32 nachströmen kann, entsteht aufgrund der Kraft der Kopplerfeder 18 ein Unterdruck in dem Druckraum 32 und die Rückschlagkugel 20 wird aus dem Dichtsitz 23 angehoben. Von dem Aktorraum 3 kann über die Zulaufbohrungen 25 und den Dichtsitz 23 Silikonöl in den Druckraum 32 solange nachflie- ßen, bis kein Unterdruck mehr herrscht und die Rückschlagfe- der 21 die Rückschlagkugel 20 wiederum in den Dichtsitz 23 drückt. Der Koppler 19 paßt sich somit selbsttätig Längen- veränderungen zwischen'der Ruhelage der Ventilnadel 31 und des Aktorkopfes 13 an.

Vorteilhaft können die Eigenschaften des Silikonöls für den Koppler und der Verwendung in dem Aktorraum 3 optimiert wer- den. So kann durch die Einstellung einer geeigneten Viskosi- tät erreicht werden, daß die Bauteile des Geberkolbens 14, des Führungszylinders 15 und des Nehmerkolbens 16 als ko- stengünstig zu fertigende Tiefziehbleche ausgeführt werden können, die relativ große Spaltmaße bedingen. Die beschrie- bene erfindungsgemäße Ausführungsform eines Brennstoffein- spritzventils 1 ermöglicht weiterhin eine sichere Abdichtung des Aktors 2 gegenüber dem Brennstoffraum 30, da die Dicht- membran 29 keine Druckkräfte aufnehmen muß. Durch die hier ebenfalls dargestellte Anordnung des Geberkolbens 14 in ei-

ner Einbaulage des Brennstoffeinspritzventils 1 derart, daß der unvermeintliche Ringspalt zwischen Geberkolben 14 und Führungszylinder 15 zumindest in einem Teil in der Auf- stiegsrichtung von eventuellen Gasblasen im Druckraum 32 oben liegt, wird erreicht, daß im Langzeitbetrieb der Druck- raum 32 gasblasenfrei ist und das Brennstoffventil 1 ein- wandfrei funktioniert. Gasblasen sammeln sich im Druckraum 32 oben an und im Falle eines Hubes des Aktors 2 werden zu- nächst die Gasblasen durch den Ringspalt hinausgedrückt. Im oberen Aktorraum 3 sammeln sich. jedoch die Gasblasen in der Nähe der Verschlußplatte 7, an welcher Stelle sie die Funk- tionsfähigkeit des Brennstoffeinspritzventils 1 nicht beein- trächtigen. Das über den Dichtsitz 23 nachströmende Hydrau- likfluid ist daher gasblasenfrei. Nach kurzer Zeit befinden sich in dem Druckraum 32 keinerlei Gasblasen.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß das Silikonöl sowohl auf den Aktor 2 wie auch alle anderen beweglichen Teile eine dämp- fende Wirkung ausübt. Aufgrund der hohen Betätigungsrate von Brennstoffeinspritzventilen 1, die bei modernen Brennkraft- maschinen nötig ist, kann es zu Schwingungen kommen, die wirksam gedämpft werden.