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Patent Searching and Data


Title:
HYDRAULIC COUPLER AND FUEL INJECTION VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/010343
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a hydraulic coupler for a fuel injection valve, comprising a multiplying piston (6) capable of being connected to an actuator (4), in particular to a piezoelectric actuator, and a multiplying piston (7) capable of being connected to an injector needle. A chamber located between the two multiplying pistons (6, 7) is filled with a hydraulic fluid, for the entire life span of the coupler, so as to provide hydraulic coupling between the two multiplying pistons. The invention aims at creating a coupler of simple design and capable of being produced economically. Therefor, one end of the multiplying piston (7) is guided into one end of the other multiplying piston (6). Moreover, a multiplying chamber (14), formed between the surface on one multiplying piston (7) and the other multiplying piston (6), communicates with another housing chamber (15) for the hydraulic fluid and sealed by a sealing element (17) with spring action.

Inventors:
BOECKING FRIEDRICH (DE)
Application Number:
PCT/DE2004/001198
Publication Date:
February 03, 2005
Filing Date:
June 09, 2004
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
BOECKING FRIEDRICH (DE)
International Classes:
F02M51/06; F02M61/16; F02M61/08; F02M63/00; (IPC1-7): F02M51/06; F02M61/08; F02M61/16
Foreign References:
DE10148594A12003-04-10
DE19838862A12000-03-09
DE19958704A12001-06-13
EP1111230A22001-06-27
DE4306072A11994-09-08
US6062532A2000-05-16
US6530273B12003-03-11
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Claims:
Patentansprüche
1. Hydraulischer Koppler für ein Kraftstoffeinspritzventil mit ei nem Übersetzerkolben (6), der mit einem Aktor (4), insbeson dere einem Piezoaktor, koppelbar ist, und mit einem weiteren Übersetzerkolben (7), der mit einer Düsennadel koppelbar ist, wobei zwischen den beiden Übersetzerkolben (6,7) eine Le bensdauerbefüllung eines Hydraulikmediums angeordnet ist, um die beiden Übersetzerkolben (6,7) hydraulisch miteinan der zu koppeln, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende ei nes der Übersetzerkolben (7) in einem Ende des anderen Ü bersetzerkolbens (6) geführt ist, und dadurch, dass ein zwi schen der Stirnseite (12) des einen Obersetzerkolbens (7) und dem anderen Übersetzerkolben (6) ausgebildeter Übersetzer raum (14) mit einem zusätzlichen Aufnahmeraum (15) für Hydraulikmedium in Verbindung steht, der durch ein Feder Dichtelement (17) abgedichtet ist.
2. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem einen Übersetzerkolben (7) ein Verbindungskanal (28, 32), ausgebildet ist, der den Übersetzerraum (14) mit dem zu sätzlichen Aufnahmeraum (15) für Hydraulikmedium verbin det.
3. Koppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (28,32) mit einer Drossel (29) ausges tattet ist.
4. Koppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (29) in Befüllungsrichtung einseitig verrundet ist.
5. Koppler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der Verbindungskanal ein Durchgangsloch (28) umfasst, das in Längsrichtung des einen Übersetzerkol bens (7) verläuft.
6. Koppler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch (28) auf der dem Übersetzerraum (14) abgewandten Seite des einen Übersetzerkolbens (7) durch ein Dichtelement (34) verschlossen ist.
7. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Aufnahmeraum (15) für Hydraulikmedium von einem Ringraum gebildet wird, der radial außerhalb des einen Kolbens (7) angeordnet ist.
8. Koppler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (15) in axialer Richtung durch den anderen Kol ben (6) und durch ein feststehendes Gehäuseteil (1) begrenzt wird.
9. Koppler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem anderen Kolben (6) und dem feststehenden Gehäuseteil (1) ein Federelement (24) eingespannt ist.
10. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Aufnahmeraum (15) für Hydraulikmedium radial außen von einem Wellbalg (17) begrenzt wird.
11. Koppler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellbalg (17) in radialer Richtung verformbar ist.
12. Kraftstoffeinspritzventil mit einem hydraulischen Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Description:
Hydraulischer Koppler und Kraftstoffeinspritzventil Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Koppler für ein Kraftstoff- einspritzventil, mit einem Übersetzerkolben, der mit einem Aktor, ins- besondere einem Piezoaktor, koppelbar ist, und mit einem weiteren Übersetzerkolben, der mit einer Düsennadel koppelbar ist, wobei zwischen den beiden Übersetzerkolben eine Lebensdauerbefüllung eines Hydraulikmediums angeordnet ist, um die beiden Übersetzer- kolben hydraulisch miteinander zu koppeln. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftstoffeinspritzventil.

Stand der Technik Hydraulische Koppler dienen dazu, Temperaturunterschiede zwi- schen Aktor und Düsennadel auszugleichen. Der Begriff Lebensdaü- erbefüllung soll verdeutlichen, dass der Koppler vor der Inbetrieb- nahme mit Hydraulikmedium befüllt wird und diese Befüllung wäh- rend der gesamten Lebensdauer nicht mehr ersetzt oder ergänzt wird. Demzufolge sind an die Dichtigkeit hohe Anforderungen zu stel- len. Herkömmliche Koppler sind oft kompliziert aufgebaut und/oder nur mit hohem Aufwand zu befüllen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen hydraulischen Koppler und ein Kraftstoffeinspritzventil der eingangs geschilderten Art zu schaf- fen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sind. Dar-

über hinaus soll der zu schaffende Koppler mit geringem Aufwand zu befüllen sein.

Vorteile der Erfindung Die Aufgabe ist bei einem hydraulischen Koppler für ein Kraftstoff- einspritzventil, mit einem Übersetzerkolben, der mit einem Aktor, ins- besondere mit einem Piezoaktor, koppelbar ist, und mit einem weite- ren Übersetzerkolben, der mit einer Düsennadel koppelbar ist, wobei zwischen den beiden Übersetzerkotben eine Lebensdauerbefüllung eines Hydraulikmediums angeordnet ist, um die beiden Übersetzer- kolben hydraulisch miteinander zu koppeln, dadurch gelöst, dass ein Ende eines der Übersetzerkolben in einem Ende des anderen Über- setzerkolben geführt ist, und dadurch, dass ein zwischen den Stirn- seiten des einen Übersetzerkolbens und dem anderen Übersetzer- kolben ausgebildeter Übersetzerraum mit einem zusätzlichen Auf- nahmeraum für Hydraulikmedium in Verbindung steht, der durch ein Feder-Dichtelement abgedichtet ist. Das Feder-Dichtelement dient einerseits zur Abdichtung des zusätzlichen Aufnahmeraums für Hyd- raulikmedium. Andererseits kann durch das Feder-Dichtelement die Vorspannung für den Befüllungsdruck bereitgestellt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist dadurch ge- kennzeichnet, dass in dem einen Übersetzerkolben ein Verbindungs- kanal ausgebildet ist, der den Übersetzerraum mit dem zusätzlichen Aufnahmeraum für Hydraulikmedium verbindet. Dadurch wird der Aufbau des Kopplers erheblich vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist da- durch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal mit einer Drossel ausgestattet ist. Die Drossel ermöglicht eine Befüllung des Überset- zerraums nach einer Einspritzung und verhindert gleichzeitig, dass ein großer Volumenstrom des Hydraulikmediums unkontrolliert aus dem Übersetzerraum austritt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist da- durch gekennzeichnet, dass die Drossel in Befüllungsrichtung einsei- tig verrundet ist. Dadurch wird das Befüllen des Übersetzerraums weiter vereinfacht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist da- durch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal ein Durchgangs- loch umfasst, das in Längsrichtung des einen Übersetzerkolbens ver- läuft. Durch das Durchgangsloch kann der Koppler vor der ersten Inbetriebnahme auf einfache Art und Weise befüllt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist da- durch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch auf der dem Über- setzerraum abgewandten Seite des einen Obersetzerkolbens durch ein Dichtelement verschlossen ist. Bei dem Dichtelement kann es sich zum Beispiel um eine Kugel handeln, die durch eine Schraube gegen einen zugehörigen Sitz gedrückt wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist da- durch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Aufnahmeraum für Hyd- raulikmedium von. einem Ring. raum gebildet wird, der radial außer- halb des einen Kolbens angeordnet ist. Vorzugsweise steht der Ring- raum über ein in radialer Richtung in dem einen Kolben verlaufendes Durchgangsloch mit dem Übersetzerraum in Verbindung.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist da- durch gekennzeichnet, dass der Ringraum in axialer Richtung durch den anderen Kolben und durch ein feststehendes Gehäuse teilbe- grenzt wird. Diese Anordnung ist fertigungstechnisch besonders ein- fach zu realisieren.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist da- durch gekennzeichnet, dass zwischen dem anderen Kolben und dem

feststehenden Gehäuseteil ein Federelement eingespannt ist. Das Federelement bildet eine Rückstellfeder für den anderen Übersetzer- kolben.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist da- durch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Aufnahmeraum für Hyd- raulikmedium radial außen von einem WeIlbalg begrenzt wird. Der Wellbalg wirkt sowohl als Dichtelement als auch als Federelement.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kopplers ist da- durch gekennzeichnet, dass derWellbalg in radialer. Richtung ver- formbar ist. Dadurch kann der Wellbalg die Vorspannung des Befül- lungsdrucks bereitstellen.

Bei einem Kraftstoffeinspritzventil ist die oben angegebene Aufgabe durch einen vorab beschriebenen Koppler gelöst.

Zeichnung Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kom- bination erfindungswesentlich sein. Es zeigen : Figur 1 einen Teil eines Kraftstoffeinspritzventils mit einem hyd- raulischen Koppler im Längsschnitt ; Figur 2 einen Wellbalg aus Figur 1 in vergrößerter Darstellung und Figur 3 eine Drossel aus Figur 1 in vergrößerter Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Figur 1 ist ein Teil eines Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt dargestellt. Kraftstoffeinspritzventile dienen in modernen Brennkraft- maschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, dazu, den Kraftstoff, insbesondere Benzin, in den Brennraum einzu- spritzen. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst ein Ventilgehäuse 1, von dem in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein im We- sentlichen kreisringförmiger Körper mit einem rechteckigen Quer- schnitt dargestellt ist. Die Einspritzung wird durch einen Piezoaktor 4 ausgelöst, der einen ersten Übersetzerkolben 6 beaufschlagt. Der erste Übersetzerkolben 6 ist hydraulisch mit einem zweiten Überset- zerkolben 7 gekoppelt. An einem Ende des ersten Übersetzerkol- bens 6 ist eine im Wesentlichen kreisschreibenförmige Stirnfläche 8 ausgebildet, an der der Piezoaktor 4 anliegt. An dem anderen Ende des ersten Übersetzerkolbens 6 ist ein zentrales Sackloch 9 ausge- bildet, das eine im Wesentlichen kreiszylinderförmige Gestalt auf- weist.

In dem Sackloch 9 ist ein Ende des zweiten Übersetzerkolbens 7 in abdichtender Art und Weise geführt. Durch die Führung wird eine Relativbewegung der beiden Übersetzerkolben 6 und 7 zueinander in axialer Richtung ermöglicht. Die dem ersten Übersetzerkolben 6 zu- gewandte Stirnseite 12 des zweiten Übersetzerkolbens 7 begrenzt in dem Sackloch 9 einen Übersetzerraum 14. Der Übersetzerraum 14 ist mit einem Hydraulikmedium, wie Silikonöl, befüllt, um eine hydrau- lische Kopplung zwischen den beiden Übersetzerkolben 6 und 7 zu ermöglichen.

Der Übersetzerraum 14 steht mit einem zusätzlichen Aufnahmeraum 15 in Verbindung, der radial außerhalb des zweiten Übersetzerkol- bens 7 zwischen dem Ventilgehäuse 1 und dem ersten Übersetzer- kolben 6 angeordnet ist. Der zusätzliche Aufnahmeraum 15 bildet einen Ringraum, der radial innen durch den zweiten Übersetzerkol-

ben 7, in axialer Richtung durch den ersten Übersetzerkolben 6 und das Ventilgehäuse 1, und radial außen durch einen Wellbalg 17 be- grenzt wird. Der Wellbalg 17 ist mit Hilfe einer Schweißnaht 20 in abdichtender Art und Weise an dem ersten Übersetzerkolben 6 be- festigt. Auf der anderen Seite ist der Wellbalg 17 mit Hilfe einer Schweißnaht 21 in abdichtender Art und Weise an dem Ventilgehäu- se 1 befestigt.

In dem zusätzlichen Aufnahmeraum 15 ist eine Rückstellfeder 24, zum Beispiel eine Schraubendruckfeder, in axialer Richtung zwi- schen dem ersten Übersetzerkolben 6 und dem Ventilgehäuse 1 vorgespannt. Die Rückstellfeder 24 dient dazu, den ersten Überset- zerkolben 6 nach einer Betätigung des Piezoaktors 4 wieder zurück- zustellen.

In dem zweiten Übersetzerkolben 7 ist ein zentrales Durchgangsloch 28 vorgesehen, das in Richtung der Kolbenlängsachse verläuft. An dem dem Übersetzerraum 14 zugewandten Ende des Durchgangs- lochs 28 ist eine Drossel 29 mit einem verengten Querschnitt ausge- bildet. An dem anderen Ende des Durchgangslochs 28 ist eine Durchmessererweiterung 30 mit einem Innengewinde angeordnet. Im Bereich des Wellbalgs 17 geht von dem Durchgangsloch 28 eine Querbohrung 32 aus, die in den zusätzlichen Aufnahmeraum 15 mündet. Auf der dem Übersetzerraum 14 abgewandten Seite ist das zentrale Durchgangsloch 28 durch ein kugelförmiges Dichtelement 34 verschlossen, das mit Hilfe einer Schraube 36, die in das Innen- gewinde der Durchmessererweiterung 30 eingeschraubt ist, gegen einen zugehörigen Sitz gepresst wird.

Vor der ersten Inbetriebnahme wird der Übersetzerraum 14 und der zusätzliche Aufnahmeraum 15 über das Durchgangsloch 28 und die Querbohrung 32 mit einem Hydraulikmedium, wie Silikonöl, befüllt.

Nach dem Befüllen wird das Durchgangsloch 28 durch das kugelför- mige Dichtelement 34 und die Schraube 36 verschlossen. Der Über-

setzerraum 14 steht über das Durchgangsloch 28 und die Querboh- rung 32 mit dem zusätzlichen Aufnahmeraum 15 in Verbindung.

In Figur 2 sieht man, dass der Wellbalg 17 beim Befüllen des zusätz- lichen Aufnahmeraums 15 in Richtung eines Pfeils 40 in radialer Richtung verformt werden kann. Eine solche radiale Verformung des Weilbalgs 17 ist bei 17'angedeutet. Durch die Verformung des Well- balgs 17 nach 17'wird eine Vorspannung des Befüllungsdrucks in dem zusätzlichen Aufnahmeraum 15 ermöglicht. Diese Vorspannung wirkt über die Querbohrung 32, das Durchgangsloch 28 und die Drossel 29 auch in dem Übersetzerraum 14.

In Figur 3 sieht man, dass die Drossel 29 auf ihrer dem Übersetzer- raum 14 abgewandten Seite verrundet ausgebildet ist. Durch die Rundung wird das Befüllen des Übersetzerraums 14 vereinfacht.

Der Übersetzerraum 14 wird durch die Führung zwischen den beiden Übersetzerkolben 6 und 7 abgedichtet. Die Drossel 29 dient zur schnellen Befüllung des Übersetzerraums 14 nach einer Einsprit- zung. Die Vorspannung für das zur Befüllung des Übersetzerraum14 notwenige Druckgefälle wird durch den Wellbalg 17 bereitgestellt, der sowohl eine Dichtwirkung als auch eine Federwirkung entfaltet. Der Wellbalg 17 ist so ausgelegt, dass er sich nicht nur in axialer Rich- tung sondern auch in radialer Richtung ausdehnen kann.