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EP1362179A1 - Einspritzventil - Google Patents

Einspritzventil

Info

Publication number
EP1362179A1
EP1362179A1 EP01991688A EP01991688A EP1362179A1 EP 1362179 A1 EP1362179 A1 EP 1362179A1 EP 01991688 A EP01991688 A EP 01991688A EP 01991688 A EP01991688 A EP 01991688A EP 1362179 A1 EP1362179 A1 EP 1362179A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
chamber
valve control
injection
injection valve
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.)
Withdrawn
Application number
EP01991688A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Mattes
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 EP1362179A1 publication Critical patent/EP1362179A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • 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
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0033—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat
    • F02M63/0036—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat with spherical or partly spherical shaped valve member ends
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention is based on an injection valve, in particular an injection valve for an internal combustion engine, according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • valve control piston is at least partially enclosed by a fuel-containing space connected to a high-pressure connection.
  • One end of the valve control piston is needle-shaped and interacts with a correspondingly designed valve seat.
  • the fuel injection can thus take place via an opening of the space surrounding the valve control chamber leading to a combustion chamber of the internal combustion engine. be controlled in the combustion chamber.
  • the position of the valve control piston is determined by the pressure prevailing in the valve control chamber.
  • the pressure prevailing in the valve control chamber is in turn controlled by means of the valve control unit, which can be operatively connected to actuation, for example, with a piezoelectric actuator unit.
  • valve control unit itself is designed in the manner of a valve and has a valve closing element which interacts with a valve seat
  • fuel is injected into the combustion chamber when the valve closing element is in the open position and thus the one prevailing in the valve control chamber Pressure is reduced, whereby the valve control piston opens the opening leading to the combustion chamber.
  • valve control piston closes the opening leading to the combustion chamber when the valve closing member is in positive engagement with the valve seat and the so-called common rail pressure is established in the valve control chamber.
  • the valve control chamber itself has an inlet throttle which is arranged in a supply duct and via which fuel can be fed into the valve control chamber.
  • the inlet throttle serves to ensure that when the valve closing member opens, there is no sudden pressure equalization in the valve control chamber, but rather that the pressure equalization only occurs after the valve closing member has been closed. Otherwise, the valve control piston could not be moved beyond the pressure prevailing in the valve control chamber.
  • the valve control chamber of the injection valve has an outlet throttle arranged in an outlet channel, which leads to a valve chamber in which the valve closing member is arranged. This outlet throttle serves to ensure that the fuel that is discharged via it and that is led to a fuel tank via a return line does not flow into the return line with the common rail pressure, since this would lead to high leakage losses.
  • valve closing member is actuated by means of an actuating piston which interacts via a hydraulic translator with an actuating piston actuated by the actuator.
  • actuating piston which interacts via a hydraulic translator with an actuating piston actuated by the actuator.
  • the closing speed of the latter is considerably lower than its opening speed, since the hydraulic translator cannot reset the valve closing element. Rather, this is usually done via the prevailing after the discharge throttle
  • the reset speed is relatively slow.
  • the proposed injection valve with the features according to the preamble of claim 1, in which the valve closing member and the at least one valve seat are arranged in the valve control chamber, has the advantage that the valve closing member is almost the common rail Pressure, ie a very high pressure up to 1.5 kbar, is exposed, which causes the valve closing member to close very quickly.
  • this high restoring force leads to a more direct coupling between the electrically controlled unit of the injection valve on the one hand and the dynamics of the nozzle needle and the hydraulic system of the injection valve on the other hand, which in turn results in flatter quantity characteristics of the injection valve and a reduction in tolerances in the injection quantity entails.
  • the construction according to the invention also leads to a reduction in the valve vibrations when the valve is opened compared to the prior art, since a stepped force is exerted on the switching valve and the restoring force is pressure-dependent.
  • the injection valve according to the invention leads to a considerable reduction in the sample spread, i.e. With the same manufacturing tolerances, a larger number of usable parts can be manufactured.
  • the valve control chamber comprises at least two, preferably three, chambers which are each connected to one another via a channel.
  • These chambers which are preferably arranged coaxially to the valve control piston, are advantageously designed such that the valve control piston projects into a first of the chambers and a channel opens with the inlet throttle, the valve closing member is arranged in a next chamber, and one branches off a leakage channel in the third chamber, in which the outlet throttle is arranged and which rather ends in a return line leading to a storage tank.
  • This structure is structurally particularly easy to manufacture and therefore useful.
  • a return spring can act on the valve closing element to support the resetting process.
  • FIG. 1 shows a region of an injection valve relevant to the invention in longitudinal section
  • FIG. 2 shows a force / displacement diagram in which the injection valve according to the invention is compared with an injection valve according to the prior art
  • Figure 3 shows the quantity map of the injection valve according to the invention and the quantity map of an injection valve according to the prior art in comparison.
  • FIG. 1 shows a fuel injection valve 1 for installation in an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the injection valve 1 is designed as a common rail injector for the injection of preferably diesel fuel.
  • the fuel injection process is controlled via the pressure level in a valve control chamber 2, which is connected to a fuel supply duct 5 via an inlet duct 3, in which an inlet throttle 4 is arranged.
  • the fuel supply channel 5 is connected to a high-pressure accumulator common to several injection valves, a so-called common rail.
  • the fuel guided in the fuel supply channel 5 can thus be under a pressure of up to 1.5 kbar.
  • valve piston 6 shown only in detail in FIG. 1, which acts rather on a nozzle needle in such a way that it closes or opens injection openings into a combustion chamber.
  • a valve member 7 is actuated via an actuator unit which is designed here as a piezoelectric actuator 8 and which is arranged on the side of the valve member 7 facing away from the valve control chamber 2 and the combustion chamber.
  • the piezoelectric actuator 8 is constructed in the usual manner from several layers and has an actuator head 9 on its side facing the valve member 7 and an actuator foot 10 on its side facing away from the valve member 7, which is supported on a wall of a valve body 11.
  • the actuator head 9 engages over a support 12 on a first one Piston 13 on, which is referred to as an actuating piston.
  • the valve member 7 is arranged axially displaceably in a longitudinal bore of the valve body 11 and, in addition to the actuating piston 13, comprises a second piston 15, a so-called actuating piston, which actuates a valve closing member 16.
  • the actuating piston 13 and the actuating piston 15 are coupled to one another via a hydraulic transmission, which is designed as a hydraulic chamber 14 and transmits the axial deflection of the piezoelectric actuator 8.
  • the diameter AI of the actuating piston 15 is less than the diameter A0 of the actuating piston 13.
  • the hydraulic transmission ratio defined in this way causes the actuating piston 15 to make a stroke which is increased by the transmission ratio of the piston diameter when the actuating piston 13 has a larger diameter by means of the piezoelectric actuator 8 a certain distance is traveled.
  • the valve closing member 16 interacts with a valve seat 17 and is by means of a return spring 18 in the direction of the piezoelectric actuator 8, i.e. in the closing direction, loaded.
  • the valve control chamber 2 has three chambers, namely a first chamber 19, into which the valve control piston 6 protrudes and into which the inlet channel 3 connected to the fuel supply line 5 and provided with the inlet throttle 4 opens out, furthermore a chamber designed as a valve chamber 20, in which the valve closing member 16, the return spring 18 and the valve seat 17 are arranged and which is connected via a channel 21 to the first chamber 19, and a suction called drain chamber 22, which is in communication with the valve chamber 20 when the valve closing member 16 is open and from which a leakage duct 23 branches off, in which in turn an outlet throttle 24 is arranged.
  • the fuel injection valve according to FIG. 1 operates in the manner described below.
  • the spherical valve closing member 16 In the closed state of the fuel injection valve 1, i.e. if there is no voltage at the piezoelectric actuator 8, the spherical valve closing member 16 is located on the valve seat 17 associated therewith.
  • the valve closing member 16 is in this position on the one hand by the pressure acting on the valve control chamber 2 via the inlet channel 3 and also by means of the force the spring 18 in the valve seat 17. which is designed here as a ball seat, pressed.
  • the valve closing member 17 is thus in the blocking position.
  • valve closing member 16 In this position of the valve closing member 16, fuel located in the chamber 2 and the valve chamber 20 flows into the outlet chamber 22 and from there via the leakage channel 23 and the outlet throttle 24 arranged therein.
  • the valve control chamber 2 and in particular the chamber 19 of the valve control chamber 2 are relieved of pressure, so that the pressure in the latter is reduced and the valve control piston 6 moves in the direction of the valve member 7.
  • the opening leading to the combustion chamber of the internal combustion engine which cannot be seen in FIG. 1, is in turn released and high-pressure fuel which is brought in via the fuel supply channel 5 is injected into the combustion chamber.
  • the actuating piston 13 is retracted in the direction of the piezoelectric actuator 8, as a result of which the pressure prevailing in the hydraulic chamber 14 is reduced and the valve closing member 16 and thus the actuating piston 15 by means of the inlet throttle 4 pressure acting in the valve control chamber 2 are also displaced in the direction of the piezoelectric actuator 8 until the Valve closing member 16 comes to rest in the valve seat 17. Since, in the injection valve 1 according to the invention, a very high pressure acts via the inlet throttle 4, the closing operation of the valve closing member takes place extremely quickly. The common rail pressure then building up again in the chamber 19 and the valve chamber 20 moves the valve control piston 6 back into its closed position.
  • FIGS. 2 and 3 Differences between the injection valve according to the invention and an injection valve according to the prior art are shown by way of example in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 2 it can be seen from a line symbolizing the force curve F_new for an injection valve according to the invention and a line symbolizing the force curve F_alt for a conventional injection valve that the actuating valve according to the invention has a greater actuating force for moving the valve closing member by a certain distance F is required than in the prior art valve.
  • FIG. 3 in which the flow rate Q through the injection nozzle against the activation period of the piezoelectric actuator is plotted against the time t for an injection valve according to the invention with a line Q_new and for a conventional injection valve with a line Q_alt that in the injection valve according to the invention the hydraulics are more directly coupled to the electrical behavior of the piezoelectric actuator 8, a flattening of the quantity characteristic Q (t) of the injection valve is achieved since the valve closing member 16 is significant Reaches its blocking position more quickly than in the case of an injection valve according to the prior art, in which the valve closing element is not arranged in the valve control chamber, but in the flow direction downstream of the valve control chamber behind the outlet throttle.
  • the invention can not only be used in the exemplary embodiment shown here. Rather, the invention can also be used, for example, in an injection valve with a valve control unit which has a double-seat valve.

Landscapes

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Abstract

Einspritzventil, insbesondere für eine Verbrennungsmaschine, umfassend einen Ventilsteuerkolben (6), einen Ventilsteuerraum (2) mit einer Zulaufdrossel (4) und einer Ablaufdrossel (24) zur Betätigung des Ventilsteuerkolbens (6), eine mittels einer insbesondere piezoelektrischen Aktuator-Einheit (8) betätigte Ventilsteuereinheit zur Steuerung des Ventilsteuerraums (2), die ventilartig ausgebildet ist und ein mit mindestens einem Ventilsitz (17) zusammenwirkendes Ventilschließglied (16) aufweist. Um eine hohe Schliebgeschwindigkeit des Ventilschließglieds (16) zu gewährleisten, sind das Ventilschließglied (16) und der mindestens eine Ventilsitz (14) in dem Ventilsteuerraum (2) angeordnet.

Description

Einspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Einspritzventil, insbesondere einem Einspritzventil für eine Verbrennungsmaschine,, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus .
Ein derartiges Ventil' ist aus der Praxis bekannt und wird insbesondere in Verbindung mit Common-Rail-Speicherein- spritzsyste en für Dieselverbrennungsmaschinen eingesetzt. Bei einem solchen Einspritzventil ist ein Ventilsteuerkolben zumindest teilweise von einem Kraftstoff enthaltenden, mit einem Hochdruckanschluß verbundenen Raum umschlossen. Ein Ende des Ventilsteuerkolbens ist nadeiförmig ausgebildet und wirkt mit einem korrespondierend ausgebildeten Ventilsitz zusammen. In Abhängigkeit von der Lage des Ventilsteuerkolbens kann so über eine zu einem Verbrennungs- räum der Verbrennungsmaschine führende Öffnung des dem Ventilsteuerraum umschließenden Raums die Kraftstoffeinsprit- zung in den Verbrennungsraum gesteuert werden. Die Lage des Ventilsteuerkolbens wird über den in dem Ventilsteuerraum herrschenden Druck festgelegt. Der in dem Ventilsteuerraum herrschende Druck wird wiederum mittels der Ventilsteuer- einheit gesteuert, die zur Betätigung beispielsweise mit einer piezoelektrischen Aktuator-Einheit in Wirkverbindung stehen kann.
Bei dem Einspritzventil der einleitend genannten Art, bei welchem die Ventilsteuereinheit selbst ventilartig ausgebildet ist und ein Ventilschließglied aufweist, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, wird Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt, wenn sich das Ventilschließglied in Durchlaßstellung befindet und so der in dem Ven- tilsteuerraum herrschende Druck reduziert wird, wodurch der Ventilsteuerkolben die zu dem Verbrennungsraum führende Öffnung freigibt. Umgekehrt verschließt der Ventilsteuerkolben die zu dem Verbrennungsraum führende Öffnung, wenn das Ventilschließglied formschlüssig an dem Ventilsitz an- liegt und sich in dem Ventilsteuerraum der sogenannte Com- mon-Rail-Druck einstellt.
Der Ventilsteuerraum selbst verfügt über eine in einem Zufuhrkanal angeordnete Zulaufdrossel, über die Kraftstoff in den Ventilsteuerraum geführt werden kann. Die Zulaufdrossel dient dazu, daß beim Öffnen des Ventilschließgliedes nicht schlagartig ein Druckausgleich in dem Ventilsteuerraum erfolgt, sondern daß der Druckausgleich erst nach dem Schließen des Ventilschließgliedes zustande kommt. Ansonsten könnte der Ventilsteuerkolben nicht über den in dem Ventilsteuerraum herrschenden Druck verfahren werden. Des wei- teren verfügt der Ventilsteuerraum des Einspritzventils nach dem Stand der Technik über eine in einem Ablaufkanal angeordnete Ablaufdrossel, die zu einem Ventilraum führt, in dem das Ventilschließglied angeordnet ist. Diese Ablaufdrossel dient dazu, daß der hierüber abgeführte Kraftstoff, der über eine Rücklaufleitung zu einem Kraftstofftank geführt wird, nicht mit dem Common-Rail-Druck in die Rücklaufleitung fließt, da dies zu hohen Leckageverlusten führen würde.
Bei dem bekannten Einspritzventil wird das Ventilschließglied mittels eines Betätigungskolbens betätigt, welcher über einen hydraulischen Übersetzer mit einem mittels des Aktuators betätigten Stellkolben zusammenwirkt. Insbesonde- re bei einem mittels eines piezoelektrischen Aktuators betätigten Ventilschließglied ist die Schließgeschwindigkeit desselben beträchtlich geringer als deren Öffnungsgeschwindigkeit, da der hydraulische Übersetzer das Ventilschließglied nicht zurückstellen kann. Dies erfolgt vielmehr in der Regel über den nach der Ablaufdrossel herrschenden
Kraftstoffdruck in Verbindung mit einer Rückstellfeder. Die Rückstellgeschwindigkeit ist hierbei aber relativ gering.
Vorteile der Erfindung
Das vorgeschlagene Einspritzventil mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welchem das Ventilschließglied und der mindestens eine Ventilsitz in dem Ventilsteuerraum angeordnet sind, hat demgegenüber den Vorteil, daß das Ventilschließglied nahezu dem Common-Rail- Druck, d.h. einem sehr hohen Druck bis zu 1,5 kbar, ausgesetzt ist, der ein sehr schnelles Schließen des Ventilschließglieds bewirkt. Diese hohe Rückstellkraft führt gegenüber dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik zu einer direkteren Kopplung zwischen der elektrisch gesteuerten Einheit des Einspritzventils einerseits und der Dynamik der Düsennadel und der Hydraulik des Einspritzventils andererseits, was wiederum flachere Mengenkennlinien des Einspritzventils bzw. eine Reduzierung der Toleranzen in der Einspritzmenge nach sich zieht. Auch führt die Konstruktion nach der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik zu einer Verringerung der Ventilschwingungen beim Öffnen desselben, da eine gestufte Krafteinwirkung auf das Schaltventil erfolgt und die Rückstellkraft druckabhängig ist.
Des weiteren führt das Einspritzventil nach der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik zu einer beträchtlichen Verringerung der Exemplarstreuung, d.h. bei gleichen Toleranzen bei der Fertigung kann eine größere Anzahl einsetz- barer Teile hergestellt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Ventilsteuerraum mindestens zwei, vorzugsweise drei, jeweils über einen Kanal miteinander verbundene Kammern. Diese Kammern, die vorzugsweise koaxial zu dem Ventilsteuerkolben angeordnet sind, sind auf vorteilhafte Weise so ausgelegt, daß in eine erste der Kammern der Ventilsteuerkolben ragt und ein Kanal mit der Zulaufdrossel mündet, in einer nächstfolgenden Kammer das Ventilschließglied ange- ordnet ist, und von einer dritten Kammer ein Leckagekanal abzweigt, in dem die Ablaufdrossel angeordnet ist und wel- eher in eine zu einem Vorratstank führende Rücklaufleitung mündet. Dieser Aufbau ist konstruktiv besonders einfach herstellbar und daher zweckmäßig.
Zur Unterstützung des Rückstellvorgangs kann an dem Ventilschließglied eine Rückstellfeder angreifen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Einspritzventils nach der Er- findung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen
Figur 1 einen für die Erfindung relevanten Bereich eines Einspritzventils im Längsschnitt; Figur 2 ein Kraft/Weg-Diagramm, in dem das Einspritzventil nach der Erfindung einem Einspritzventil nach dem Stand der Technik gegenübergestellt ist; und
Figur 3 das Mengenkennfeld des Einspritzventils nach der Erfindung und das Mengenkennfeld eines Einspritzventils nach dem Stand der Technik im Vergleich.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil 1 zum Einbau in eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. In der vorliegenden Ausfüh- rung ist das Einspritzventil 1 als ein Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von vorzugsweise Dieselkraftstoff ausgebildet. Der Kraftstoffeinspritzvorgang wird über das Druckniveau in einem Ventilsteuerraum 2 gesteuert, der über ei- nen Zulaufkanal 3, in dem eine Zulaufdrossel 4 angeordnet ist, mit einem Kraftstoffzufuhrkanal 5 verbunden ist. Der Kraftstoffzufuhrkanal 5 ist mit einem für mehrere Einspritzventile gemeinsamen Hochdruckspeicher, einem sogenannten Common-Rail, verbunden. Der in dem Kraftstoffzu- fuhrkanal 5 geführte Kraftstoff kann somit unter einem Druck von bis zu 1,5 kbar stehen.
In dem Ventilsteuerraum 2 ist ein in Figur 1 nur ausschnittsweiße dargestellter Ventilkolben 6 angeordnet, wel- eher auf eine Düsennadel derart einwirkt, daß diese Einspritzöffnungen in eine Brennkammer schließt oder öffnet.
Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer und einer Einspritzmenge über Kräfteverhältnisse in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 wird ein Ventilglied 7 über eine vorliegend als piezoelektrischer Aktor 8 ausgebildete Aktuator-Einheit angesteuert, welche auf der dem Ventilsteuerraum 2 und dem Brennraum abgewandten Seite des Ventilgliedes 7 angeordnet ist.
Der piezoelektrische Aktor 8 ist in üblicher Weise aus mehreren Schichten aufgebaut und weist auf seiner dem Ventilglied 7 zugewandten Seite einen Aktorkopf 9 und auf seiner dem Ventilglied 7 abgewandten Seite einen Aktorfuß 10 auf, der sich an einer Wand eines Ventilkörpers 11 abstützt. Der Aktorkopf 9 greift über ein Auflager 12 an einem ersten Kolben 13 an, der als Stellkolben bezeichnet wird. Das Ventilglied 7 ist axial verschiebbar in einer Längsbohrung des Ventilkörpers 11 angeordnet und umfaßt neben dem Stellkolben 13 einen zweiten Kolben 15, einen sogenannten Betäti- gungskolben, der ein Ventilschließglied 16 betätigt.
Der Stellkolben 13 und der Betätigungskolben 15 sind über eine hydraulische Übersetzung, die als Hydraulikkammer 14 ausgebildet ist und die axiale Auslenkung des piezoelektri- sehe Aktors 8 überträgt, miteinander gekoppelt. Der Durchmesser AI des Betätigungskolben 15 ist geringer als der Durchmesse A0 des Stellkolbens 13. Die so festgelegte hydraulische Übersetzung bewirkt, daß der Betätigungskolben 15 einen um das Übersetzungsverhältnis der Kolbendurchmes- ser vergrößerten Hub macht, wenn der Stellkolben 13 größeren Durchmessers mittels des piezoelektrischen Aktors 8 eine bestimmte Wegstrecke verfahren wird.
Das Ventilschließglied 16 wirkt mit einem Ventilsitz 17 zu- sammen und ist mittels einer Rückstellfeder 18 in Richtung des piezoelektrischen Aktors 8, d.h. in Schließrichtung, belastet .
Der Ventilsteuerraum 2 weist drei Kammern auf, nämlich eine erste Kammer 19, in die der Ventilsteuerkolben 6 ragt und in die der mit der Kraftstoffzufuhrleitung 5 verbundene und mit der Zulaufdrossel 4 versehene Zulaufkanal 3 mündet, des weiteren eine als Ventilraum 20 ausgebildete Kammer, in der das Ventilschließglied 16, die Rückstellfeder 18 und der Ventilsitz 17 angeordnet sind und die über einen Kanal 21 mit der ersten Kammer 19 verbunden ist, sowie eine söge- nannte Ablaufkammer 22, die bei geöffnetem Ventilschließglied 16 mit dem Ventilraum 20 in Verbindung steht und von der ein Leckagekanal 23 abzweigt, in dem wiederum eine Ablaufdrossel 24 angeordnet ist.
Dieser Aufbau hat zur Folge, daß bei geöffnetem Ventilschließglied 16 in allen drei Teilbereichen 19, 20 und 22 des Ventilsteuerraums 2 im wesentlichen der gleiche Strömungsdruck herrscht und mithin der über die Zulaufdrossel 4 wirkende Druck auf das Ventilschließglied 16 in Richtung des Ventilsitzes 17 wirkt.
Das Kraftstoffeinspritzventil nach Figur 1 arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
Im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1, d.h. wenn keine Spannung an dem piezoelektrischen Aktor 8 anliegt, befindet sich das kugelförmig ausgebildete Ventilschließglied 16 an dem diesem zugeordneten Ventilsitz 17. Das Ventilschließglied 16 wird in dieser Stellung zum einen durch den über den Zulaufkanal 3 auf den Ventilsteuerraum 2 wirkenden Druck als auch mittels der Kraft der Feder 18 in den Ventilsitz 17,. welcher hier als Kugelsitz ausgebildet ist, gepreßt. Das Ventilschließglied 17 befindet sich so mithin in Sperrstellung.
Wenn das Einspritzventil 1 geöffnet werden soll, d.h. wenn die durch den Ventilsteuerkolben 6 verschlossene, hier nicht dargestellte Einspritzdüse geöffnet werden soll, wird an dem piezoelektrische Aktor 8 eine elektrische Spannung angelegt, worauf sich dieser schlagartig in axialer Rieh- tung, d.h. in Richtung des Stellkolbens 13 ausdehnt. Letzterer wird dadurch in Richtung des Betätigungskolbens 15 verfahren, wodurch sich in der Hydraulikkammer 14 ein sogenannter Öffnungsdruck aufbaut, mittels dem wiederum der Be- tätigungskolben 15 in Richtung des Ventilsteuerkolbens 6 verschoben wird. Zusammen mit dem Betätigungskolben 15 wird das mit diesem verbundene Ventilschließglied 16 ebenfalls in Richtung des Ventilsteuerkolbens 6 verfahren, wodurch der Übergang zwischen dem Ventilraum 20 und der Ablaufkam- mer 22 geöffnet wird. In dieser Stellung des Ventilschließglieds 16 strömt sich in der Kammer 2 und dem Ventilraum 20 befindlicher Kraftstoff in die Ablaufkammer 22 und von dort über den Leckagekanal 23 und die in demselben angeordnete Ablaufdrossel 24 ab. Der Ventilsteuerraum 2 und insbesonde- re die Kammer 19 des Ventilsteuerraums 2 werden dadurch entlastet, so daß sich der Druck in letzterem abbaut und sich der Ventilsteuerkolben 6 in Richtung des Ventilglieds 7 verschiebt. Dadurch wird wiederum die zu dem Verbrennungsraum der Verbrennungsmaschine führende, in Figur 1 nicht ersichtliche Öffnung freigegeben und unter Hochdruck stehender, über den Kraftstoffzufuhrkanal 5 herangeführter Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt.
Wird nun die an dem piezoelektrischen Aktor 8 anliegende Spannung unterbrochen, so wird der Stellkolben 13 in Richtung des piezoelektrische Aktors 8 zurückgefahren, wodurch der in der Hydraulikkammer 14 herrschende Druck gemindert wird und das Ventilschließglied 16 und damit der Betätigungskolben 15 mittels des über die Zulaufdrossel 4 in den Ventilsteuerraum 2 wirkenden Druckes ebenfalls in Richtung des piezoelektrischen Aktors 8 verschoben werden, bis das Ventilschließglied 16 in dem Ventilsitz 17 zum Liegen kommt. Da bei dem Einspritzventil 1 nach der Erfindung über die Zulaufdrossel 4 ein sehr hoher Druck wirkt, erfolgt der Schließvorgang des Ventilschließglieds außerordentlich schnell. Der sich dann in der Kammer 19 und dem Ventilraum 20 erneut aufbauende Common-Rail-Druck verfährt den Ventilsteuerkolben 6 wieder in seine Schließstellung.
In den Figuren 2 und 3 sind Unterschiede des Einspritzven- tils nach der Erfindung zu einem Einspritzventil nach dem Stand der Technik beispielhaft dargestellt.
In Figur 2 ist anhand einer den Kraftverlauf F_neu bei einem erfindungsgemäßen Einspritzventil und einer den Kraft- verlauf F_alt bei einem herkömmlichen Einspritzventil über den Weg x symbolisierenden Linie erkennbar, daß bei dem Einspritzventil nach der Erfindung zum Verfahren des Ventilschließglieds um eine bestimmte Wegstrecke eine größere Stellkraft F erforderlich ist als bei dem Ventil nach dem Stand der Technik.
Der Figur 3, in der die Durchflußmenge Q durch die Einspritzdüse gegen die Ansteuerdauer des piezoelektrischen Aktors über der Zeit t für ein erfindungsgemäßes Einspritz- ventil mit einer Linie Q_neu und für ein herkömmliches Einspritzventil mit einer Linie Q_alt angetragen ist, ist zu entnehmen, daß dadurch, daß bei dem Einspritzventil nach der Erfindung die Hydraulik direkter an das elektrische Verhalten des piezoelektrischen Aktors 8 angekoppelt ist, eine Abflachung der Mengenkennlinie Q (t) des Einspritzventils erreicht wird, da das Ventilschließglied 16 bedeutend schneller seine Sperrstellung erreicht als bei einem Einspritzventil nach dem Stand der Technik, bei dem das Ventilschließglied nicht in dem Ventilsteuerraum, sondern in Flußrichtung stromab des Ventilsteuerraums hinter der Ab- laufdrossel angeordnet ist.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel Anwendung finden kann. Vielmehr ist die Erfindung beispielsweise auch bei einem Einspritzventil mit einer Ventilsteuereinheit, welche ein Doppelsitzventil aufweist, einsetzbar.

Claims

Ansprüche
1. Einspritzventil, insbesondere für eine Verbrennungsma- schine, umfassend einen Ventilsteuerkolben (6), einen
Ventilsteuerraum (2) mit einer Zulaufdrossel (4) und einer Ablaufdrossel (24) zur Betätigung des Ventilsteu- erkolbens (6), eine mittels einer insbesondere piezoelektrischen Aktuator-Einheit (8) betätigte Ventilsteu- ereinheit zur Steuerung des Ventilsteuerraums (2), die ventilartig ausgebildet ist und ein mit mindestens einem Ventilsitz (17) zusammenwirkendes Ventilschließglied (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließglied (16) und der mindestens eine Ventil- sitz (17) in dem Ventilsteuerraum (2) angeordnet sind.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsteuerraum (2) mindestens zwei, vorzugsweise drei jeweils über einen Kanal miteinander verbundene Kammern (19, 20, 22) umfaßt.
3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (19, 20, 22) koaxial zu dem Ventilsteuerkolben (6) angeordnet sind.
4. Einspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsteuerraum (2) drei Kammern (19, 20, 22) umfaßt, wobei in eine erste Kammer (19) der Ventilsteuerkolben (6) ragt und ein Kanal (3) mit der Zulaufdrossel (4) mündet, in einer sich an die er- ste Kammer (19) anschließenden zweiten Kammer (20) das
Ventilschließglied (16) angeordnet ist, und von einer sich an die zweite Kammer (20) anschließenden dritten Kammer (22) ein Leckagekanal (23) abzweigt, in dem die Ablaufdrossel (24) angeordnet ist.
5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilschließglied (16) eine Rückstellfeder (18) angreift.
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