Beschreibung

Titel

Brennstoffeinspritzventil

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen .

Aus der DE 103 26 259 Al ist ein Injektor für Brennstoffeinspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, insbesondere direkteinspritzenden Dieselmotoren, bekannt. Dabei ist ein in einem Injektorkörper angeordneter Piezoaktor vorgesehen, der über erste Federmittel einerseits mit dem Injektorkörper und andererseits mit einem hülsenartigen Übersetzerkolben in Anlage gehalten wird. Ferner ist ein mit dem Injektorkörper verbundener, eine Düsenaustriebsöffnung aufweisender Düsenkörper vorgesehen, in dem eine abgestufte Düsennadel axial verschieblich geführt ist. Außerdem sind innerhalb des Übersetzerkolbens zweite Federmittel angeordnet, die zusammen mit dem rückseitig auf die Düsennadel einwirkenden Einspritzdruck die Düsennadel in Schließstellung halten. Ein an einem düsennadelseitigen Ende des Übersetzerkolbens ausgebildeter Steuerraum steht mit einer unter Einspritzdruck stehenden KraftstoffZuführung über einen

Leckspalt in Verbindung, wobei die Düsennadel durch den im Steuerraum befindlichen Kraftstoff in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist. Dadurch kann eine Steuerung der Düsennadel durch den Piezoaktor erzielt werden.

Der aus der DE 103 26 259 Al bekannte Injektor hat den Nachteil, dass gasförmige Bestandteile, insbesondere Luft, die im Bereich des Übersetzerkolbens beispielsweise beim Start der Brennkraftmaschine vorgesehen sein können, das Betriebsverhalten zumindest für eine gewisse Startzeit beeinträchtigen. Dies kann besonders nach längeren Standzeiten zu Problemen beim Starten der Brennkraftmaschine führen .

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass ein zuverlässiger Betrieb auch in einer Startphase oder nach längeren Standzeiten ermöglicht ist. Speziell kann die Zuverlässigkeit des Brennstoffeinspritzventils und somit einer Brennkraftmaschine mit solch einem Brennstoffeinspritzventil verbessert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen BrennStoffeinspritzventils möglich.

Vorteilhaft ist es, dass die Ventilhülse eine Stützkappe aufweist und dass der Aktor innerhalb der Ventilhülse angeordnet ist und sich von innen an der Stützkappe abstützt. Dadurch ist eine kompakte Ausgestaltung möglich, wobei der Aktor bezüglich einer Achse des Brennstoffeinspritzventils axial ausgerichtet werden kann.

Ferner ist es vorteilhaft, dass ein Ventilstück vorgesehen ist, das an der zweiten Seite der Drosselplatte anliegt, und dass das Ventilstück abschnittsweise umfänglich von der Ventilhülse umschlossen ist. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass zwischen dem Ventilstück und der Ventilhülse ein ringförmiger zweiter Steuerraum ausgebildet ist, in den die durch das Ventilstück verlängerte Ablaufdrossel mündet. Durch eine Betätigung der Ventilhülse mittels des piezoelektrischen Aktors kann eine teilweise oder vollständige Verbindung des zweiten Steuerraums mit einem Aktorraum, in dem der mit der Ventilhülse umgebene Aktor angeordnet ist, erfolgen, so dass die Ablaufdrossel teilweise oder ganz freigegeben wird. Dadurch verringert sich der Druck im Steuerraum, der auf die Stirnfläche der Ventilnadel einwirkt, was eine Betätigung der Ventilnadel und somit ein Abspritzen von Brennstoff aus dem Brennstoffeinspritzventil zur Folge hat.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass das zweite Federelement zusammen mit dem piezoelektrischen Aktor innerhalb der Ventilhülse angeordnet ist, wobei sich das zweite Federelement einerseits an dem Ventilstück abstützt und andererseits zumindest mittelbar an dem Aktor anliegt. Temperatur- und somit Längenänderungen von Bauteilen des Brennstoffeinspritzventils können dabei durch das erste Federelement und das zweite Federelement ausgeglichen werden. Ferner ist es vorteilhaft, dass das zweite Federelement relativ hart ausgestaltet ist, während das erste Federelement relativ weich ausgestaltet ist, das heißt, dass eine Federkonstante des ersten Federelements kleiner, insbesondere deutlich kleiner, ist als eine Federkonstante des zweiten Federelements. Dadurch werden Hubverluste bezüglich einer Betätigung des piezoelektrischen Aktors möglichst gering gehalten, da ein Zusammendrücken des zweiten Federelements einen Hubverlust des Aktors bedeuten kann. Der Hub des piezoelektrischen Aktors bedingt dadurch zumindest im Wesentlichen ein Zusammendrücken des ersten Federelements.

Die Federelemente sind vorzugsweise als Rohrfedern ausgestaltet, wodurch insbesondere ein axialsymmetrische Einfederung und eine axialsymmetrische Kraftausübung der Federelemente erreicht ist. Ferner ist die Ventilhülse vorzugsweise mit einer oder mehreren Bohrungen ausgestattet, die Öffnungen bilden, um den Innenraum der Ventilhülse mit dem Aktorraum zu verbinden, so dass der Austausch eines Mediums, insbesondere ein Entweichen von gasförmigen Bestandteilen, speziell Luft, ermöglicht ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor in einer schematischen

Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung .

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem piezoelektrischen Aktor 2 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das

Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 3 auf. In dem Ventilgehäuse 3 ist eine Hochdruckbohrung 4 ausgestaltet, über die unter hohem Druck stehender Brennstoff in einen Brennstoffräum 5 im Inneren des Ventilgehäuses 3 führbar ist. Ein Abschnitt 6 der Hochdruckbohrung 4 führt dabei durch eine Drosselplatte 7, die auf geeignete Weise mit dem Ventilgehäuse 3 verbunden ist. Von der Hochdruckbohrung 4 zweigt eine Zulaufdrossel 8 ab, die in der Drosselplatte 7 ausgestaltet ist. Die Zulaufdrossel 8 führt Brennstoff in einen Steuerraum 9, der durch eine erste Seite 10 der Drosselplatte 7, eine Steuerraumhülse 12 und eine Stirnfläche 13 einer Ventilnadel 14 begrenzt ist. Im Ausgangszustand befindet sich somit im Steuerraum 9 unter hohem Druck stehender Brennstoff, so dass die Ventilnadel 14 in Richtung eines Ventilsitzkörpers 15 gepresst wird. An dem Ventilsitzkörper 15 ist eine Ventilsitzfläche 16 ausgebildet, die mit der Ventilnadel 14 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.

Innerhalb des Ventilgehäuses 3 ist außerdem ein Aktorraum 20 ausgebildet. Der Aktorraum 20 befindet sich dabei auf einer der ersten Seite 10 abgewandten zweiten Seite 11 der Drosselplatte 7. In dem Aktorraum 20 sind eine Ventilhülse 21 und ein Ventilstück 22 angeordnet, wobei sich das Ventilstück 22 unmittelbar auf der zweiten Seite 11 der Drosselplatte 7 befindet. In dem Ventilstück 22 ist ein Bohrungsabschnitt 23 ausgebildet, der eine in der Drosselplatte 7 ausgebildete Ablaufdrossel 24 verlängert. Die Ablaufdrossel 24 verbindet dadurch den Steuerraum 9 mit einem ringförmigen zweiten Steuerraum 25, der zwischen dem Ventilstück 22 und der Ventilhülse 21 ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist zur Ausgestaltung des zweiten Steuerraums 25 eine ringförmige Nut an einer zylindermantelförmigen Außenseite 26 des Ventilstücks 22 ausgebildet. Ferner weist das Ventilstück 22 einen Absatz 27 auf, der einen Ventilsitz in Bezug auf die Ventilhülse 21 bildet, so dass in der in der Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellung der zweite Steuerraum 25 von dem übrigen Aktorraum 20 getrennt ist.

Der Aktorraum 20 ist über eine Rücklaufbohrung 28 mit einem Tank der Brennstoffeinspritzanlage verbunden, so dass an der Rücklaufbohrung 28 ein relativ niedriger Druck herrscht. Somit befindet sich der im Aktorraum 20 vorgesehene Brennstoff unter Niederdruck. Allerdings steht der zweite Steuerraum 25 in der Ausgangsstellung unter Hochdruck.

Die Ventilhülse 21 weist einen Innenraum 30 auf, der einerseits durch das Ventilstück 22 und andererseits durch eine Stützkappe 31 der Ventilhülse 21 sowie umfänglich durch eine Wand 32 der Ventilhülse 21 begrenzt ist. In der Ventilhülse 21 sind Bohrungen 33, 34 vorgesehen, so dass eine Verbindung zwischen dem Innenraum 30 der Ventilhülse 21 und dem Aktorraum 20 besteht. Speziell bildet die Bohrung 34 eine Öffnung 35 in dem Ventilstück 22, über die ein Ausgleich zwischen dem Innenraum 30 der Ventilhülse 21 und dem Aktorraum 20 besteht.

In dem Aktorraum 20 ist außerdem ein erstes Federelement 40 angeordnet, das als Rohrfeder ausgestaltet ist. Das erste Federelement 40 stützt sich einerseits an dem Ventilgehäuse 3 und andererseits an der Stützkappe 31 der Ventilhülse 21 ab. Das erste Federelement 40 weist eine gewisse Vorspannung auf, so dass die Ventilhülse 21 gegen den Absatz 27 des Ventilstückes 22 gepresst ist, so dass der zwischen dem Ventilstück 22 und der Ventilhülse 21 gebildete Ventilsitz geschlossen ist.

Ferner sind in dem Innenraum 30 der Ventilhülse 21 der piezoelektrische Aktor 2 und ein zweites Federelement 41 angeordnet. Dabei stützt sich der piezoelektrische Aktor 2 an der Stützkappe 31 der Ventilhülse 21 ab, während sich das zweite Federelement 41 einerseits an dem Ventilstück 22 abstützt und andererseits an dem piezoelektrischen Aktor 2 anliegt. Das zweite Federelement 41 weist eine gewisse Vorspannung auf, so dass der piezoelektrische Aktor 2 vorgespannt ist.

Die Federelemente 40, 41 sind vorzugsweise unterschiedlich ausgestaltet. Vorzugsweise ist das erste Federelement 40 weich, während das zweite Federelement 41 hart ausgestaltet ist. Das heißt, dass das erste Federelement 40 vorzugsweise eine kleinere Federkonstante aufweist als das zweite Federelement 41. Speziell besteht ein relativ großer Unterschied in den Federkonstanten der Federelemente 40, 41. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Betätigung des piezoelektrischen Aktors 2 der von dem Aktor 2 erzeugte Hub zumindest im Wesentlichen zur Verkürzung, das heißt Einfederung, des ersten Federelements 40 führt, während das zweite Federelement 41 möglichst nicht verkürzt wird. Dadurch wird der Hub des piezoelektrischen Aktors 2 zumindest im Wesentlichen zur Öffnung des zwischen der Ventilhülse 21 und des Absatz 27 des Ventilstückes 22 gebildeten Ventilsitzes verwendet, um den zweiten Steuerraum 25 teilweise oder ganz freizugeben. Ferner weist das erste Federelement 40 im unbestromten und somit unbetätigten Zustand des piezoelektrischen Aktors 2 eine höhere Federkraft auf als das zweite Federelement 41.

Bei einer Betätigung des piezoelektrischen Aktors 2 wird zunächst das zweite Federelement 41 verkürzt, bis die Vorspannkraft des ersten Federelements 40 erreicht ist. Dann wird das erste Federelement 40 zusammengedrückt und somit verkürzt, so dass die Ventilhülse 21 aus dem an dem Absatz 27 gebildeten Ventilsitz gehoben wird. Wenn dann die Federkraft des ersten Federelements 40 wieder größer ist als die Federkraft des zweiten Federelements 41, wird wieder das zweite Federelement 41 zusammengedrückt, bis dieses wieder die Federkraft des ersten Federelements 40 überschreitet. Also wird das erste Federelement 40 nach und nach zusammengedrückt. Somit wird also auch die Ventilhülse 21 nach und nach angehoben. Somit wird der zweite Stauraum 25 zum Aktorraum 20 geöffnet, so dass die Ablaufdrossel 24 freigegeben wird und der Druck des Brennstoffes im Steuerraum 9 sinkt. Die effektiv auf die Ventilnadel 14 einwirkende Kraft ist dann zu dem Steuerraum 9 hingerichtet, so dass die Ventilnadel 14 aus ihrem Ventilsitz an der Ventilsitzfläche 16 gehoben wird und Brennstoff aus dem Brennstoffräum 5 über den geöffneten Dichtsitz und die Düsenöffnung 42 abgespritzt wird.

Durch Entladen des piezoelektrischen Aktors 2 wird das Brennstoffeinspritzventil 1 wieder geschlossen. Dabei erfolgt durch das erste Federelement 40 eine Rückstellung der Ventilhülse 21 in die in der Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung, in der die Ventilhülse 21 wieder an dem durch den Absatz 27 des Ventilstückes 22 gebildeten Ventilsitz anliegt. Dabei wird der zweite Steuerraum 25 geschlossen, so dass der Druck im Steuerraum 9 wieder auf den Hochdruck ansteigt und eine effektive Kraft zum Schließen der Ventilnadel 14 in die in der Fig. 1 dargestellte Ausgangsstellung erzeugt wird.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist eine Achse 45 auf. Durch die beschriebene Ausgestaltung kann der piezoelektrische Aktor 2 bezüglich der Achse 45 des Brennstoffeinspritzventils 1 zentriert werden. Ferner können die Federelemente 40, 41 bezüglich der Achse 45 ausgerichtet werden, wobei durch die Ausgestaltung der Federelemente 40, 41 als Rohrfedern eine symmetrische Kraftentfaltung der Federelemente 40, 41 erzielt ist. Somit ergibt sich ein kompakter Aufbau und eine hohe Zuverlässigkeit des Brennstoffeinspritzventils 1. Ferner können gasförmige Bestandteile, insbesondere Luft, die insbesondere in einer Startphase des Brennstoffeinspritzventils in dem Ventilgehäuse 3 vorhanden sind, in vorteilhafter Weise entfernt werden. Speziell wird bei der Inbetriebnahme des Brennstoffeinspritzventils 1 über die Zulaufdrossel 8 zunächst der Steuerraum 9 und somit auch über die Ablaufdrossel 24 der zweite Steuerraum 25 mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff gefüllt. Gasförmige Bestandteile werden dabei aus den Steuerräumen 9, 25 verdrängt. Dadurch ist von Anfang an die Funktionsfähigkeit des Brennstoffeinspritzventils 1 gewährleistet. Probleme beim Starten der Brennkraftmaschine werden dadurch verhindert. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.