DE19709795A1

DE19709795A1 - Fuel injection valve for internal combustion engines

Info

Publication number: DE19709795A1
Application number: DE19709795A
Authority: DE
Inventors: Katsuoki Itoh
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-09-17
Also published as: EP0864743B1; EP0864743A3; JPH10252598A; DE59710265D1; EP0864743A2

Description

State of the art

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen aus der DE 195 00 706 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein kolbenförmiges Ventilglied axial verschiebbar in einem Ventilkörper angeordnet, der mit seinem freien Ende in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Das Ventilglied weist dabei an sei nem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche auf, mit der es zur Steuerung eines Einspritzquerschnittes mit einer Ventilsitzfläche am Ventilkörper zusammenwirkt, von der eine Einspritzöffnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine ab führt. Das Ventilglied wird von einem elektrischen Stell glied, vorzugsweise einem Piezoaktor axial betätigt, wobei die Stellbewegung des Piezoaktors über einen hydraulischen Arbeitsraum auf das Ventilglied übertragen wird. Dies hat dabei den Vorteil, daß z. B. temperaturabhängige Schwankun gen des Piezoaktors ausgeglichen werden können und zudem die Stellbewegung des Piezoaktors in eine größere Stellbewegung des Ventilgliedes übersetzt werden kann. The invention relates to a fuel injection valve for Internal combustion engines according to the preamble of claim 1 out. In such a known from DE 195 00 706 A1 Fuel injection valve is a piston-shaped valve member axially slidably disposed in a valve body with its free end in the combustion chamber of the one to be supplied Internal combustion engine protrudes. The valve member instructs BE valve end on the combustion chamber end, with which is used to control an injection cross section with a Valve seat surface cooperates on the valve body, one of which Injection opening into the combustion chamber of the internal combustion engine leads. The valve member is operated by an electrical actuator member, preferably axially actuated a piezo actuator, wherein the actuating movement of the piezo actuator via a hydraulic Working space is transferred to the valve member. this has the advantage that z. B. temperature-dependent fluctuation can be compensated for the piezo actuator and also the Actuating movement of the piezo actuator in a larger actuating movement of the valve member can be translated.

Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß es beim dynamischen Betrieb zu Über schwingungen und Prellern des Ventilgliedes kommen kann, die ein ungewolltes Öffnen des Einspritzventils zur Folge haben. Zudem werden bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil Ei genschwingungen des Piezoaktors über den hydraulischen Ver stärkerraum auf das Ventilglied übertragen, so daß auch die ses zu schwingen beginnt und somit den Einspritzverlauf ver fälscht. Ein weiterer Nachteil des bekannten Kraftstoffein spritzventils tritt bei der Rückstellbewegung des Piezoak tors auf, wobei durch die rasche Volumenvergrößerung des hy draulischen Arbeitsraumes der Druck des darin befindlichen Kraftstoffes unter den Dampfdruck sinken kann und somit Ka vitationsschäden auftreten können.However, the known fuel injection valve the disadvantage that it is too dynamic during operation Vibrations and bouncing of the valve member can occur result in an unwanted opening of the injection valve. In addition, in the known fuel injection valve Ei vibration of the piezo actuator via the hydraulic Ver stronger space transferred to the valve member, so that the It starts to oscillate and thus ver the injection course ver fakes. Another disadvantage of the known fuel spray valve occurs during the return movement of the piezo actuator tors on, whereby the rapid volume increase of the hy draulic workspace the pressure of what is inside Fuel can drop below the vapor pressure and thus Ka damage to vitality can occur.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brenn kraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Ver wendung eines zweiten elektrischen Stellgliedes eine sehr schnelle und direkte Ventilgliedbetätigung möglich ist, mit der sich der Einspritzöffnungsquerschnitt und somit der Ein spritzverlauf am Kraftstoffeinspritzventil optimal über die Einspritzzeit formen läßt. Dabei erfolgt der mechanische bzw. Temperaturausgleich des Piezoaktors sowie die hydrauli sche Verstärkung der Verstellbewegung des Piezoaktors über einen hydraulischen Arbeitsraum. Dieser Arbeitsraum ist da bei in zwei Teilräume unterteilt, die jeweils durch einen Kolben des Piezoaktors und des Ventilgliedes begrenzt werden und die über eine Drosselstelle voneinander getrennt sind, so daß am Piezoaktor auftretende Schwingungen nicht auf das Ventilglied übertragen werden und ein Überschwingen bzw. Preller am Ventilglied selbst unterdrückt werden. Durch die Trennung von elektrischem Stellglied und dessen Verstellkol ben wird zudem das Entstehen eines Unterdruckes bei schnel lem Rückstellen der elektrischen Stellglieder vermieden, wo bei diese dann vom Verstellkolben abheben. Besonders vor teilhaft ist die Verwendung von zwei in Gegenrichtung auf das Ventilglied wirkenden elektrischen Stellgliedern, da so mit neben einem sehr schnellen und gesteuerten Öffnungshub auch der Schließhub des Ventilgliedes sehr rasch und gesteu ert ausgeführt werden kann. Dabei kann durch die Verwendung dieser in Gegenrichtung wirkenden elektrischen Stellglieder auch eine Dämpfung des Ventilgliedes erreicht werden, da der zweite in Gegenrichtung zum ersten wirkende Aktor einen dy namischen Kräfteausgleich im hydraulischen Arbeitsraum be wirkt. Ein weiterer Vorteil wird durch die zweiteilige Aus bildung des mit dem Ventilglied verbundenen Ventilkolbens erreicht, bei der jeder Ventilkolbenteil einen in Gegenrich tung auf das Ventilglied wirkenden Arbeitsraum begrenzt. Da bei läßt sich durch einen vorgegebenen Abstand zwischen den beiden Kolbenteilen ein Vorhub am Ventilglied realisieren.The fuel injection valve for combustion according to the invention engines with the characteristic features of the patent claim 1 has the advantage that the Ver application of a second electrical actuator is a very fast and direct valve member actuation is possible with which is the cross section of the injection opening and thus the one The injection process on the fuel injector is optimally controlled via the Injection time forms. The mechanical one takes place or temperature compensation of the piezo actuator and the hydraulic cal amplification of the adjustment movement of the piezo actuator a hydraulic work area. This work space is there at divided into two sub-rooms, each by one Pistons of the piezo actuator and the valve member are limited and which are separated from each other by a throttling point, so that vibrations occurring at the piezo actuator do not affect the Valve element are transmitted and an overshoot or Bouncers on the valve member itself are suppressed. Through the Separation of the electrical actuator and its adjusting piston In addition, the development of a negative pressure at schnel Avoid resetting the electrical actuators where then lift them off the adjusting piston. Especially before the use of two in the opposite direction is partial the valve actuator acting electrical actuators, because so with a very fast and controlled opening stroke the closing stroke of the valve member is also very quick and controlled can be executed. This can be done by using this electrical actuators acting in the opposite direction damping of the valve member can also be achieved since the second actuator acting in the opposite direction to the first one dy Namely balancing of forces in the hydraulic work area works. Another advantage is the two-part Aus formation of the valve piston connected to the valve member reached, in which each valve piston part one in opposite direction limited to the working area acting on the valve member. There at can by a predetermined distance between the Realize a forward stroke on the valve member for both piston parts.

Durch eine gezielte stufenförmige Verstellbewegung der elek trischen Stellglieder ist es zudem möglich, ein Schwingen des Ventilgliedes zu unterdrücken bzw. zu dämpfen.Through a targeted step-like adjustment movement of the elec trical actuators, it is also possible to swing to suppress or dampen the valve member.

Das elektrische Stellglied kann dabei alternativ als piezo elektrischer oder magnetostriktiver Aktor ausgebildet sein. Zudem kann das von den elektrischen Stellgliedern betätigte Kraftstoffeinspritzventil als nach außen öffnendes Ein spritzventils oder nach innen öffnendes Einspritzventil, z. B. Loch- oder Zapfendüse ausgebildet sein.The electrical actuator can alternatively as a piezo electrical or magnetostrictive actuator. In addition, that operated by the electrical actuators Fuel injector as an outward opening on injection valve or inward opening injection valve, e.g. B. hole or tenon nozzle.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen standes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar. Further advantages and advantageous configurations of the counter State of the invention are the description, the drawing and the patent claims.

drawing

Drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoff einspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschrei bung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 ein erstes Aus führungsbeispiel in einer vereinfachten Schemadarstellung, bei dem die beiden Piezoaktoren in gleicher Verstellrichtung über einen gemeinsamen hydraulischen Arbeitsraum auf das Ventilglied wirken, die Fig. 2 ein zweites Ausführungsbei spiel, bei dem die beiden elektrischen Stellglieder in je weils entgegengesetzter Verstellrichtung über einen gemein samen hydraulischen Arbeitsraum am Ventilglied des Kraft stoffeinspritzventils angreifen, und die Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel analog zur Darstellung der Fig. 2, bei dem jedem elektrischen Stellglied ein separater hydrauli scher Arbeitsraum zum Ventilglied zugeordnet ist.Three embodiments of the fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines are shown in the drawing and are explained in more detail in the description below. They show: Fig. 1 shows a first off operation example in a simplified schematic representation, in which the two piezoelectric actuators act in the same direction of adjustment via a common hydraulic working chamber on the valve member, FIG. 2 shows a second Ausführungsbei game, in which the two electric actuators in each because opposing direction of attack on a common hydraulic working chamber on the valve member of the fuel injection valve, and Fig. 3 shows a third embodiment analogous to the representation of Fig. 2, in which each electric actuator is assigned a separate hydraulic working chamber to the valve member.

Description of the embodiments

Das in der Fig. 1 in einer vereinfachten Schemadarstellung gezeigte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen weist ei nen Ventilkörper 1 auf, der mit seinem unteren freien Ende in den nicht näher dargestellten Brennraum der zu versorgen den Brennkraftmaschine ragt. Im Ventilkörper 1 ist eine axiale Sackbohrung 3 vorgesehen, in die eine nicht gezeigte, von einer Kraftstoffeinspritzpumpe abführende Einspritzlei tung mündet. Desweiteren ist im Ventilkörper 1 ein kolben förmiges Ventilglied 5 axial verschiebbar angeordnet, das an seinem unteren, brennraumnahen Ende eine Ventildichtfläche 7 aufweist, mit der es zur Steuerung eines Einspritzquer schnittes mit einer Ventilsitzfläche 9 am Ventilkörper 1 zu sammenwirkt, die am geschlossenen Ende der Sackbohrung 3 ge bildet ist. Dabei führen von der Ventilsitzfläche 9 zwei Einspritzöffnungen 11 in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ab. Das Ventilglied 5 verringert an sei nem der Ventildichtfläche 7 abgewandten Ende seinen Quer schnitt unter Bildung einer Ringschulter 13, an der eine sich andererseits gehäusefest abstützende Ventilfeder 15 derart angreift, daß sie das Ventilglied 5 in Anlage an der Ventilsitzfläche 9 hält.The first embodiment of the fuel injection valve of the invention for internal combustion engines shown in Fig. 1 in a simplified schematic representation has ei NEN valve body 1, which projects with its lower free end in the non-illustrated combustion chamber of the supplying the internal combustion engine. In the valve body 1 , an axial blind bore 3 is provided, into which a device (not shown) discharging from a fuel injection pump opens. Furthermore, a piston-shaped valve member 5 is arranged axially displaceably in the valve body 1 , which has a valve sealing surface 7 at its lower end near the combustion chamber, with which it cuts to control an injection cross section with a valve seat surface 9 on the valve body 1, which cooperates at the closed end of the blind bore 3 is formed. In this case, two injection openings 11 lead from the valve seat surface 9 into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied. The valve member 5 reduces at its end facing away from the valve sealing surface 7 its cross section to form an annular shoulder 13 on which, on the other hand, a valve spring 15 , which is fixed to the housing, engages in such a way that it holds the valve member 5 in contact with the valve seat surface 9 .

An seinem der Ventildichtfläche 7 abgewandten Ende weist das Ventilglied 5 einen im Querschnitt vergrößerten Ventilkol ben 17 auf, der zur axialen Betätigung des Ventilgliedes 5 in einen hydraulischen Arbeitsraum 19 ragt und diesen mit seiner unteren, dem Ventilsitz 9 zugewandten Kolbenring stirnfläche 21 begrenzt. Zur Betätigung des Ventilgliedes 5 sind weiterhin zwei vorzugsweise als Piezoaktoren ausgebil dete elektrische Stellglieder vorgesehen, von denen ein er stes Stellglied 23 über einen axial daran anliegenden ersten Verstellkolben 25 ebenfalls in den hydraulischen Arbeits raum 19 ragt. Zusätzlich zum ersten Stellglied 23 ist ein zu diesem versetzt angeordnetes zweites Stellglied 27 vorgese hen, das ebenfalls unter Zwischenschaltung eines zweiten Verstellkolbens 29 in den hydraulischen Arbeitsraum 19 ragt. Dabei ist der hydraulische Arbeitsraum 19 in drei Teilräume unterteilt, von denen ein erster Teilraum 31 vom ersten Ver stellkolben 25, ein zweiter Teilraum 33 vom zweiten Ver stellkolben 29 und ein dritter Teilraum 35 vom Ventilkol ben 17 begrenzt ist. Dabei ist der dritte Teilraum 35 über jeweils eine Drosselstelle 37 mit den beiden anderen Teil räumen 31 und 33 verbunden.At its end facing away from the valve sealing surface 7 , the valve member 5 has a valve piston 17 which is enlarged in cross section and projects into a hydraulic working space 19 for the axial actuation of the valve member 5 and limits the end face 21 with its lower piston ring 9 facing the valve seat 9 . For actuating the valve member 5 , two electric actuators are preferably provided as piezo actuators, one of which he stes actuator 23 also projects into the hydraulic working space 19 via an axially adjacent first adjusting piston 25 . In addition to the first actuator 23 , a second actuator 27 arranged offset therefrom is provided, which likewise projects into the hydraulic working space 19 with the interposition of a second adjusting piston 29 . The hydraulic working space 19 is divided into three sub-rooms, of which a first sub-space 31 is limited by the first adjusting piston 25 , a second sub-space 33 by the second adjusting piston 29 and a third sub-space 35 by the valve piston 17 . The third subspace 35 is connected via a throttling point 37 to the other two subspaces 31 and 33 .

Für eine sichere ständige Anlage der Verstellkolben 25 und 29 an den elektrischen Stellgliedern 23 und 27 sind zwischen den Verstellkolben 25 und 29 und dem diese führenden Gehäuse Rückstellfedern 41 eingespannt, die die Verstellkolben 25 und 29 in vom hydraulischen Arbeitsraum 19 abgewandter Rich tung beaufschlagen und diese so in ständiger Anlage an den elektrischen Stellgliedern 23 und 27 halten.For a safe permanent system of the adjusting pistons 25 and 29 on the electric actuators 23 and 27 , return springs 41 are clamped between the adjusting pistons 25 and 29 and the housing that guides them, which act on the adjusting pistons 25 and 29 in a direction facing away from the hydraulic working space 19 and these devices so keep in constant contact with the electric actuators 23 and 27 .

Das in der Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brenn kraftmaschinen arbeitet in folgender Weise. In Ausgangslage des geschlossenen Kraftstoffeinspritzventils sind die als Piezoaktoren ausgebildeten elektrischen Stellglieder 23 und 27 stromlos geschalten und weisen ihre kleinste axiale Er streckung auf. Die Verstellkolben 25 und 29 sind durch die Rückstellfedern 41 in Anlage an den Stellgliedern 23 und 27 gehalten, so daß im hydraulischen Arbeitsraum 19 lediglich ein Standdruck aufgebaut ist. Dieser an der Kolbenringstirn fläche 21 des fest mit dem Ventilglied 5 verbundenen Ventil kolben 17 in Öffnungsrichtung des Ventilgliedes 5 angreifen de Standdruck ist dabei jedoch kleiner als die Schließkraft der Ventilfeder 15, die das Ventilglied 5 mit seiner Ventil dichtfläche 7 dichtend an der Ventilsitzfläche 9 hält, so daß die Einspritzöffnungen 11 von der Ventildichtfläche 7 verschlossen gehalten werden. Soll eine Einspritzung am Kraftstoffeinspritzventil erfolgen, werden die Stellglie der 23 und 27 bestromt und dehnen sich in ihrer Länge aus. Dabei werden die Verstellkolben 25 in Richtung hydraulischer Arbeitsraum 19 verschoben, so daß das Hydraulikmedium aus den Teilräumen 31 und 33 über die Drosselstellen 37 in den dritten Teilraum 35 verdrängt wird. Dort greift das zuströ mende hydraulische Druckmittel an der Stirnfläche 21 des Ventilkolbens 17 an und verschiebt diesen entgegen der Schließkraft der Ventilfeder 15 in die vom Ventilsitz 9 ab gewandte Richtung, so daß das Ventilglied 5 vom Ventilsitz 9 abhebt und den Durchströmquerschnitt zwischen der mit Hoch druckkraftstoff gefüllten Sackbohrung 3 zu den Einspritzöff nungen 11 freigibt. Dabei werden Schwingungen am Ventil glied 5 durch eine gezielte stufenförmige Bewegung der elek trischen Stellglieder 23 und 27 gedämpft. Dazu wird die axiale Ausdehnungsstellbewegung der Stellglieder 23 und 27 stufenweise ausgelöst, wobei ein Stellglied jeweils kurz nach dem zweiten Stellglied angesteuert wird. Die zeitliche Verschiebung der Verstellbewegungen der Stellglieder 23 und 27 zueinander beträgt dabei etwa einige 10 µs.The first embodiment shown in FIG. 1 of the fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines works in the following manner. In the starting position of the closed fuel injection valve, the electrical actuators 23 and 27 , which are designed as piezo actuators, are switched off and have their smallest axial extension. The adjusting pistons 25 and 29 are held by the return springs 41 in contact with the actuators 23 and 27 , so that only a standing pressure is built up in the hydraulic working space 19 . This on the piston ring end face 21 of the valve piston 5 firmly connected to the valve piston 17 attack in the opening direction of the valve member 5 de standing pressure is smaller than the closing force of the valve spring 15 , which holds the valve member 5 with its valve sealing surface 7 sealingly on the valve seat surface 9 , so that the injection openings 11 are kept closed by the valve sealing surface 7 . If an injection is to take place at the fuel injection valve, the actuators of FIGS. 23 and 27 are energized and expand in length. The adjusting pistons 25 are displaced in the direction of the hydraulic working space 19 , so that the hydraulic medium is displaced from the part spaces 31 and 33 via the throttle points 37 into the third part space 35 . There, the inflowing hydraulic pressure medium engages on the end face 21 of the valve piston 17 and moves it against the closing force of the valve spring 15 in the direction facing away from the valve seat 9 , so that the valve member 5 lifts off the valve seat 9 and the flow cross-section between the high pressure fuel filled blind hole 3 to the injection openings 11 releases. Vibrations on the valve member 5 are damped by a targeted step-shaped movement of the electric actuators 23 and 27 . For this purpose, the axial expansion adjustment movement of the actuators 23 and 27 is triggered in stages, an actuator being actuated shortly after the second actuator. The time shift of the adjustment movements of the actuators 23 and 27 to each other is about a few 10 microseconds.

Zur Beendigung des Einspritzvorganges am Kraftstoffein spritzventil werden die elektrischen Stellglieder 23 und 27 erneut stromlos geschaltet, so daß sie wieder sehr rasch in ihre axial verkürzte Ausgangslage zurückkehren. Dabei er folgt das Ansteuern der elektrischen Stellglieder 23 und 27 erneut mit einer geringen zeitlichen Verschiebung. Die je weiligen Verstellkolben 25 und 29 werden durch die Kraft der Rückstellfedern 41 ebenfalls in Richtung Stellglieder 23, 27 zurückverschoben, so daß sich das Volumen im hydraulischen Arbeitsraum rasch vergrößert und der Druck somit schnell un ter den Schließdruck der Ventilfeder 15 absinkt. Infolgedes sen wird das Ventilglied 5 von der Ventilfeder 15 erneut in Anlage an den Ventilsitz 9 verschoben, so daß der Öffnungs querschnitt am Kraftstoffeinspritzventil wieder verschlossen und die Einspritzung beendet ist. Dabei wird durch die Tren nung der Verstellkolben 25, 29 von den elektrischen Stell gliedern 23 und 27 die Rückstellbewegung der Verstellkol ben 25 und 29 derart verzögert, daß der Druck im hydrauli schen Arbeitsraum nicht unter den Dampfdruck abfällt und so mit keine Kavitationsschäden auslösende Unterdruckgebiete entstehen. Diese Vermeidung von Kavitation kann zudem durch eine Verzögerung der Rückstellgeschwindigkeit der elektri schen Stellglieder 23 und 27 und durch eine Erhöhung des Sy stemdruckes im hydraulischen Arbeitsraum 19 weit über den Dampfdruck des hydraulischen Mediums unterstützt werden.To end the injection process at the fuel injection valve, the electric actuators 23 and 27 are again de-energized so that they return very quickly to their axially shortened starting position. He follows the actuation of the electric actuators 23 and 27 again with a slight time shift. The respective adjusting pistons 25 and 29 are also pushed back by the force of the return springs 41 in the direction of actuators 23 , 27 , so that the volume in the hydraulic working space increases rapidly and the pressure thus quickly drops below the closing pressure of the valve spring 15 . As a result, the valve member 5 is moved again by the valve spring 15 into contact with the valve seat 9 , so that the opening cross section on the fuel injector is closed again and the injection is ended. The Tren voltage of the adjusting pistons 25 , 29 of the electrical actuators 23 and 27 delays the return movement of the adjusting pistons 25 and 29 in such a way that the pressure in the hydraulic working space does not drop below the vapor pressure and so there are no negative pressure areas causing cavitation damage . This avoidance of cavitation can also be supported by a delay in the return speed of the electrical actuators rule 23 and 27 and by increasing the system pressure in the hydraulic working space 19 well above the vapor pressure of the hydraulic medium.

Das in der Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß nunmehr zwei hydraulische Arbeitsräume vorgesehen sind, die durch den Ventilkolben 17 derart voneinander abgegrenzt sind, daß sie den Ventilkol ben 17 des Ventilgliedes 5 jeweils in entgegengesetzter Ver stellrichtung beaufschlagen. Dazu sind die zwei hydrauli schen Arbeitsräume in einer gemeinsamen zylinderförmigen Kammer 43 angeordnet, die durch den gleitend darin geführten Ventilkolben 17 in einen ersten oberen hydraulischen Ar beitsraum 45 und einen zweiten unteren hydraulischen Ar beitsraum 47 unterteilt ist. Dabei begrenzt eine erste obere Ventilkolbenstirnfläche 49 den ersten oberen hydraulischen Arbeitsraum 45 und eine zweite untere Ventilkolbenstirnflä che 21 den zweiten unteren hydraulischen Arbeitsraum 47. Die hydraulischen Arbeitsräume 45 und 47 sind jeweils in zwei Teilräume unterteilt, von denen je ein Teilraum an den Ver stellkolben 25, 29 des elektrischen Stellgliedes 23, 27 und ein anderer Teilraum an den Ventilkolben 17 mündet und die wiederum über einen Drosselquerschnitt 37 miteinander ver bunden sind.The second exemplary embodiment shown in FIG. 2 differs from the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 in that two hydraulic working spaces are now provided which are delimited from one another by the valve piston 17 in such a way that they separate the valve piston 17 of the valve member 5 act in the opposite direction of adjustment. For this purpose, the two hydraulic working spaces are arranged in a common cylindrical chamber 43 , which is divided into a first upper hydraulic working space 45 and a second lower hydraulic working space 47 by the slidingly guided valve piston 17 therein. A first upper valve piston end face 49 delimits the first upper hydraulic working space 45 and a second lower valve piston end face 21 limits the second lower hydraulic working space 47 . The hydraulic working spaces 45 and 47 are each subdivided into two subspaces, each of which a subspace to the actuating piston 25 , 29 of the electric actuator 23 , 27 and another subspace opens to the valve piston 17 and which in turn are connected to one another via a throttle cross section 37 are.

Das in der Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel arbeitet in folgender Weise. In Ausgangslage bei geschlosse nem Kraftstoffeinspritzventil ist das erste Stellglied 23 axial ausgedehnt. Dazu kann ein sich unter Zuführung einer Steuerspannung axial ausdehnendes Piezoelement bestromt sein oder ein sich unter Zuführung einer Steuerspannung zusammen ziehendes Piezoelement stromlos geschaltet sein. Durch die axiale Ausdehnung des ersten Stellgliedes 23 wird der erste Verstellkolben 25 in Richtung erster hydraulischer Arbeits raum 45 verschoben, wobei diese Verstellbewegung des ersten Verstellkolbens 25 über die obere Ventilkolbenstirnfläche 49 des Verstellkolbens 17 so auf das Ventilglied 5 übertragen wird, daß dieses mit seiner Ventildichtfläche 7 dichtend in Anlage an die Ventilsitzfläche 9 gepreßt wird. Das zweite Stellglied 27 ist bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzven til so geschaltet, daß es seine kleinste axiale Erstreckung aufweist. Der zweite Verstellkolben 29 wird dabei durch die Rückstellfeder 41 in Anlage am Stellglied 27 gehalten und ist weitgehend aus dem zweiten unteren hydraulischen Ar beitsraum 47 ausgetaucht.The second embodiment shown in FIG. 2 operates in the following way. In the starting position with the fuel injector closed, the first actuator 23 is axially extended. To this end, a piezo element that expands axially while supplying a control voltage can be energized, or a piezo element that contracts under the supply of a control voltage can be de-energized. Due to the axial extension of the first actuator 23 , the first adjusting piston 25 is displaced in the direction of the first hydraulic working space 45 , this adjusting movement of the first adjusting piston 25 being transmitted via the upper valve piston end face 49 of the adjusting piston 17 to the valve member 5 such that it has its valve sealing surface 7 is pressed sealingly into contact with the valve seat surface 9 . The second actuator 27 is switched with closed fuel injection valve so that it has its smallest axial extent. The second adjusting piston 29 is held by the return spring 41 in contact with the actuator 27 and is largely immersed from the second lower hydraulic working space 47 Ar.

Soll eine Einspritzung am Kraftstoffeinspritzventil erfol gen, wird nunmehr das erste Stellglied 23 so geschaltet, daß es seine axiale Erstreckung verringert. Gleichzeitig wird das zweite Stellglied 27 derart geschaltet, daß sich seine axiale Erstreckung vergrößert, so daß der zweite Verstell kolben 29 vom zweiten Stellglied 27 in Richtung zweiter un terer hydraulischer Arbeitsraum 47 verschoben wird. Diese Stellbewegung des zweiten Verstellkolbens 29 wird hydrau lisch auf die untere Kolbenringstirnfläche 21 des Verstell kolbens 17 übertragen, so daß das Ventilglied 5 vom Ventil sitz 9 abgehoben wird und den Einspritzquerschnitt in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigibt. Um dabei Schwin gungen am Ventilglied 5 zu vermeiden kann die Verstellung des Ventilgliedes erneut durch ein stufenweises Ansteuern der Stellglieder 23 und 27 erfolgen, wobei der in Schließ richtung wirkende Verstellkolben 25 jeweils kurzzeitig vom Stellglied 23 in seiner Lage fixiert wird und so kurzzeitig eine dämpfende Gegenkraft aufbaut. Dabei werden zudem durch den Drosseleffekt an den Drosselstellen 37 die Übertragung von Eigenschwingungen der Stellglieder 23 und 27 gedämpft.If an injection at the fuel injection valve is successful, the first actuator 23 is now switched so that it reduces its axial extent. At the same time, the second actuator 27 is switched such that its axial extension increases, so that the second adjusting piston 29 is displaced from the second actuator 27 in the direction of the second un lower hydraulic working space 47 . This actuating movement of the second adjusting piston 29 is transferred hydraulically to the lower piston end face 21 of the adjusting piston 17 , so that the valve member 5 is lifted off the valve seat 9 and releases the injection cross section into the combustion chamber of the internal combustion engine. In order to avoid vibrations on the valve member 5 , the adjustment of the valve member can be carried out again by gradually actuating the actuators 23 and 27 , the adjusting piston 25 acting in the closing direction being briefly fixed in its position by the actuator 23 and thus briefly having a damping counterforce builds up. The throttling effect at the throttling points 37 also dampens the transmission of natural vibrations of the actuators 23 and 27 .

Das in der Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils unterschei det sich zum in der Fig. 2 dargestellten zweiten Ausfüh rungsbeispiel durch die Ausbildung des Ventilkolbens 17, der nunmehr zweiteilig ausgebildet ist. Dabei begrenzt ein er ster oberer Kolbenteil 61 mit seiner oberen Ventilkolben stirnfläche 49 den oberen hydraulischen Arbeitsraum 45, der in Schließrichtung auf das Ventilglied 5 wirkt. Ein zweiter unterer Kolbenteil 63 des Ventilkolbens 17 begrenzt mit sei ner unteren Kolbenringstirnfläche 21 den unteren hydrauli schen Arbeitsraum 47, der in Öffnungsrichtung auf das Ven tilglied 5 des nach innen öffnenden Kraftstoffeinspritzven tils wirkt. Die beiden Kolbenteile 61 und 63 sind durch eine vorzugsweise am oberen Kolbenteil 61 angeordnete Kolbenstan ge 65 in einem bestimmten Abstand zueinander miteinander in Anlage bringbar, wobei sich über den freien Abstand zwischen der Kolbenstange 65 und dem unteren Kolbenteil 63 ein Vor hub h_v des Ventilgliedes 5 in Öffnungsrichtung einstellen läßt.The third embodiment of the fuel injection valve according to the invention shown in FIG. 3 differs from the second embodiment shown in FIG. 2 by the design of the valve piston 17 , which is now formed in two parts. He limits an upper piston part 61 with its upper valve piston end face 49 to the upper hydraulic working space 45 , which acts on the valve member 5 in the closing direction. A second lower piston part 63 of the valve piston 17 limits its lower piston ring end face 21 to the lower hydraulic working space 47 , which acts in the opening direction on the valve member 5 of the valve 5 inwardly opening fuel injection valve. The two piston portions 61 and 63 are ge by a preferably arranged on the upper piston part 61 piston rod 65 in a certain distance from each other with each other in abutment engageable, whereby on the free distance between the piston rod 65 and the lower piston part 63 a pre hub h _v of the valve member 5 can be set in the opening direction.

Das in der Fig. 3 ohne die Stellglieder und die entspre chenden Rückstellfedern der Verstellkolben dargestellte Kraftstoffeinspritzventil arbeitet analog zum zweiten Aus führungsbeispiel. Dabei durchläuft das Ventilglied 5 zu Be ginn der Öffnungshubphase bei Verschieben des zweiten Stell gliedes 27 in Richtung unterer hydraulischer Arbeitsraum 47 zunächst einen sehr raschen Vorhubweg h_v, bei dem lediglich die Kraft der nicht dargestellten Ventilfeder 15 überdrückt werden muß. Nach Durchfahren des Vorhubweges h_v gelangt der untere Ventilkolbenteil 63 in Anlage an den oberen Ventil kolbenteil 61 und hat nunmehr im Verlauf der weiteren Ver stellhubbewegung eine größere Rückstellkraft zu überwinden. Dabei kann der sich an die Voreinspritzung anschließende Öffnungshubverlauf des Ventilgliedes 5 durch die entspre chende Ansteuerung des den ersten Verstellkolben 25 betäti gende erste Stellglied 23 eingestellt werden. Um dabei eine gegenseitige Beeinflussung der Stellbewegung der Kolbentei le 61 und 63 zu vermeiden, sind die hydraulischen Arbeits räume 45 und 47 durch den Ventilkolben 17 vorzugsweise von einander getrennt.The fuel injector shown in FIG. 3 without the actuators and the corresponding return springs of the adjusting piston works analogously to the second exemplary embodiment. The valve member 5 passes through at the start of the opening stroke phase when moving the second actuator 27 in the direction of the lower hydraulic working space 47 first a very rapid stroke stroke h _v , in which only the force of the valve spring 15, not shown, has to be overpressed. After driving through the Vorhubweges h _v , the lower valve piston part 63 comes into contact with the upper valve piston part 61 and now has to overcome a greater restoring force in the course of the further adjustment stroke movement. The opening stroke curve of the valve element 5 following the pre-injection can be adjusted by the corresponding actuation of the first adjusting piston 23 actuating the first adjusting piston 25 . In order to avoid mutual influence of the actuating movement of the piston parts 61 and 63 , the hydraulic working spaces 45 and 47 are preferably separated from one another by the valve piston 17 .

Claims

1. Fuel injection valve for internal combustion engines with egg nem in a valve body ( 1 ) axially displaceable valve member ( 5 ) having at one end a valve sealing surface ( 7 ) with which it is used to control a cross-section of injection with a valve seat surface ( 9 ) on Ven tilkörper ( 1 ) cooperates, from which at least one injection opening ( 11 ) leads into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied and with a valve member ( 5 ) axially actuating electrical actuator ( 23 ) via a hydraulic working chamber ( 19 ) on the Valve element ( 5 ) acts, characterized in that a second electrical actuator 27 for actuating the valve element ( 5 ) is provided, which can be controlled independently of the first electrical actuator ( 23 ).

2. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the hydraulic working space (19) by a connected to the valve member (5) the valve piston (17) and with the electrical actuators (23, 27) ver Thematic adjusting piston (25, 29) is limited, the on the adjusting piston ( 25 , 29 ) and the valve piston ( 17 ) at adjacent spaces of the hydraulic working space ( 19 ) each form part spaces ( 31 , 33 , 35 ) which are separated by throttle cross sections ( 37 ) .

3. Fuel injection valve according to claim 2, characterized in that the valve piston ( 17 ) is directly attached to the valve member ( 5 ) and that the adjusting piston ( 25 , 29 ) by means of return springs ( 41 ) with their, the hydraulic sub-chambers ( 31 , 33rd ) facing end faces are held in contact with the respective electrical actuators ( 23 , 27 ).

4. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the electrical actuators ( 23 , 27 ) are designed as piezo actuators.

5. Fuel injection valve according to claim 2, characterized in that the first and second actuators ( 23 , 27 ) in the same adjustment direction via the hydraulic working space ( 19 ) on the valve piston ( 17 ) of the valve member ( 5 ) angrei fen.

6. Fuel injection valve according to claim 2, characterized in that two hydraulic working spaces ( 45 , 47 ) are provided which are delimited from one another by the valve piston ( 17 ) in such a way that they act on the valve member ( 5 ) each in the opposite direction of adjustment.

7. Fuel injection valve according to claim 6, characterized in that the two hydraulic working spaces ( 45 , 47 ) are arranged in a common cylindrical chamber ( 43 ), the piston ( 17 ) in a first upper and one by the slidingly guided valve therein second lower hydraulic working space ( 45 , 47 ) is divided, ei ne first upper valve piston end face ( 49 ) the first upper working space ( 45 ) and a second lower valve piston end face ( 21 ) borders the second lower working space ( 47 ).

8. Fuel injection valve according to claim 7, characterized in that the hydraulic working spaces ( 45 , 47 ) are each divided into two sub-spaces, each of which a sub-space on the adjusting piston ( 25 , 29 ) of the electric actuator ( 23 , 27 ) and one other part of the Ven tilkolben ( 17 ) opens and are connected to each other via a throttle cross section.

9. Fuel injection valve according to claim 6, characterized in that the valve piston ( 17 ) is formed in two parts and with a first upper piston part ( 61 ) a first upper hydraulic working chamber ( 45 ) and with a second lower piston part ( 63 ) a second lower one hy draulic working space ( 47 ) limited, the Kolbentei le ( 61 , 63 ) preferably via a BEFE on a piston part Stigt piston rod ( 65 ) can be brought into contact with each other.