DE19915654C2 - Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Patentanspruch 12.

Aus US 4 101 076 A ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Auslenkung eines Aktors über ein Hubübersetzer und einen Kolben auf eine Düsennadel übertragen wird. Dabei hebt die Düsennadelspitze von einem konisch zusammenlaufenden Ventilsitz eines Düsenkörpers ab, wodurch Kraftstoff über Einspritzlöcher in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird.

Durch den geringen maximal erreichbaren Hubs des Aktors eines piezoelektrischen Aktors und den durch Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile des Kraftstoffeinspritzventils beding­ ten Hubspiels wird zum Ausgleich der Fertigungstoleranzen zwischen der Düsennadel und dem Aktor ein Hubübersetzer ein­ gesetzt, wodurch das Kraftstoffeinspritzventil einen größeren Bauraum benötigt. Weiterhin verringert sich durch den Hubübersetzer die mechanische Steifigkeit des Antriebssystems i. a. um das Quadrat des Übersetzungsverhältnisses.

Aus DE 196 24 001 A1 ist ein Vorsteuerventil eines Kraftstof­ feinspritzventils bekannt, das zwischen einem Aktor und einer Düsennadel als hydraulischer Verstärker angeordnet ist. Eine axial in Richtung der Düsennadel gerichtete Bewegung des Schließkörpers des Vorsteuerventils aus dessen Ruheposition öffnet es. Die mit dem Schließkörper verbundene zylindrische Koppelstange weist aus Stabilitätsgründen einen Mindestdurch­ messer auf, wodurch eine hohe minimale Kraft zum Öffnen des Vorsteuerventils gegen den Kraftstoffdruck im Vorsteuerventil benötigt wird.

Aus DE 197 43 299 A1 ist ein Einspritzventil mit einem piezo­ elektrischen Aktor bekannt, der eine mittige Hohlbohrung auf­ weist. Der piezoelektrische Aktor liegt mit einer Stirnseite auf einem Widerlager auf. Das Widerlager weist ebenfalls eine mittige Hohlbohrung auf, die der Hohlbohrung des piezoelekt­ rischen Aktors zugeordnet ist. Die Einspritznadel ist durch die Hohlbohrungen geführt. Die Einspritznadel ist mit ihrer Nadelspitze einem Dichtsitz zugeordnet und durch den piezo­ elektrischen Aktor zu einem Druckkolben 2 geführt, der auf der zweiten Stirnfläche des piezoelektrischen Aktors auf­ liegt. Der piezoelektrische Aktor wird über ein Federelement in Richtung auf den Dichtsitz vorgespannt, wobei das Feder­ element zwischen dem Druckkolben und dem Gehäuse des Ein­ spritzventils eingespannt ist.

Aus DE 197 02 066 C2 ist ein piezoelektrischer Injektor für eine Kraftstoffeinspritzanlage bekannt, bei der der piezo­ elektrische Aktor ein Schließglied eines Vorsteuerventils be­ tätigt. Der piezoelektrische Aktor weist einen Druckstift 7 auf, der durch eine mittige Hohlbohrung des piezoelektrischen Aktors geführt ist. Die Spitze des Druckstiftes 7 ist dem Schließglied des Vorsteuerventils zugeordnet. Das Ende des Druckstiftes 7 ist mit einem Kopfteil 8 befestigt, das auf einer zweiten Stirnseite des piezoelektrischen Aktors auf­ liegt und vom Schließglied abgewandt angeordnet ist. Die ers­ te Stirnseite des piezoelektrischen Aktors, die dem Schließ­ glied zugewandt ist, liegt ringförmig um das Schließglied auf dem Gehäuse des Einspritzventils auf. Das Kopfteil wird von einem Federelement in Richtung auf das Schließglied vorge­ spannt.

JP-62-45971 A (Japanese Patent Abstract) beschreibt ein Ein­ spritzventil mit einer Einspritznadel, die von einem piezoelektrischen Aktor betätigt wird. Die Einspritznadel weist einen Flansch auf, der von einem Federelement in Richtung auf einen Dichtsitz der Einspritznadel vorgespannt ist, wobei das Federelement gegen eine Halterung abgestützt ist. Die Halte­ rung dient als Auflage für den piezoelektrischen Aktor. Die Halterung ist in ein Gehäuse des Einspritzventils einge­ schraubt. Der piezoelektrische Aktor weist eine mittige Durchgangsöffnung auf, durch die die Einspritznadel geführt ist. Das Ende der Einspritznadel ist mit einem zweiten Flansch verbunden, der auf dem hülsenförmigen oberen Ende des piezoelektrischen Aktors aufliegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach aufgebautes Kraft­ stoffeinspritzventil mit kurzen Öffnungs- und Schließzeiten zur Verfügung zu stellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unab­ hängigen Patentansprüche gelöst.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist einen Aktor auf, der über eine Koppelstange ein Vorsteuerventil in einem Ventilkörper steuert. Die Koppelstange verläuft in der zentralen Ventilbohrung des Ventilkörpers, wobei das Vorsteu­ erventil dann in Schließposition ist, wenn das Ende der Kop­ pelstange auf einem in den Ventilkörper eingebrachten Ventil­ sitz aufliegt. Dadurch wird der Kraftstofffluß zwischen einer Steuerkammer und einer Ventilbohrung unterbrochen. Das Vor­ steuerventil öffnet, wenn sich das Ende der Koppelstange durch die Auslenkung des Aktors in dessen Richtung bewegt.

Die Koppelstange verläuft dabei durch die Ventilbohrung des Ventilkörpers und eine mittige Bohrung des Aktors. Der Aktor stützt sich an seiner dem Vorsteuerventil zugewandten Stirn­ seite auf den Ventilkörper. Bei Auslenken des Aktors durch elektrische Ansteuerung beaufschlagt der Aktor nach Überwin­ den eines Leerhubs die hohlzylindrische Hülse, die mit der Koppelstange an der dem Vorsteuerventil abgewandten Stirnsei­ te des Aktors verbunden ist und öffnet das Vorsteuerventil.

Durch die Ausbildung des Vorsteuerventils, des Aktors und der Koppelstange in Verbindung mit der Bewegungsrichtung des Öff­ nens des Vorsteuerventils ist ein sehr geringer Ventilsitz­ durchmesser und Dichtdurchmesser erzielbar, wodurch die Schließkraft zum Schließen des Vorsteuerventils gegen den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer gering ist und die Ven­ tilsitzfläche mechanisch wenig beansprucht wird.

Die Schließkraft wird durch eine Druckfeder erzeugt, die auf den zylindrischen Bund der Koppelstange in Richtung des Vorsteuerventils drückt. Die Druckfeder stützt sich auf eine hohlylindrische Buchse, in der die Koppelstange verläuft und die in der Ventilbohrung befestigt ist. Die Schließkraft ist abhängig von der axialen Position der Buchse in der Ventil­ bohrung und somit durch Verschieben während der Montage und der Fertigung auf einen vorgegebenen Wert einstellbar. Der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer wird durch das Vorsteuer­ ventil gesteuert. Die Steuerkammer ist über eine Zulaufdros­ sel mit dem Zulaufkanal des Kraftstoffeinspritzventils und über eine Ablaufdrossel mit dem Vorsteuerventil verbunden. Die axiale Position der Düsennadel, deren Spitze zusammen mit einem vorzugsweise konischen Ventilsitz eines Düsenkörpers das Einspritzventil bildet, legt den Einspritzverlauf in den Brennraum einer Brennkraftmaschine fest und ist abhängig vom Kraftstoffdruck in der Steuerkammer.

Weiterhin ist die Steuerkammer als ein an den Ventilkörper angrenzendes Endstück der Kolbenbohrung eines Kolbenkörpers ausgebildet, wodurch sich eine zylindrische Form der Kolben­ bohrung ergibt, die einfach herzustellen ist. Der Durchmesser der Steuerkammer und der den Kolben enthaltenden Kolbenboh­ rung ist dabei vorzugsweise gleich. Der Kolbenkörper grenzt axial an den Ventilkörper.

Zwischen dem Bund und der Ventilbohrung ist ein Abflußspalt vorgesehen, der so groß ist, daß bei geöffneten Servoventil der durch die Ventilbohrung fließende Kraftstoff nur unwe­ sentlich gedrosselt wird.

Die Ablauf- und Zulaufdrosseln sind in den Ventilkörper ein­ gebracht und münden in die Steuerkammer. Die Ablauf- und Zu­ laufdrosseln sind von der Stirnfläche des Ventilkörpers für deren Fertigung einfach erreichbar und somit fertigungsgün­ stig herstellbar.

Der Aktor enthält vorzugsweise einen elektrisch ansteuerbaren piezoelektrischen Aktorstapel aus übereinander geschichteten Piezoscheiben. Der Leerhub ist durch die in der Figurenbe­ schreibung näher ausgeführten Verfahren einfach auf einen vorgegebenen Wert einstellbar. Dadurch erübrigt sich trotz des geringen maximalen Aktorhubs von etwa 40 µm ein Hubüber­ setzer, wodurch die Auslenkung des Aktors direkt und schnell zum Öffnen oder Schließen des Vorsteuerventils führt und so­ mit eine definierte Einspritzmenge in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.

In einer weiteren Ausführungform ist die Feder als Belvill- Feder ausgebildet, die als Tellerfeder mit einem ringförmigen Randbereich und mit vom Randbereich ausgehenden, radial nach innen gerichten Zungen ausgebildet ist. Die Kennlinie der Belville-Feder weist Bereiche auf, in der die Steigung der Funktion

• 1. Federkraft der Bellville-Feder = f(Federhub) negativ ist. In diesen Bereich wird vorzugsweise der Ar­ beitspunkt der Bellvill-Feder eingestellt. Die Kennlinie der Abhängigkeit der vom Aktor ausgeübten Aktorkraft vom Aktorhub des Aktors wird durch die Funktion
• 2. Aktorkraft = f(Aktorhub)
  Dargestellt, die Steigung dieser Kennlinie ist ebenfalls ne­ gativ. Vorzugsweise ist die Kennlinie und der Arbeitspunkt der Bellville-Feder so ausgeführt, daß die Steigungen der Kennlinien aus Gleichung (1) und (2) in weiten Bereich gleich sind. Trotz der bei hohem Aktorhub geringen Federkraft reicht diese aus, das Vorsteuerventil zu schließen, da in der Steu­ erkammer zum Zeitpunkt des Schließens des Vorsteuerventils nur ein geringer Kraftstoffdruck herrscht.

Das Vorsteuerventil kann auch als allgemeines Ventil mit ei­ nem Schließglied und einem Ventilsitz ausgebildet sein, des­ sen Funktion nicht auf die eines Vorsteuerventil beschränkt ist, sondern eine andere Funktion, z. B. die eines Einspritz­ ventils, erfüllt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und in der Figurenbeschreibung dargestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Fi­ guren dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt,

Fig. 2 einen vergrößerter Ausschnitt des Kraftstoffein­ spritzventils aus Fig. 1 mit einem Aktor und einem Vorsteuerventil.

In Fig. 1 ist ein im wesentlichen rotationssymmetrisch aus­ gebildetes Kraftstoffeinspritzventil mit axial übereinander angeordneten Injektormodulen 1, 2, 3, 5, 11 dargestellt, die in folgender Reihenfolge angeordnet sind:

• - ein Anschlußmodul 1 zur Aufnahme der elektrischen An­ schlüsse eines Aktors 2,
• - ein Aktor 2, der vorzugsweise einen piezoelektrischen Aktor­ stapel 22 enthält, der in den zylindrischen Innenraum eines Aktorgehäuses 21 eingebracht ist und der vorzugsweise axial vorgespannt ist,
• - ein Ventilkörper 3, in den ein Vorsteuerventil 4 einge­ bracht ist und der eine zylindrische Ausnehmung mit Gewinde auf weist, in die das Aktorgehäuse 21 fest eingeschraubt ist.
• - ein Kolbenkörper 5, in den eine vorzugsweise zentrale Kol­ benbohrung 51 eingebracht ist, die in einer anderen Aus­ bildungsform auch exzentrisch angeordnet sein kann, und
• - ein Düsenkörper 11, in dem eine Düsennadel 12 axial ver­ schiebbar geführt ist.

Eine Überwurfmutter 9 greift an einem Absatz des Düsenkörpers 11 an und umfaßt einen Teil des Düsenkörpers 11, den Kolben­ körper 5 und ist auf das Außengewinde des Ventilkörpers 3 ge­ schraubt, der auch als Injektorkopf bezeichnet wird. Durch die von der Überwurfmutter 9 erzeugte axiale Vorspannkraft sind die Injektormodule 11, 5, 3 gegeneinander vorgespannt. Durch die Vorspannungkraft wird eine hohe Flächenpressung auf die Übergänge zwischen den Injektormodulen ausgeübt, wodurch die Verbindung zwischen ihnen hochdruckfest abgedichtet ist.

In einem weiteren Ausführungsform wird die axiale Vorspann­ kraft durch eine oder mehrere hohlzylindrische Hülsen er­ zeugt, die die Injektormodule zumindest teilweise umfassen und an deren Mantelflächen unter axialer Vorspannung befe­ stigt sind, vorzugsweise durch umlaufendes Verschweißen.

An den Stirnflächen des Aktors 2 sind ein Aktorboden 26 und ein Aktordeckel 27 angeordnet, die den Aktor 2 an dessen axialen Stirnenden 24, 25 abschließen. Das erste Stirnende 24 des Aktors 2 weist in Richtung des Ventilkörpers 3, das zwei­ te Stirnende 25 in Richtung des Anschlußmoduls 1. Der Aktor­ boden 26 und der Aktordeckel 27 sind mit dem Aktorgehäuse 21 verbunden, vorzugsweise durch umlaufendes Verschweißen. In den Aktordeckel 27 ist vorzugsweise eine Dichtmembran (nicht dargestellt) eingebracht, über die die Auslenkung des Aktors 2 in Richtung des Anschlußmoduls 1 auf die unten beschriebene Hülse 87 übertragen wird. In einer weiteren Ausführungsform ist der Aktordeckel 27 als Dichtmembran ausgeführt. Weiterhin ist in den Aktor 2 mittig eine axial, d. h. parallel zur Ak­ torlängsachse gerichtete Aktorbohrung 23 eingebracht.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Kraftstoffe­ inspritzventils aus Fig. 1 im Bereich des Vorsteuerventils 4, wobei gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen aus Fig. 1 beibehalten.

Der Aktorboden 26 stützt sich mit dem ersten Stirnende 24 des Aktors 2 auf die plane Auflagefläche des Ventilkörpers 3. In dem Ventilkörper 3 ist eine Ventilbohrung 30 vorzugsweise zentral eingebracht, die ausgehend vom Aktor 2 in Richtung des Kolbenkörpers 5 unterteilt ist in

• - einen zylindrischen, aktorseitigen Absatz 29
• - in einen ersten Abschnitt 31,
• - einen zweiten Abschnitt 32,
• - einen konisch zusammenlaufenden, vorzugsweise kegelstumpf­ förmigen Ventilsitz 41, der in einer anderen Ausführungs­ form auch spärisch ausgebildet sein kann,
• - eine zylindrische Ventilkammer 44,
• - eine Ablaufdrossel 37, wobei sich der Durchmesser der Ven­ tilbohrung 30 vom ersten Abschnitt 31 bis zur Ablaufdros­ sel 37 jeweils stufenförmig verringert, und
• - eine zylindrische Vorkammer 39 mit wieder größerem Durch­ messer.

Die Ventilbohrung 30 verläuft vorzugsweise mittig im Ventil­ körper 3 und parallel zur Längsachse des Kraftstoffeinspritz­ ventils. In einer weiteren Ausführungsform ist die Ventilboh­ rung 30 exzentrisch in den Ventilkörper 3 eingebracht. Seit­ lich zur Ventilbohrung 30 ist ein Zulaufkanal 35 angeordnet, dem den Kraftstoff von einem seitlich am Injektorkopf 3 ange­ ordneten Kraftstoffanschluß 19 zugeführt wird. Der Zulaufka­ nal 35 verläuft weiter vom Ventilkörper 3 im Kolbenkörper 5 und dem Düsenkörper 11 bis zu der Druckkammer des Düsenkör­ pers 11. Von dort aus wird der Kraftstoff über eine Schaft­ bohrung und das Einspritzventil über die Einspritzlöcher an der Düsenkörperspitze in den Brennraum einer Brennkraftma­ schine eingespritzt.

Der Kolbenkörper 5 weist eine Kolbenbohrung 51 auf, die an ihrem zum Ventilkörper 3 weisenden Endstück als Steuerkammer 52 ausgebildet ist. Ein Kolben 53 ist in der Kolbenbohrung 51 axial verschiebbar angeordnet und überträgt die Kraft, die durch den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 52 auf den Kol­ ben 53 ausgeübt wird, auf die Düsennadel 12, die im Düsenkör­ per 11 axial verschiebbar geführt ist (s. Fig. 1). Die Dü­ sennadel 12 öffnet oder schließt das Einspritzventil in Ab­ hängigkeit vom Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 52. Der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 52 wird durch das Vor­ steuerventil 4 im Ventilkörper 3 gesteuert.

Ein Rücklaufkanal 10 ist seitlich zur Ventilbohrung 30 und zur Kolbenbohrung 51 angeordnet, durch den die aus eventuel­ len Undichtheiten der Hochdruckabdichtungen im Kraftstoffein­ spritzventil herrührende Kraftstoffleckage zum Tank des Ein­ spritzsystems zurückfließt.

Eine Koppelstange 8 ist in die Ventilbohrung 30 und die mit­ tige Aktorbohrung 23 eingebracht und ragt mit ihrem zweiten Ende 85 über den Aktor 2 in Richtung des Anschlußmoduls 1 hinaus. Das erste Ende 81 der Koppelstange 8 liegt in Höhe der Ventilkammer 44, die als vorsteuerventilseitiger Ab­ schnitt des zweiten Abschnitts 32 der Ventilbohrung 30 ausge­ bildet ist, und des Ventilsitzes 41. Die Ventilkammer 44 ist zwischen dem Ventilsitz 41 und der Ablaufdrossel 37 angeord­ net. Das erste Ende 81 der Koppelstange 8 ist vorzugsweise als konisch zusammenlaufende Ende 43 ausgebildet, das als Schließkörper zusammen mit dem Ventilsitz 41 ein Teil eines Vorsteuerventils 4 bildet, das in Schließposition den Kraft­ stofffluß zwischen der Steuerkammer 52 und dem zweiten Ab­ schnitt 32 der Ventilbohrung 3 unterbricht und damit den Druckaufbau in der Steuerkammer 52 bewirkt, wodurch der Steu­ erkolben 53 nach unten auf die Düsennadel 12 drückt und das Kraftstoffeinspritzventil schließt.

In weiteren Ausführungsformen ist das Ende 43 der Koppelstan­ ge 8 sphärisch, kugelförmig oder kegelförmig ausgebildet. Die Koppelstange 8 ist ausgehend von ihrem Ende 43 in Richtung des Aktors 2 unterteilt in

• - einen Führungsabschnitt 82 mit mehrkantförmigem Quer­ schnitt, der die Koppelstange 8 in dem zweiten Abschnitt 32 der Ventilbohrung 30 führt und die Koppelstange 8 gegen radiales Abweichen von ihrer Achse sichert bzw. das Ende 43 der Koppelstange 8 vorzentriert,
• - einen zylindrischen Koppelkolben 83,
• - einen zylindrischen Bund 84 mit größerem Durchmesser,
• - eine zylindrischen Stange 80 mit kleinerem Durchmesser, die am zweiten Ende 85 der Koppelstange 8 endet und dort von einer hohlzylindrischen Hülse 87 umfaßt und mit ihr über Verbindungsmittel 88 verbunden ist, die vorzugsweise als eine umlaufende Schweißnaht ausgebildet sind.

Zwischen dem Bund 84 und der Ventilbohrung 30 ist ein Abfluß­ spalt vorgesehen, der so groß ist, daß bei geöffneten Servo­ ventil der durch die Ventilbohrung fließende Kraftstoff nur unwesentlich gedrosselt wird. In einer weiteren Ausführungs­ form sind in axialer Richtung Längsnuten in den Mantel des Bundes 84 eingebracht.

Eine Feder 6, vorzugsweise in Form einer hohlzylindrischen Druckfeder oder in einer anderen bevorzugten Ausführungsform als Belville-Feder ausgebildet, ist in den ersten Abschnitt 31 der Ventilbohrung 30 eingebracht, umfaßt die Koppelstange 8 und drückt mit ihrem Stirnende auf die Auflagefläche des Bundes 84 und beaufschlagt das Vorsteuerventil 4 mit einer Schließkraft Fs, die in Richtung des Kolbenkörpers 5 gerich­ tet ist. Die Feder 6 stützt sich auf die Stirnfläche einer hohlzylindrische Buchse 7, die in den ersten Abschnitt 31 der Ventilbohrung 30 eingebracht ist und mit dem Ventilkörper 3 über Verbindungsmittel 89, z. B. durch umlaufendes Verschwei­ ßen, verbunden ist. Abhängig von der axialen Position der Buchse 7 in dem ersten Abschnitt 31 der Ventilbohrung 30 ist die Schließkraft Fs, die so voreingestellt wird, daß in der Steuerkammer 52 das Vorsteuerventil 4 sicher schließt und in Schließposition ist, das heißt, daß das Ende 43 der Koppel­ stange 8 auf dem Ventilsitz 41 aufliegt und den Kraftstoff­ fluß zwischen der Steuerkammer 52 und dem zweiten Abschnitt 32 der Ventilbohrung 30 unterbricht. In die Innenbohrung der Buchse 7 ist eine umlaufende Nut eingebracht, in der ein bei­ spielsweise als O-Ring ausgebildeter Dichtring 71 eingebracht ist, um den Aktor 1 abzudichten gegenüber dem Kraftstoff, der ohne dem Dichtring 71 zwischen der Innenbohrung der Buchse 7 und der Koppelstange 8 in Richtung des Aktors 1 fließen würde. Die Verbindungsmittel 89 wirken ebenfals als Dichtmittel zum Schutz des Aktors 1 vor Kraftstoff.

Die Stange 80 der Koppelstange 8 verläuft in der mittigen Ak­ torbohrung 23 des Aktors 2 und ragt über das zweiten Stirnen­ de 25 des Aktors 2 hinaus, das von der Stirnfläche des Aktor­ deckels 27 mit der Dichtmembran gebildet wird. Auf das zweite Ende 85 der Koppelstange 8 ist eine Hülse 87 aufgebracht, die an ihrer Innenbohrung mit dem zweiten Ende 85 der Koppelstan­ ge 8 über Verbindungsmittel 88 verbunden ist, vorzugsweise durch umlaufendes Verschweißen.

In einer weiteren Ausführungsform sind Verbidungsmittel 88, 89 als Feingewinde ausgeführt, mit denen die Hülse 87 an der Koppelstange 8 bzw. die Buchse 7 in der Ventilbohurng 30 be­ festigt ist.

Der Leerhub lh, der die Auslenkung des Aktors 2 von dessen Ruhelage aus bis zum Beginn des Öffnens des Vorsteuerventils 4 darstellt, ist abhängig von der axialen Position der Hülse 87 auf der Koppelstange 8. Durch Einstellen eines vorgegebe­ nen Leerhubs lh werden negative Auswirkungen auf das Ein­ spritzverhalten durch eine Abweichung des axialen Aktorhubs von einem Sollwert vermieden, die z. B. verursacht durch Tem­ peratureinflüsse oder Alterungseinflüsse werden. Durch das weiter unten beschriebene Montage- und Justierverfahren ist ein vorgegebener Leerhub lh und eine Anpassung der Federkraft an einen vorgegebenen Öffnungsdruck des Vorsteuerventils in den jeweiligen Betriebspunkten einfach einzustellen und zu fixieren, dieses ist erzielbar unabhängig von den axialen Längentoleranzen der einzelnen Injektormodule u. d -bauteile und z. B. ohne die axialen Längentoleranzen der einzelnen In­ jektormodule und -bauteile des Injektorkopfes 3 und des Ak­ tors 1 einzeln vorher ausmessen, dann anpassen und/oder paa­ ren zu müssen. Somit sind eine vorgegebene Öffnungscharakte­ ristik und ein vorgegebener Öffnungspunkt des Vorsteuerven­ tils 4 einstellbar. Die Auswirkungen der sich teilweise addierenden Längentoleranzen der einzelnen Injektofmodule und - bauteile werden somit vermieden. Eine negative Auswirkung ist z. B. das unkontrolliertes Öffnen des Einspritzventils.

Im folgenden wird die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritz­ ventils beschrieben:
Der Aktor 2 wird über elektrische Zuleitungen im Anschlußmo­ dul 1 angesteuert. Die axiale Auslenkung des Aktors 2 ist ab­ hängig von der am Aktor 2 angelegten Ansteuerspannung. In Ru­ heposition des Aktors 2 ist das Vorsteuerventil 4 in seiner Schließposition, wodurch der Kraftstofffluß zwischen der Steuerkammer 52 und dem zweiten Abschnitt 32 der Ventilboh­ rung 3 unterbrochen ist. Die Steuerkammer 52 weist somit den Druck des mit ihr verbundenen Zulaufkanals 35 auf. Längt sich der Aktor 2 durch elektrisches Ansteuern über einen vorgege­ benen Leerhub lh hinaus, so drückt das zweite Stirnende 25 des Aktors 2 auf die aktorseitige Stirfläche der Hülse 87, wodurch sich die Auslenkung des Aktors 2 über die Hülse 87 auf die Koppelstange 8 und deren Ende 43 überträgt. Dadurch hebt das Ende 43 vom Ventilsitz 41 ab und das Vorsteuerventil 4 öffnet sich. Der Kraftstoff fließt über die Ablaufdrossel 37 in die Ventilkammer 44 und weiter in die Ventilbohrung 30, die mit dem Rücklaufkanal 10 verbunden ist. Der Rücklaufkanal 10 ist mit einem Tank verbunden (Verbindung nicht darge­ stellt). Über die Zulaufdrossel 38 fließt weniger Kraftstoff aus dem Zulaufkanal 35 in die Steuerkammer 52 nach als von ihr über die Ablaufdrossel 37 abfließt, so daß sich durch das Öffnen des Vorsteuerventils 4 der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 52 verringert

Durch das Absenken des Kraftstoffdruckes in der Steuerkammer 52 bewegt sich der Kolben 53 in Richtung des Servorkörpers 3, wodurch die Düsennadel 12 (s. Fig. 1) von ihrem Ventilsitz abhebt und sich so das Einspritzventil öffnet und Kraftstoff durch die Einspritzlöcher in den Brennraum der Brennkraftma­ schine gelangt. Dabei wirkt auf die Düsennadel 12 eine axial in Richtung des Kolbens gerichtete Kraft, die durch den Kraftstoffdruck erzeugt wird. Wird die Ansteuerung des Aktors 2 beendet, so kehrt der Aktor 2 in seine Ruheposition zurück und das Vorsteuerventil 4 wird durch die Schließkraft Fs der Feder 6 geschlossen, wodurch der Kraftstofffluß zwischen der Steuerkammer 52 und dem zweiten Abschnitt 32 der Ventilboh­ rung 3 unterbrochen wird und sich der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 52 durch Zufluß von Kraftstoff aus dem Zulaufka­ nal 35 auf seinen ursprünglichen Wert einstellt. Entsprechend wird der Kolben 53 axial in Richtung des Düsenkörpers 11 be­ wegt, was zum Schließen des Einspritzventils führt.

Im Vergleich zum o. g Stand der Technik (DE 196 24 001 A1) ist der Durchmesser dv des Ventilsitzes 41 des Vorsteuerventils 4, das heißt der Durchmesser der ringförmigen Dichtkante, die von der Kontaktlinie des auf dem Ventilsitz 41 aufliegenden Endes 43 der Koppelstange 8 gebildet wird, geringer, da kein Stößel benötigt wird, der durch eine Bohrung mit großem Durchmesser das Schließglied eines Vorsteuerventils in Rich­ tung einer Düsennadel betätigt. Daher ist eine nur geringe Schließkraft Fs der Feder 6 zum Schließen des Vorsteuerven­ tils 4 nötig, wodurch die Materialbelastung der betroffenen Bauelemente des Kraftstoffeinspritzventils gering ist.

Ein einfaches Verfahren zur Herstellung und Montage eines Kraftstoffeinspritzventils aus fertigmontierten Einzelmodulen ist im folgenden beschrieben. Besonders geeignet ist das Ver­ fahren für das oben beschriebene Kraftstoffeinspritzventil.

Die Koppelstange 8 wird mit ihrem Ende 43 in Richtung des Vorsteuerventils 4 in die Ventilbohrung 30 eingeführt, bis das Ende 43 auf dem Ventilsitz 41 aufliegt. Über die Koppel­ stange 8 wird die hohlzylindrische Feder 6 bis zum Anschlag an den zylindrischen Bund 84 der Koppelstange 8 geschoben. Eine hohlzylindrische Buchse 7 wird so auf die Koppelstange 8 geschoben, daß sie mit einer vorgegebenen axialen Schließ­ kraft Fs auf die Feder 6 drückt, die diese Schließkraft Fs über den Bund 84 bis zum Ende 43 weitergibt, wodurch das Ende 43 mit der Schließkraft FS auf dem Ventilsitz 41 aufliegt. Nach Einstellen dieser Schließkraft Fs wird die Buchse 7 mit dem ersten Abschnitt 31 der Ventilbohrung 30 über Verbin­ dungsmittel 89 kraftschlüssig verbunden, was vorzugsweise durch umlaufendes Verschweißen geschieht. Die Schließkraft Fs ist größer als die vom Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 52 ausgeübte, entgegengesetzt zur Schließkraft Fs wirkende Öff­ nungskraft, die auf das Ende 43 im Bereich der Ventilkammer 44 wirkt.

Die axiale Position der Koppelstange 8 in Bezug auf den Ven­ tilkörper 3 ist durch diesen Abschnitt des Verfahren festge­ legt. Der Aktor 2 wird nun auf dem Ventilkörper 3 zum Bei­ spiel durch Einschrauben des Aktors 2 in die zylindrische Ausnehmung des Ventilkörpers 3 oder durch Verschweißen des Aktorgehäuses 21 mit dem Ventilkörper 3 befestigt, wobei die Stange 8 der Koppelstange 8 durch die Aktorbohrung 23 geführt wird und aus dem Aktordeckel 27 herausragt. Der Aktor 2 wird nun durch elektrisches Ansteuern um einen Hub ausgelenkt, der dem gewünschten Leerhub lh entspricht. Dabei wird die Tatsa­ che benutzt, daß der Hub eines piezoelektrischen Aktors in Abhängigkeit der Aktorspannung exakt einstellbar ist. Der Leerhub lh wird vorzugsweise im Bereich zwischen 7% und 13%, besonders bevorzugt bei etwa 10% des maximal möglichen Aktor­ hubs eingestellt. Nach Auslenken des Aktors 2 um den Leerhub lh wird die Innenbohrung der Hülse 87 auf das zweite Ende 85 der Koppelstange 8 aufgeschoben, so daß die dem Aktor 2 zuge­ wandte Stirnfläche der Hülse 87 dicht auf dem zweiten Stir­ nende 25 des Aktors 2 aufliegt. Die Hülse 87 wird mit dem En­ de 85 der Koppelstange 8 über ein Verbindungsmittel 88, vor­ zugsweise durch Verschweißen, kraftschlüssig verbunden. Die Hülse 87 wird vorzugsweise an ihrem vom Aktor 2 abgewandten Ende der Innenbohrung mit der Koppelstange 8 umlaufend ver­ schweißt. Die Ansteuerung des Aktors 2 wird beendet, worauf der Aktor 2 in seine Ruheposition zurückkehrt, wodurch sich der vorgegebene Leerhub lh im Vorsteuerventil 4 einstellt.

Auf einfache Art und Weise ist es somit möglich, den Leerhub lh unabhängig von den Fertigungstoleranzen der einzelnen In­ jektormodule und Injektorbauelemente herzustellen. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, auf einen Hubübersetzer, Übertra­ gungsmittel o. ä. zu verzichten.

Claims (9)

1. Kraftstoffeinspritzventil mit
einem Aktor (2), in den axial eine Aktorbohrung (23) eingebracht ist,
einem Ventilkörper (3), in den eine Ventilbohrung (30) und ein Ventilsitz (41) eingebracht sind, und
einer Koppelstange (8), die in der Ventilbohrung (30) und der Aktorbohrung (23) angeordnet und deren erstes, dem Ventilsitz (41) zugewandtes Ende (81) mit dem Ventilsitz (41) ein Teil eines Vorsteuer­ ventils (4) ist,
wobei
der Aktor (2) über die Koppelstange (8) das Vor­ steuerventil (4) steuert,
das Vorsteuerventil (4) in Schließposition ist, wenn die Koppelstange (8) mit ihrem ersten Ende (81) auf dem Ventilsitz (41) aufliegt und den Kraftstoffluß zwischen einer Steuerkammer (52) und einer Ventilbohrung (30) unterbricht, und
das Vorsteuerventil (4) öffnet, wenn sich das erste Ende (81) der Koppelstange (8) durch die Auslenkung des Aktors (2) in die Richtung des Aktors (2) bewegt,
wobei
eine Feder (6) die Koppelstange (8) umfaßt und zwischen einem Bund (84), der mit der Koppelstange (8) verbunden ist, und einer hohlzylindrischen Buchse (7) angeordnet ist, die in einem zum Aktor (2) weisenden Abschnitt (31) der Ventilbohrung (30) des Ventilkörpers (3) befestigt ist, und
die Feder (6) sich an der Buchse (7) abstützt und über den Bund (84) eine vorgegebene Schließkraft (Fs) auf das Vorsteuerventil (4) ausübt,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich der Aktor (2) mit seinem dem Vorsteuerventil (4) zugewandten ersten Stirnende (24) auf den Ventilkörper (3) stützt,
das von dem Vorsteuerventil (4) abgewandte zweite Ende (85) der Koppelstange (8) durch die mittige Aktorbohrung (23) an dem dem Vorsteuerventil (4) abgewandten zweiten Stirnende (25) des Aktors (2) aus dem Aktor (2) herausragt und mit einer Hülse (87) verbunden ist, wobei die Hülse (87) bei geschlossenem Vorsteuerventil (4) und nicht angesteuertem Aktor (2) einen vorgegebenen Abstand, den Leerhub (lh), an dem zweiten Stirnende (25) des Aktors (2) aufweist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstange (8) an ihrem ersten Ende (81) in einem Schließglied (43) endet, das vorzugs­ weise mit einer sphärischen Oberfläche oder kegelförmig ausgebildet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (52) durch ein dem Ventilkörper (4) zugewandtes Endstück der Kolbenbohrung (51) eines Kolbenkörpers (5) dargestellt wird, und die Steuerkammer (52) über eine Zulaufdrossel (38) mit dem Zulaufkanal (35) und über eine Ablaufdrossel (37) mit dem Vorsteuerventil (4) verbunden ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufdrossel (38) und die Ablaufdrossel (37) im Ventilkörper (4) eingebracht sind.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstange (8) zwischen ihrem ersten Ende (81) und dem Bund (84) einen Führungsabschnitt (82) in Form eines Mehrkantenquerschnitts aufweist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (6) als hohlzylindrische Druckfeder oder Belville-Feder ausgebildet ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkraft (Fs) abhängig von der axialen Position der Buchse (7) in der Ventilbohrung (30) ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (2) einen piezoelektrischen Piezostapel (22) aufweist, der in einem Aktorgehäuse (21) eingebracht ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffein­ spritzventils mit einem Aktor (2), der über eine Koppelstange (8) ein Vorsteuerventil (4) steuert, wobei
die Koppelstange (8) mit ihrem ersten Ende (81) in Richtung des Vorsteuerventils (4) in eine Ventil­ bohrung (30) in einem Ventilkörper (3) eingeführt wird und auf dem Ventilsitz (41) aufliegt,
eine hohlzylindrische Feder (6) bis zum Anschlag an einen Bund (84) der Koppelstange (8) geschoben wird,
eine hohlzylindrische Buchse (7) so auf die Koppel­ stange (8) geschoben wird, daß sie mit einer vor­ gegebenen axialen Schließkraft (Fs) auf die Feder (6) drückt, und
die Buchse (7) mit der Ventilbohrung (30) kraftschlüssig verbunden wird,
wobei
der Aktor (2) mit seiner mittigen Aktorbohrung (23) über die Koppelstange (8) geschoben wird, bis er sich mit seinem dem Vorsteuerventil (4) zugewandten ersten Stirnende (24) auf den Ventilkörper (3) stützt, so daß das vom Vorsteuerventil (4) abgewandte zweite Ende (85) der Koppelstange (8) aus dem Aktor (2) ragt,
der Aktor (2) um einen vorgebbaren Hub, den Leerhub (lh), aus seiner Ruheposition ausgelenkt wird,
über das zweite Ende (85) der Koppelstange (8) eine Hülse (87) bis zum Anschlag an das vom Ventilkörper (3) abgewandte zweite Stirnende (25) des Aktors (2) geschoben und mit der Koppelstange (8) kraft­ schlüssig verbunden wird, und
der Aktor (2) so angesteuert wird, daß er in seine Ruheposition zurückkehrt.