DE19918976A1

DE19918976A1 - Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zu dessen Betätigung

Info

Publication number: DE19918976A1
Application number: DE19918976A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ruehle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-02
Also published as: DE59911001D1; EP1092089A1; JP4469507B2; WO2000065224A1; KR20010053148A; EP1092089B1; JP2002543329A; US6749126B1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, weist einen ersten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (14), einen von dem ersten Aktor (14) mittels einer Ventilnadel (7) betätigbaren Ventilschließkörper (8), der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einen zweiten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (15), der entgegen dem ersten Aktor (14) auf die Ventilnadel (7) einwirkt, auf. Dabei sind die Aktoren (14, 15) durch ein Lagerelement (11) miteinander verbunden, das in dem Brennstoffeinspritzventil (1) ortsfest gelagert ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zur Betätigung eines Brennstoffeinspritzventils nach der Gattung des Anspruchs 10.

Aus der DE 195 38 791 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem ein Ventilschließkörper, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, von einem Aktor mittels einer Ventilnadel betätigt wird.

Problematisch bei der Verwendung von piezoelektrischen Aktoren ist grundsätzlich deren Temperaturausdehnung. Piezo elektrische Werkstoffe haben im Gegensatz zu üblichen Werk stoffen, wie beispielsweise Stahl oder Kunststoffen, einen negativen Temperaturausdehnungskoeffizienten. Dies bedingt, daß sich der piezoelektrische Aktor mit zunehmender Tempera tur zusammenzieht, während sich das umgebende Gehäuse aus dehnt. Die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffi zienten des piezoelektrischen Aktors einerseits und des Gehäuses andererseits bewirken einen temperaturabhängigen Ventilhub, wenn dies nicht durch geeignete Maßnahmen kompen siert wird.

Aus der Dissertation von Niko Herakovic "Die Untersuchung der Nutzung des Piezoeffektes zur Ansteuerung fluidtechnischer Ventile", TH Aachen 1996, Seiten 75-77, Wissenschaftsverlag Aachen, ISBN 3-89653-041-0, ist eine Temperaturkompensierung eines ersten Piezoaktors durch einen zweiten Piezoaktor bekannt. Dabei sind die beiden Piezoaktoren in jeweils einem Gehäuse untergebracht. Zur Temperaturkompensation wirkt der zweite Piezoaktor entgegen dem ersten Piezoaktor auf einen zwischen den beiden Piezoaktoren angeordneten Zylinder ein. In Abhängigkeit von der Betätigungsspannung des ersten Aktors wird ein Hub des Zylinders erreicht. Wird die Temperatur der beiden Aktoren erhöht, so kompensieren sich die thermischen Ausdehnungen der beiden Aktoren.

Nachteilig bei der aus dieser Druckschrift bekannten Temperaturkompensation ist, daß zur Betätigung einer Ventilnadel des Brennstoffeinspritzventils die Ventilnadel über eine geeignete Verbindungseinrichtung mit dem zwischen den beiden Aktoren gelagerten Zylinder zu verbinden ist. Dafür sind zusätzliche Bauteile erforderlich, welche zumindest einen der Aktoren umgreifen, wodurch sich die Breite des Brennstoffeinspritzventils vergrößert. Außerdem weisen die Aktoren einen großen Abstand voneinander auf, so daß bei einer betriebsbedingten stärkeren Erwärmung des ersten Piezoaktors der zweite Aktor die thermische Dehnung des ersten Aktors nicht zu kompensieren vermag. Auch im Langzeitbetrieb ergibt sich wegen dem dann ausgebildeten Temperaturgefälle zwischen dem ersten Piezoaktor und dem zweiten Piezoaktor nur eine unzureichende Temperaturkompensation. In dem Ausführungsbeispiel der Dissertation wird die Temperatur der beiden Aktoren durch Kühl- bzw. Heizelemente aktiv eingeregelt. Zusammenfassend ist diese Temperaturkompensation aufwendig und für praktische Anwendung nicht geeignet.

In der DE 195 38 791 Al wird zur Temperaturkompensation vor geschlagen, das Ventilgehäuse zweiteilig aus zwei unter schiedlichen Werkstoffen zu gestalten. Beispielsweise wird vorgeschlagen, das eine Gehäuseteil aus Stahl und das andere Gehäuseteil aus Invar zu fertigen. Durch geeignete Längenwahl des ersten Gehäuseteils aus Stahl und des zweiten Gehäuseteils aus Invar soll erreicht werden, daß die sich insgesamt ergebende Wärmeausdehnung des Gehäuses an die Wärmeausdehnung des piezoelektrischen Aktors angepaßt ist und sich somit der piezoelektrische Aktor und das den piezoelektrischen Aktor umgebende Gehäuse in gleicher Weise temperaturabhängig ausdehnen.

Nachteilig bei dieser Lösung sind die aufwendige Fertigung des Ventilgehäuses und die relativ hohen Kosten für den Werkstoff des zweiten Gehäuseteils, das vorzugsweise aus Invar besteht. Ferner ist zu bedenken, daß das Ventilgehäuse und der Aktor eine unterschiedliche Temperatur aufweisen können. So kann sich der piezoelektrische Aktor aufgrund seiner Verlustwärme insbesondere bei einer häufigen Be tätigung des Brennstoffeinspritzventils aufheizen und seine Temperatur nur langsam an das Ventilgehäuse übertragen. Andererseits wird die Temperatur des Ventilgehäuses durch die Abwärme der Brennkraftmaschine beeinflußt, an welcher das Brennstoffeinspritzventil montiert ist. Diese Art der Temperaturkompensation ist daher nicht befriedigend.

Aus der DE 195 19 192 C1 ist ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen be kannt, bei welchem ein Aktor über ein hydraulisches Über setzungssystem auf eine Ventilnadel einwirkt. Die Über setzungseinrichtung weist einen Primärkolben auf, der eine innere Aussparung aufweist, in der ein Sekundärkolben beweg bar geführt ist. Der Sekundärkolben ist mit einer Ventil nadel verbunden, die dichtend und bewegbar im Ventilgehäuse geführt ist. Im Ventilgehäuse ist ein Arbeitsraum mit Kraft stoff gefüllt, der durch Primärkolben und Sekundärkolben begrenzt wird. Auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite des Primärkolbens liegt der Piezoaktor an dem Primärkolben an. Da das mit Brennstoff gefüllte Volumen des Arbeitsraums erhalten bleiben muß, bewegt sich bei einer Verschiebung des Primärkolbens durch Einwirkung des Piezoaktors der Sekundär kolben im Primärkolben, wobei durch geeignete Dimensionie rung der Flächen an Primärkolben und Sekundärkolben auf der Seite des Arbeitsraums ein geeignetes Hubübersetzungsver hältnis gegeben ist. Der Temperaturausgleich wird über definierte Spalte zwischen Primärkolben und Sekundärkolben erreicht. Bei einer temperaturbedingten quasistatischen Aus dehnung des Brennstoffs im Arbeitsraum kann dazu ein Teil des Brennstoffs aus dem Arbeitsraum verdrängt werden.

Ein Nachteil dieser Lösung ist, daß durch die hydraulische Temperaturkompensation die Einwirkung des Aktors gedämpft auf die Ventilnadel übertragen wird, wodurch sich die Ansprechzeit der Ventilnadel verlängert und das Brennstoffeinspritzventil nicht als schnell schaltendes Brennstoffeinspritzventil verwendbar ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit dem kenn zeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Brennstoffeinspritzventil eine wesentlich verbesserte Temperaturkompensation des Aktors aufweist. Des weiteren kann das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil auch als schnell schaltendes Brennstoffeinspritzventil verwendet werden. Weitere Vorteile liegen in einer präzisen Formbarkeit des Einspritzverlaufs, wodurch der Einspritzvorgang dem jeweiligen Betriebszustand und den Betriebsanforderungen der Brennkraftmaschine angepaßt werden kann, und in einer geringen Anzahl von mechanisch beweglichen Bauelementen, so daß das Brennstoffeinspritzventil verschleißarm ausgeführt und einfach zu konstruieren ist.

Durch die in den Ansprüchen 2 bis 9 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Vorteilhaft ist es, wenn das Lagerelement an einem in dem Ventilgehäuse ausgebildeten Vorsprung anliegt. Dadurch lassen sich zusätzliche Bauteile einsparen. Dabei kann das Lagerelement an einem in dem Ventilgehäuse ausgebildeten Vorsprung über ein elastisch verformbares Auflageelement anliegen. Dadurch wird eine zentrierte Anlage der Ventilnadel im Dichtsitz begünstigt. Außerdem lassen sich kurze, auf die Ventilnadel einwirkende Druckimpulse absorbieren, wodurch die Belastung der Ventilnadel, reduziert wird.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn zumindest einer der Aktoren durch das Lagerelement mit einer größeren Vorspannung beaufschlagt ist, wodurch bei unbetätigten Aktoren die Ventilnadel mit einer durch die Vorspannungsdifferenz gegebenen Kraft gegen den Dichtsitz in Schließstellung gehalten ist. Dadurch kann eine zusätzliche Druckfeder zum Anpressen der Ventilnadel in den Dichtsitz entfallen.

In vorteilhafter Weise ist das Lagerelement über ein Schraubenelement im Ventilgehäuse befestigt, wobei sich durch das Anzugsmoment des Schraubenelements die auf zu mindest einen der Aktoren einwirkende Vorspannung einstellen läßt. Dadurch läßt sich die Anpreßkraft der Ventilnadel in dem Dichtsitz bzw. die auf die Ventilnadel einwirkende Öffnungskraft bei unbetätigten Aktoren definiert einstellen. Besonders zweckmäßig ist dies in Verbindung mit dem elastisch verformbaren Auflageelement. Dadurch kann auch das Verhältnis aus den Vorspannungen der beiden Aktoren eingestellt werden.

Vorteilhaft sind die Aktoren in einem länglichen Aktorgehäuse angeordnet, wobei das Aktorgehäuse zumindest eine an dem Aktorgehäuse seitlich angeordnete in Längsrichtung des Aktorgehäuses länglich ausgebildete Aus sparung aufweist, durch welche das Lagerelement hindurch ragt, wobei das Lagerelement in der Aussparung in Längs richtung des Aktorgehäuses bewegbar ist. Durch das Aktor gehäuse lassen sich die beiden Aktoren mit einer Vorspannung beaufschlagen, was sich günstig auf die Betriebs zuverlässigkeit des Brennstoffeinspritzventils auswirkt, da ungünstige Zugbelastungen der Aktoren vermieden werden. Außerdem können die Aktoren in dem Gehäuse in günstiger Weise vormontiert werden. Durch die länglich ausgebildete Aussparung ist außerdem das Aktorgehäuse durch das Lagerelement in dem Ventilgehäuse geführt.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Aktorgehäuse eine zuflußseitige Gehäuseplatte, eine dichtsitzseitige Gehäuseplatte und eine rohrförmige Gehäusewand, welche die länglich ausgebildete Aussparung aufweist, umfaßt, wobei zumindest einer der Aktoren über zumindest eine der Gehäuseplatten auf die Ventilnadel einwirkt. Dadurch läßt sich das Aktorgehäuse kompakt in das Brennstoffeinspritzventil einbauen, wobei eine günstige Kraftübertragung auf die Ventilnadel gegeben ist.

Der auf der einen Seite des Lagerelements angeordnete Aktor erfährt vorteilhaft bei einer Temperaturänderung eine auf das Lagerelement gerichtete Ausdehnung, welche eine bei der gleichen Temperaturänderung erzeugte, auf das Lagerelement gerichtete Ausdehnung des auf der anderen Seite des Lagerelements angeordneten Aktors kompensiert. Dadurch wird eine besonders gute Temperaturkompensation gegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Betätigung eines Brenn stoffeinspritzventils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 10 hat den Vorteil, daß das Schließen und Öffnen des Dichtsitzes in beide Richtungen aktiv steuerbar ist, ohne daß zusätzliche Bauteile benötigt werden.

Durch die in den Ansprüchen 11 und 12 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens gegeben.

In vorteilhafter Weise erfolgt das Schließen der Ventilnadel bei abgeschalteter zweiter elektrischer Betätigungsspannung des zweiten Aktors. Dadurch kann die gesamte zum Betätigen des ersten Aktors verwendete Energie zum Schließen des Dichtsitzes verwendet werden, wodurch der Schließvorgang vereinfacht wird.

In vorteilhafter Weise erfolgt das Öffnen des Dichtsitzes bis zu einem ersten Öffnungsquerschnitt durch Abschalten der ersten Betätigungsspannung des ersten Aktors bei abgeschalteter zweiter Betätigungsspannung des zweiten Aktors, und das Öffnen des Dichtsitzes bis zu einem zweiten Öffnungsquerschnitt erfolgt durch Beaufschlagen des zweiten Aktors mit einer elektrischen Betätigungsspannung bei abgeschalteter erster Betätigungsspannung des ersten Aktors. Dadurch kann ein größerer und zweistufiger Hub der Ventil nadel erreicht werden, ohne daß zusätzliche Bauteile erforderlich sind.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenn stoffeinspritzventils;

Fig. 2 in einer axialen Schnittdarstellung das in Fig. 1 dargestellte Aktorgehäuse mit zwei Aktoren und einem Lagerelement in der Seitenansicht;

Fig. 3 die Vorderansicht von Fig. 2 in einer Schnittdarstellung;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Temperaturkompensation;

Fig. 6 ein Diagramm, in dem der Ventilnadelhub Δh der Ventilnadel in Abhängigkeit einer ersten Betätigungsspannung U1 des ersten Aktors und einer zweiten Betätigungsspannung U2 des zweiten Aktors dargestellt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einer axialen Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1. Das Brennstoffeinspritzventil 1 dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff, insbesondere von Benzin, in einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine als sogenanntes Benzindirekt einspritzventil. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritz ventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 2 auf, das zuflußseitig mit einer Abschlußplatte 3 verbunden ist, wobei in der Abschlußplatte 3 ein Brennstoffeinlaß 4 vereinfacht durch eine Bohrung dargestellt ist. Am abspritz seitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 befindet sich im Ventilgehäuse 2 ein Ventilsitzkörper 5, der eine Ventil sitzfläche 6 aufweist. Eine Ventilnadel 7 betätigt einen Ventilschließkörper 8, der in diesem Ausführungsbeispiel einteilig mit der Ventilnadel 7 ausgebildet ist. Der Ventil schließkörper 8 ist kegelstumpfförmig und in Abspritz richtung verjüngend ausgebildet und wirkt mit der Ventil sitzfläche 6 des Ventilsitzkörpers 5 zu einem Dichtsitz zusammen. Im Inneren des Ventilgehäuses 2 ist ein Innen gewinde 9 ausgebildet, in das ein Schraubenelement 10 geschraubt ist, um ein Lagerelement 11 gegen ein auf einem Vorsprung 12 des Ventilgehäuses 2 anliegendes elastisch verformbares Auflageelement 13 im Ventilgehäuse 2 zu befestigen. An der dichtsitzseitigen Stirnfläche des Lagerelements 11 liegt ein erster Aktor 14 an und an der zuflußseitigen Stirnfläche des Lagerelements 11 liegt ein zweiter Aktor 15 an. Die beiden Aktoren 14 und 15 sind dabei zylinderförmig ausgebildet und werden von einer rohrförmigen Gehäusewand 16 umschlossen. Der erste Aktor 14 liegt an seiner dem Lagerelement 11 abgewandten Stirnseite an einer dichtsitzseitigen Gehäuseplatte 17, die mit der rohrförmigen Gehäusewand 16 verbunden ist, an. Ebenso liegt der zweite Aktor 15 an seiner dem Lagerelement 11 gegenüberliegenden Stirnseite an einer zuflußseitigen Gehäuseplatte 18, die mit der rohrförmigen Gehäusewand 16 verbunden ist, an. Die rohrförmige Gehäusewand 16 weist Aussparungen 19, 20 auf, durch welche das Lagerelement 11 hindurchragt. Die Leitung des Brennstoffs erfolgt ausgehend vom Brennstoffeinlaß 4 durch beispielsweise eine Bohrung 21 in dem Lagerelement 11 in Richtung des Dichtsitzes.

Zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventiles 1 wird der piezoelektrische oder magnetostriktive zweite Aktor 15 mit einer elektrischen Betätigungsspannung beaufschlagt, wodurch sich der zweite Aktor 15 ausdehnt. Da sich der zweite Aktor 15 an seiner dichtsitzseitigen Stirnfläche an dem Lagerelement 11 abstützt, wird das Aktorgehäuse 16, 17, 18 in Richtung der Abschlußplatte 3 bewegt, wodurch die Ventil nadel 7 den Ventilschließkörper 8 aus dem Ventilsitzkörper 5 hebt und der Dichtsitz freigegeben wird. Über den entstandenen Spalt zwischen der Ventilsitzfläche 6 des Ventilsitzkörpers 5 und dem Ventilschließkörper 8 kommt es zum Austritt von Brennstoff aus dem Brennstoffeinspritz ventil 1 in die Brennkammer der Brennkraftmaschine. Die Rückstellung des an der Ventilnadel 7 befestigten Ventil schließkörpers 8 erfolgt über den ersten Aktor 14, wobei die Ventilnadel 7 fest mit der Gehäuseplatte 17 verbunden ist. Der erste Aktor 14 stützt sich an seiner der Abschlußplatte 3 zugewandten Stirnseite an dem Lagerelement 11 ab, wodurch das Aktorgehäuse 16-18 bei Beaufschlagen des ersten Aktors 14 mit einer elektrischen Betätigungsspannung in Richtung des Dichtsitzes bewegt wird und der Ventilsitzkörper 8 an die Ventilsitzfläche 6 des Ventilsitzkörpers 5 gepreßt wird, wodurch das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird. Die Rückstellung der Ventilnadel 7 kann auch über ein geeignet im Inneren des Ventilgehäuses 2 angebrachtes Federelement, insbesondere eine Druckfeder erfolgen. Außerdem ist die Rückstellung des Ventilschließkörpers 8 auch durch Abschalten der elektrischen Betätigungsspannung des Aktors 15 möglich. Zur schnelleren Rückstellung kann ein Impuls der elektrischen Betätigungsspannung am Aktor 14 beitragen.

Fig. 2, 3 und 4 zeigen das Aktorgehäuse 16, 17, 18, in dem sich die beiden Aktoren 14, 15 und das Lagerelement 11 befinden. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.

Das Lagerelement 11 weist einen kreisförmigen Bereich 22 und zwei endseitige, länglich ausgebildete Bereiche 23, 24 auf, die sich um 180° gegenüberliegend erstrecken. Dabei ist die Form des kreisförmigen Bereichs 22 des Lagerelements 11 dem Querschnitt der beiden Aktoren 14, 15 angepaßt so daß sich die Aktoren 14, 15 besonders günstig an dem Lagerelement 11 abstützen können. Da sich die Aktoren 14, 15 bei Verkürzung in axialer Richtung in radialer Richtung geringfügig verbreiten, ist zwischen den Aktoren 14, 15 und der rohrförmigen Gehäusewand 16 ein Zwischenraum 25 vorgesehen, der die radiale Erweiterung der Aktoren 14, 15 aufnimmt. Das Lagerelement 11 wird in dem länglichen Bereich 23 des Lagerelements 11 in einer Aussparung 20 bewegbar geführt, ebenso wird der längliche Bereich 24 des Lagerelements 11 in einer Aussparung 19 geführt.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs beispiele beschränkt. Außerdem ist eine andere Ausgestaltung der Aktoren 14, 15, des Lagerelements 11 und des Aktorgehäuses 16-18 denkbar. Insbesondere können die beiden Aktoren 14, 15 von dem Lagerelement zumindest abschnittsweise umschlossen sein.

In Fig. 5 ist der Hub der Ventilnadel 7 in Abhängigkeit vom Hub des zweiten Aktors 15 dargestellt, wobei der Hub des zweiten Aktors 15 durch den ersten Aktor 14 temperatur kompensiert wird. In dem Diagramm ist an der Ordinate der Hub Δh der beiden Aktoren 14, 15 und der Ventilnadel 7 und an der Abszisse die Zeit t angetragen. In dem dargestellten. Beispiel wird der erste Aktor 14 bei einer abgeschalteten Betätigungsspannung ausschließlich zur Temperaturkompensation verwendet. Zum Zeitpunkt t₁ wird die Betätigungsspannung des zweiten Aktors 15 eingeschaltet, wodurch sich der zweite Aktor 15 ausdehnt und zum Zeitpunkt t₂ eine maximale Ausdehnung erreicht. Da der zweite Aktor 15 ohne Zwischenschaltung von dämpfenden Elementen auf die Ventilnadel 7 einwirkt, folgt die Ventilnadel 7 dem Hub des zweiten Aktors 15 ohne Zeitverzögerung. Zum Zeitpunkt t₃ wird die Betätigungsspannung des zweiten Aktors 15 reduziert, bis sie zum Zeitpunkt t₄ ganz abgeschaltet wird. Der Hub der Ventilnadel 7 folgt dem Hub des zweiten Aktors 15. Wird nun die Temperatur des Brennstoffeinspritzventils 1 erhöht, so wirkt der erste Aktor 14 der Längenausdehnung des zweiten Aktors 15 entgegen, wodurch sich ein verschwindender effektiver Temperatur-Hub ergibt. Im Gegensatz zu einem nicht temperaturkompensierten Aktor 150, bei dem sich der Aktorhub um einen Temperaturausdehnungsanteil verschiebt, ist die Hubkennlinie des temperaturstabilisierten Aktors 15 unverschoben, so daß sich unabhängig von der Temperatur der gleiche Ventilnadelhub der Ventilnadel 7 ergibt.

In Fig. 6 ist der Ventilnadelhub Δh der Ventilnadel 7 in Ab hängigkeit einer Betätigungsspannung U2 des ersten Aktors 14 und einer Betätigungsspannung U1 des zweiten Aktors 15 dargestellt. Dabei sind an der Ordinate die Spannungen U1, U2 und der Ventilnadelhub Δh und an der Abszisse die Zeit t angetragen. Bis zum Zeitpunkt t₁ sind die Betätigungsspannung U2 des ersten Aktors 14 und die Betätigungsspannung U1 des zweiten Aktors 15 abgeschaltet, wodurch die Ventilnadel 7 sich in einer Ruhestellung befindet und den Dichtsitz bis zu einem ersten Öffnungsquerschnitt öffnet. Zum Schließen des Dichtsitzes wird der erste Aktor 14 zum Zeitpunkt t₁ mit einer elektrischen Betätigungsspannung U2 beaufschlagt, wobei der erste Aktor 14 zum Zeitpunkt t₂ einen maximalen Hub erreicht und der Dichtsitz geschlossen ist. Bei unveränderter Aktorspannung U2 des ersten Aktors 14 wird zum Zeitpunkt t₃ durch Beaufschlagen des zweiten Aktors 15 mit einer elektrischen Betätigungsspannung U1 der Dichtsitz bis zu dem ersten Öffnungsquerschnitt, der sich zum Zeitpunkt t₄ einstellt, geöffnet. Ab dem Zeitpunkt t₅ wird die Betätigungsspannung U2 des ersten Aktors 14 verringert, wodurch sich der Dichtsitz weiter öffnet und zum Zeitpunkt t₆, bei dem die Betätigungsspannung U2 des ersten Aktors 14 abgeschaltet ist, einen zweiten Öffnungsquerschnitt erreicht. Zum Zeitpunkt t₇ wird die Betätigungsspannung U1 des zweiten Aktors 15 verringert, wodurch sich der Öffnungsquerschnitt des Dichtsitzes verkleinert und zum Zeitpunkt t₈, bei dem die beiden Betätigungsspannungen U1, U2 der beiden Aktoren 14, 15 abgeschaltet sind, erneut den ersten Öffnungsquerschnitt erreicht. Im Vergleich zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils mit nur einem der Aktoren 14, 15 ergibt sich ein größerer Ventilnadelhub 26. Die zweistufige Gestaltung des Ventilhubs gestattet eine Variation der Zumeßmengen.

Claims

1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Einspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem ersten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (14), einem von dem ersten Aktor (14) mittels einer Ventilnadel (7) betätigbaren Ventilschließkörper (8), der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einem zweiten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (15), der entgegen dem ersten Aktor (14) auf die Ventilnadel (7) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren (14, 15) durch ein Lagerelement (11) miteinander verbunden sind, das in dem Brennstoffeinspritzventil (1) ortsfest gelagert ist.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (11) wenigstens eine Bohrung (21) für die Durchführung von Brennstoff aufweist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (11) an einem in einem Ventilgehäuse (2) ausgebildeten Vorsprung (12) anliegt.

4. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (11) an dem im Ventilgehäuse (2) ausgebildeten Vorsprung (12) über ein elastisch verformbares Auflageelement (13) anliegt.

5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Aktoren (14, 15) durch das Lagerelement (11) mit einer Vorspannung beaufschlagt ist, wodurch bei unbetätigten Aktoren (14, 15) die Ventilnadel (7) mit einer durch die Vorspannung gegebenen Kraft gegen den Dichtsitz in Schließstellung gehalten ist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (11) über ein Schraubenelement (10) im Ventilgehäuse (2) befestigt ist, wobei sich durch das Anzugsmoment des Schraubenelementes (10) die auf zumindest einen der Aktoren (14, 15) einwirkende Vorspannung einstellen läßt.

7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren (14, 15) in einem länglichen Aktorgehäuse (16, 17, 18) angeordnet sind, wobei das Aktorgehäuse (16, 17, 18) zumindest eine an dem Aktorgehäuse (16, 17, 18) seitlich angeordnete, in Längsrichtung des Aktorgehäuses (16, 17, 18) länglich ausgebildete Aussparung (19, 20) aufweist, durch welche das Lagerelement (11) hindurchragt, wobei das Lagerelement (11) in der Aussparung (19, 20) in Längsrichtung des Aktorgehäuses (16, 17, 18) bewegbar ist.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (16, 17, 18) eine zuflußseitige Gehäuseplatte (18), eine dichtsitzseitige Gehäuseplatte (17) und eine rohrförmige Gehäusewand (16), welche die länglich ausgebildete Aussparung (19, 20) aufweist, umfaßt, wobei zumindest einer der Aktoren (14) über zumindest eine der Gehäuseplatten (17) auf die Ventilnadel (7) einwirkt.

9. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine zweite auf der einen Seite des Lagerelements (11) angeordnete Aktor (15) bei einer Temperaturänderung eine auf das Lagerelement (11) gerichtete Ausdehnung erfährt, welche eine bei der gleichen Temperaturänderung erzeugte, auf das Lagerelement (11) gerichtete Ausdehnung des wenigstens einen ersten auf der anderen Seite des Lagerelements (11) angeordneten Aktors (14) kompensiert.

10. Verfahren zur Betätigung eines Brennstoff einspritzventils (1), insbesondere eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven ersten Aktor (14), einem von dem ersten Aktor (14) mittels einer Ventilnadel (7) betätigbaren Ventilschließkörper (8), der mit einer Ventilsitzfläche (6) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt und zumindest einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven zweiten Aktor (15), der entgegen dem ersten Aktor (14) auf die Ventilnadel (7) einwirkt, mit folgenden Verfahrensschritten:
Schließen des Dichtsitzes durch Beaufschlagen des ersten Aktors (14) mit einer ersten elektrischen Betätigungsspannung (U2), und
Öffnen des Dichtsitzes durch Verringern der ersten Betätigungsspannung (U2) des ersten Aktors (14) und/oder durch Beaufschlagen des zweiten Aktors (15) mit einer zweiten elektrischen Betätigungsspannung (U1).

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen des Dichtsitzes bei abgeschalteter zweiter elektrischer Betätigungsspannung (U1) des zweiten Aktors (15) erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Öffnen des Dichtsitzes bis zu einem ersten Öffnungsquerschnitt durch Abschalten der ersten Betätigungsspannung (U2) des ersten Aktors (14) bei abgeschalteter zweiter Betätigungsspannung (U1) des zweiten Aktors (15) erfolgt, und
daß das Öffnen des Dichtsitzes bis zu einem zweiten Öffnungsquerschnitt durch Beaufschlagen des zweiten Aktors (15) mit der zweiten elektrischen Betätigungsspannung (U1) bei abgeschalteter erster Betätigungsspannung (U2) des ersten Aktors (14) erfolgt, wobei der zweite Öffnungsquerschnitt größer als der erste Öffnungsquerschnitt, insbesondere doppelt so groß, ist.