DE19918976A1 - Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zu dessen Betätigung - Google Patents
Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zu dessen BetätigungInfo
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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
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.
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.
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.
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 (12)
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).
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.
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.
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