DE19956510A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (1, 80), in dem in einer Bohrung (2, 90) ein kolbenförmiges, entgegen einer Schließkraft axial bewegliches Ventilglied (5, 100) angeordnet ist, das an seinem brennraumseitigen Ende durch eine Öffnungshubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung (13a, 13b, 92) steuert. Bei der Öffnungshubbewegung kommt das Ventilglied (5, 100) an einer als Hubanschlagfläche (42) ausgebildeten Stirnfläche eines das Ventilglied (5, 100) umgebenden Steuerkolbens (30) zur Anlage, welcher mit seiner gestuft ausgebildeten Stirnfläche (35) einen mit Kraftstoff befüllbaren Steuerraum (33) begrenzt. Bei einem bestimmten Kraftstoffdruck im Steuerraum (33) bewegt sich der Steuerkolben (30) auf den Federraum (20, 105) zu von einer ersten in eine zweite Hubposition und begrenzt dadurch die Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes (5, 100) auf einen Teilhub. Ein Teil des Steuerkolbens (30) ist als Piezo-Aktor (26) ausgebildet, der durch Bestromen seine axiale Ausdehnung ändert, wodurch sich der Teilhub des Ventilgliedes (5, 100) in der ersten Hubposition des Steuerkolbens (30) innerhalb des Hubs des Piezo-Aktors (26) stufenlos einstellen läßt (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Ein derartiges aus DE 196 23 211 A1 bekanntes Kraft­ stoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper auf, in dem in einer Bohrung ein kolbenförmiges, entgegen der Kraft einer Schließfeder axial bewegliches Ventilglied angeordnet ist. Am brennraumseitigen Ende geht das Ventilglied in einen. Schließkopf über, der in der Bohrung geführt ist. Der Schließkopf taucht bei der nach außen gerichteten Öffnungs­ hubbewegung des Ventilgliedes aus der Bohrung aus und eine am Schließkopf ausgebildete Steuerkante gibt wenigstens eine Einspritzöffnung frei. Es kann vorgesehen sein, daß mehrere Einspritzöffnungen vorgesehen sind, die durch die Steuerkan­ te nacheinander aufgesteuert werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, durch eine Begrenzung des Öffnungshubs des Ven­ tilgliedes auf einen Teilhub nur einen Teil der Ein­ spritzöffnungen oder nur einen Teilquerschnitt einer Ein­ spritzöffnung aufzusteuern und damit den gesamten wirksamen Einspritzquerschnitt abhängig vom Öffnungshub des Ventil­ gliedes zu steuern. Die Öffnungshubbewegung wird durch einen im Ventilkörper angeordneten Steuerkolben auf einen Teilhub beschränkt, dessen Stirnfläche einen hydraulischen Steuer­ raum begrenzt. Der Steuerraum ist mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar und kann dadurch den Steuerkolben in axialer Richtung von einer ersten in eine zweite Hubposition ver­ schieben, wodurch das Ventilglied entweder den Maximalhub oder nur einen Teilhub ausführt. Ein solcher hydraulisch verstellbarer Hubanschlag hat eine schwarz-weiß-Funktion, das heißt, er läßt keine Abstufungen zwischen den beiden Öffnungshüben zu. Dies schränkt die Steuermöglichkeit des Kraftstoffeinspritzvorgangs ein, so daß eine weitere Opti­ mierung des Einspritzvorgangs erschwert wird.

Auch bei einem Kraftstoffeinspritzventil der nach innen öff­ nenden Bauart, wie es aus DE 197 29 843 A1 bekannt ist, kann es wünschenswert sein, zur genauen Dosierung einer Vorein­ spritzmenge einen Teilhub zur Verfügung zu haben, der sich nicht in einer schwarz-weiß-Funktion erschöpft, so daß ein optimaler Einspritzverlauf erreicht werden kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brenn­ kraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß zwischen der Schließfeder und dem geführten Abschnitt des Ventilgliedes ein kombiniert hydraulisch und Piezo-gesteuerter Hubanschlag ausgebildet ist, mit dem die Öffnungshubbewegung des Ventil­ gliedes auf jeden Wert zwischen dem maximalen Öffnungshub und dem Teilhub eingestellt werden kann. Durch die Kombina­ tion des hydraulisch verstellbaren Kolbens mit einem Piezo- Aktor ist es möglich, den hydraulischen Kolben nicht nur zwischen dem Maximalhub und dem Teilhub schalten zu lassen, sondern über bestromen des Piezo-Aktors zwischen dem Teilhub und jedem beliebigen Wert zwischen Teilhub und maximalem Öffnungshub des Ventilgliedes. Dadurch läßt sich in einem weiten Kennfeldbereich des Motors ein optimal angepaßter Öffnungshub des Ventilgliedes realisieren. Soll nur zwischen Teilhub und maximalem Öffnungshub geschaltet werden, so muß der Piezo-Aktor nicht bestromt werden, was energetisch vor­ teilhaft ist.

Neben der Verwendung des kombinierten hydraulischen und Pie­ zo-gesteuerten Hubanschlags in einer nach außen öffnenden Vario-Düse ist es auch möglich, den Gegenstand der Erfindung bei einem nach innen öffnenden Kraftstoffeinspritzventil in derselben vorteilhaften Weise einzusetzen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Hubanschlags ist der Steuerkolben als Hohlzylinder ausgebildet, an dessen brennraumabgewandtem Ende der Piezo-Aktor angeordnet ist. Dadurch ist eine einfache Montagemöglichkeit des Steuerkol­ bens gegeben, da der Piezo-Aktor und der nicht Piezo-aktive Teil des Steuerkolbens separat eingebaut werden können. Bei einem derartig aufgebauten Steuerkolben kommt in einer wei­ teren vorteilhaften Ausgestaltung das Ventilglied bei der Öffnungshubbewegung nicht direkt am Piezo-Aktor zur Anlage, sondern unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe. Dadurch ergibt sich ein geringerer Verschleiß am Piezo-Aktor und da­ mit eine längere Lebensdauer des hydraulischen Hubanschlags. Darüber hinaus bietet die Zwischenscheibe die Möglichkeit, durch ein Austauschen dieser einfach und damit kostengünstig herzustellenden Zwischenscheibe den maximalen Öffnungshub über deren Dicke genau einzustellen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Steu­ erdruck zum Steuern des hydraulischen Hubanschlags einer Steuerleitung entnommen, die mit einem Hochdruckspeicherraum über ein Steuerventil verbunden ist. Die Steuerleitung ist darüber hinaus über ein weiteres Steuerventil mit dem weit­ gehend drucklosen Kraftstoffvorratstank verbunden, so daß über eine geeignete Ansteuerung der beiden Ventile eine Be- und Entlastung der Steuerleitung möglich ist, ohne daß eine weitere Kraftstoffhochdruckquelle benötigt wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen­ standes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffein­ spritzventils für Brennkraftmaschinen ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzven­ til,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitts im Bereich des Schließkopfs,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 mit III bezeichneten Ausschnitts im Bereich des Hubanschlags,

Fig. 4 den schematischen Aufbau des Kraftstoffzufuhrsystems für die Kraftstoffeinspritzung und zur Bereitstellung von Kraftstoffsteuerdruck für den hydraulisch verstellbaren Hu­ banschlag und

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil der nach innen öffnenden Bauart im Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil für Brenn­ kraftmaschinen der nach außen öffnenden Bauart. In einem Ventilkörper 1, der mehrteilig aufgebaut sein kann, ist eine Bohrung 2 ausgebildet, in der ein kolbenförmiges, entgegen der Kraft einer Schließfeder 21 axial bewegliches Ventil­ glied 5 angeordnet ist. Das Ventilglied 5 ist in einem in Fig. 1 oben gezeigten, brennraumabgewandten Abschnitt der Bohrung 2 geführt, während der brennraumzugewandte Abschnitt des Ventilgliedes 5, in Fig. 1 unten, von einem Druckraum 11 umgeben ist, der über einen im Ventilkörper 1 ausgebilde­ ten Zulaufkanal 3 mit einer Kraftstoffhochdruckquelle ver­ bindbar ist. Das Ventilglied 5 geht brennraumseitig in einen im Durchmesser vergrößerten Schließkopf 10 über, der in ei­ nem im Durchmesser größeren Abschnitt der Bohrung 2 geführt ist.

In Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung des Schließkopfs 10 und des umgebenden Ventilkörpers 1 gezeigt. An der Außen­ wand des Schließkopfs 10 sind zwei Reihen von Einspritzöff­ nungen 13a und 13b angeordnet, wobei eine Reihe sämtliche Spritzlöcher umfaßt, die auf derselben Höhe des Schließkopfs angeordnet sind. Die Einspritzöffnungen 13a und 13b sind über Einspritzkanäle 12, die im Schließkopf 10 ausgebildet sind, mit dem Druckraum 11 verbunden. Im geschlossenen Zu­ stand des Kraftstoffeinspritzventils kommt eine am Schließ­ kopf 10 ausgebildete Ventildichtfläche 15 an der als Ventil­ sitzfläche 17 ausgebildeten Stirnseite des Ventilkörpers 1 zur Anlage und die Einspritzöffnungen 13a, 13b werden vom Ventilkörper 1 überdeckt. Durch den im Vergleich zum Ventil­ glied 5 größeren Durchmesser des Schließkopfs 10 ist am brennraumabgewandten Ende des Schließkopfs ZO eine Druck­ schulter 18 ausgebildet, die dem Kraftstoffdruck im Druck­ raum 11 ausgesetzt ist. Alternativ zu der in Fig. 2 gezeig­ ten Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, daß mehr als zwei Reihen von axial zueinander versetzt angeordneten Ein­ spritzöffnungen 13a, 13b an der Außenmantelfläche des Schließkopfs 10 angeordnet sind. In einer weiteren Ausge­ staltung kann es auch vorgesehen sein, daß an der Außenman­ telfläche des Schließkopfs 10 nur eine Reihe von Ein­ spritzöffnungen 13a, 13b vorgesehen ist, deren Querschnitt bei der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 5 ganz oder nur teilweise aufgesteuert wird.

Das Ventilglied 5 geht an seinem brennraumabgewandten Ende in einen Federstößel 24 über, der bis in einen im brennraum­ abgewandten Bereich des Ventilkörpers 1 ausgebildeten Feder­ raum 20 ragt. Am brennraumabgewandten Ende des Federstößels 24 ist ein Federteller 23 ausgebildet, an dem sich die Schließfeder 21 mit ihrem brennraumabgewandten Ende ab­ stützt. Der Federraum 20 ist über einen im Ventilkörper 1 ausgebildeten und in der Zeichnung nicht dargestellten Ab­ laufkanal mit einer Ablaufleitung verbunden, um das in den Federraum 20 eindringende Lecköl abzuführen.

Die Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des verstell­ baren Hubanschlags von Fig. 1. Zwischen dem geführten Ab­ schnitt des Ventilgliedes 5 und dem Federraum 20 ist eine im Durchmesser größere Führungsbohrung 6 ausgebildet. In der Führungsbohrung 6 ist ein mit dem Ventilkörper 1 verbundener Steueranschlag 31 angeordnet und ein axial in der Führungs­ bohrung 6 beweglicher Steuerkolben 30. Der Steueranschlag 31 ist an dem dem Federraum 20 fernen Ende der Führungsbohrung 6 angeordnet und als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Innen­ durchmesser gestuft ausgebildet ist, wobei der Abschnitt mit dem größeren Innendurchmesser dem Federraum 20 zugewandt ist. Der Steuerkolben 30 ist ebenfalls als Hohlzylinder aus­ gebildet, wobei dieser im Außendurchmesser gestuft ausgebil­ det ist und der im Außendurchmesser kleinere Abschnitt dem Federraum 20 abgewandt ist. Der im Außendurchmesser kleinere Abschnitt des Steuerkolbens 30 taucht dabei in den im Innen­ durchmesser größeren Abschnitt des Steueranschlags 31 ein, wobei zwischen Steuerkolben 30 und Steueranschlag 31 ein Drosselspalt 45 ausgebildet ist. Die am Steuerkolben 30 brennraumseitig durch den gestuften Außendurchmesser ausge­ bildete äußere Ringstirnfläche 35 einerseits und der Steuer­ anschlag 31 andererseits begrenzen einen Steuerraum 33, zu dem ein im Ventilkörper 1 ausgebildeter Steuerkanal 34 führt. Über den Drosselspalt 45 kann dabei nur wenig Kraft­ stoff vom Steuerraum 33 am Ventilglied 5 vorbei in den Fe­ derraum 20 abfließen. Der Steuerkolben 30 ist zweiteilig aufgebaut, wobei der dem Federraum 20 zugewandte, hohlzylin­ derförmige Abschnitt als Piezo-Aktor 26 ausgebildet ist und der andere Teil einen gestuft ausgebildeten Hydraulikkolben 27 bildet. Zur Bestromung des Piezo-Aktors 26 sind an diesem geeignete elektrische Kontakte angeordnet, die über eine in der Zeichnung nicht dargestellte elektrische Leitung mit ei­ ner geeigneten Spannungsquelle verbunden sind. Dabei kann die elektrische Leitung beispielsweise in einem separaten, im Ventilkörper 1 ausgebildeten Kanal geführt sein, oder durch den Federraum 20 und den in der Zeichnung nicht darge­ stellten Ablaufkanal des Federraums 20 nach außen geführt sein.

Dem Federraum 20 zugewandt ist am Piezo-Aktor 26 eine Stütz­ scheibe 25 angeordnet, deren dem Federraum 20 zugewandte Stirnseite als Hubanschlagfläche 42 ausgebildet ist, die bei der auf den Federraum 20 zu gerichteten Hubbewegung des Steuerkolbens 30 an einer durch die Querschnittsverringerung von der Führungsbohrung 6 zum Federraum 20 gebildeten Steu­ erkolbenanschlag 43 zur Anlage kommt. Im Federraum 20 ist ein Federabstützring 22 angeordnet, an dem sich die Schließ­ feder 21 mit ihrem brennraumseitigen Ende abstützt. Der Fe­ derabstützring 22 ist dabei im Federraum 20 geführt und wird durch die Kraft der Schließfeder 21 gegen die Stützscheibe 25 gepreßt. Am Übergang des Ventilgliedes 5 zum Federstößel 24 ist am Ventilglied 5 ein umlaufender Ringbund 40 ausge­ bildet, dessen dem Brennraum zugewandte Ringstirnfläche als Anschlagfläche 41 ausgebildet ist. Bei der zum Brennraum ge­ richteten Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 5 kommt die­ se Anschlagfläche 41 an der an der Zwischenscheibe 25 ausge­ bildeten Hubanschlagfläche 42 zur Anlage, wodurch der Öff­ nungshub begrenzt wird.

In Fig. 4 ist der Aufbau der Kraftstoff-Hochdruckversorgung schematisch dargestellt. Aus einem Kraftstoffvorratstank 50 wird Kraftstoff über eine Niederdruckleitung 51 einer Kraft­ stoffhochdruckpumpe 52 zugeführt. Die Kraftstoffhochdruck­ pumpe 52 fördert Kraftstoff unter hohem Druck durch eine Hochdruckleitung 53 in einen Hochdruckspeicherraum 55. Für jedes Kraftstoffeinspritzventil 101 der Brennkraftmaschine geht eine Kraftstoffzulaufleitung 60 vom Hochdruckspeicher­ raum 55 ab, die am Kraftstoffeinspritzventil 101 mit dem Zu­ laufkanal 3 verbunden ist. Hierbei ist zwischen Zulaufkanal 3 und Kraftstoffzulaufleitung 60 ein Zumeßventil 67 angeord­ net, mit dem die Verbindung vom Hochdruckspeicherraum 55 zum Zulaufkanal 3 geöffnet oder verschlossen werden kann. Der Hochdruckspeicherraum 55 ist über ein Steuerventil 57 mit einer Steuerleitung 58 verbindbar. Da im Hochdruckspeicher­ raum 55 stets ein bestimmter Kraftstoffhochdruck gehalten wird, kann durch Öffnen des Steuerventils 57 Kraftstoff un­ ter hohem Druck in die Steuerleitung 58 geleitet werden, wo­ durch sich der Druck in der Steuerleitung 58 dem im Hoch­ druckspeicherraum 55 angleicht. Jedes Kraftstoffeinspritz­ ventil 101 ist über eine Steuerzulaufleitung 59, die mit dem Steuerkanal 34 im Ventilkörper 1 verbunden ist, mit der Steuerleitung 58 verbunden. Die Steuerleitung 58 ist über eine Ablaufleitung 63, in der ein Steuerventil 61 angeordnet ist, mit dem als Entlastungsraum dienenden Kraftstoffvorrat­ stank 50 verbindbar. Durch Öffnen des Steuerventils 61 läßt sich der Druck in der Steuerleitung 58 jederzeit auf das Druckniveau des Kraftstoffvorratstanks 50 entlasten, das nä­ herungsweise dem Atmosphärendruck entspricht. Das gesamte Kraftstoffeinspritzsystem wird von einem Steuergerät 65 ge­ steuert, das einen Rechner enthält, der durch die Meßwerte verschiedener, in der Zeichnung nicht dargestellter Sensoren die Kraftstoffhochdruckpumpe 52, die Steuerventile 61 und 57, die Zumeßventile 67 und die Bestromung des Piezo-Aktors 26 steuert.

Die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoff­ einspritzventils ist wie folgt:
Zu Beginn des Einspritzvorgangs öffnet das Zumeßventil 67 die Verbindung von der Kraftstoffzulaufleitung 60 zum Zu­ laufkanal 3. Dadurch strömt Kraftstoff aus dem Hochdruck­ speicherraum 55 durch die Kraftstoffzulaufleitung 60 und den Zulaufkanal 3 in den Druckraum 11. Der Kraftstoffdruck im Druckraum 11 steigt an, bis die resultierende Kraft in axia­ ler Richtung auf die Druckschulter 18 größer ist als die Kraft der Schließfeder 21. Das Ventilglied 5 bewegt sich nach außen auf den Brennraum zu, wodurch die beiden Ein­ spritzöffnungen 13a und 13b nacheinander aus der Bohrung 2 austauchen, wodurch der Druckraum 11 mit dem Brennraum ver­ bunden wird und Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Durch die nach außen gerichtete Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 5 bewegt sich auch der Ringbund 40 in Richtung Brennraum und damit die Anschlagfläche 41 auf die Hubanschlagfläche 42 zu. Ob das Ventilglied 5 den maximalen Hub h durchfährt oder nur einen Teilhub, hängt vom Zustand des Steuerkolbens 30 ab.

Die Funktionsweise des verstellbaren Hubanschlags ist wie folgt:
Im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils, das heißt, wenn die Ventildichtfläche 15 an der Ventilsitzfläche 17 anliegt und wenn der Steuerraum 33 des hydraulischen Hu­ banschlags drucklos und der Piezo-Aktor 26 nicht bestromt ist, hat die Hubanschlagfläche 42 von der Anschlagfläche 41 des Ringbunds 40 einen axialen Abstand, der dem maximalen Öffnungshub h des Ventilgliedes 5 entspricht. Dieser Zustand ist in der Fig. 3 in der linken Hälfte dargestellt. Ist der Steuerraum 33 ohne Kraftstoffdruck, so liegt die innere Ringstirnfläche 36 des Steuerkolbens 30 an der Sitzfläche 37 des Steueranschlags 31 an. Wird nun bei geöffnetem Steuer­ ventil 57 und geschlossenem Steuerventil 61 Kraftstoff über den Steuerkanal 34 in den Steuerraum 33 eingeführt, so er­ höht sich der Kraftstoffdruck im Steuerraum 33, bis die re­ sultierende Kraft auf die äußere Ringstirnfläche 35 größer als die Kraft der Schließfeder 21 ist. Der Steuerkolben 30 bewegt sich auf den Federraum 20 zu, bis er nach Durchfahren des Steuerhubs s mit der Hubanschlagfläche 42 an dem Steuer­ kolbenanschlag 43 zur Anlage kommt. Dieser Zustand ist in der Fig. 3 in der rechten Hälfte dargestellt. Der Steuerhub s ist dabei kleiner als der maximale Öffnungshub h. Bei der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 5 kommt die Anschlag­ fläche 41 nach durchfahren des Hubes h-s an der Hubanschlag­ fläche 42 zur Anlage. Der Steuerhub s beträgt etwa 30 bis 70% des maximalen Öffnungshubes h, so daß durch Druckbeauf­ schlagung des Steuerraums 33 und die dadurch bewirkte Hubbe­ wegung des Steuerkolbens 30 die Öffnungshubbewegung des Ven­ tilgliedes 5 auf 70 bis 30% des maximalen Öffnungshubes h beschränkt wird. Soll das Ventilglied 5 wieder den maximalen Öffnungshub h durchfahren, wird der Druck im Steuerraum 33 reduziert, indem die Steuerleitung 58 bei geschlossenem Steuerventil 57 über das Steuerventil 61 und die Ablauflei­ tung 63 in den Kraftstoffvorratstank 50 entlastet wird. Übersteigt die Kraft der Schließfeder 21 die Kraft des Kraftstoffdrucks auf die innere Ringstirnfläche 36 des Steu­ erraums 33, so wird der Steuerkolben 30 von der Schließfeder 21 zum Brennraum hin gepreßt, bis die innere Ringstirnfläche 36 an der Sitzfläche 37 anliegt. Soll die Hubanschlagfläche 42 nur einen Teil des Steuerhubs s durchfahren, wird der Piezo-Aktor 26 bestromt. Durch die Längenänderung des Piezo- Aktors 26 aufgrund der angelegten Spannung kann die Huban­ schlagfläche 42 stufenlos auf jeden beliebigen Teil des Steuerhubs s angehoben werden. Die maximal mögliche Längen­ änderung des Piezo-Aktors 26 entspricht dabei beispielsweise in etwa dem Steuerhub s.

In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritz­ ventil der nach innen öffnenden Bauart im Längsschnitt dar­ gestellt. In einem Ventilkörper 80 ist eine als Sackbohrung ausgeführte Bohrung 90 angeordnet, deren Bodenfläche dem Brennraum zugewandt ist. An der Bodenfläche ist ein koni­ scher Ventilsitz 83 ausgebildet und wenigstens eine Ein­ spritzöffnung 92, die die Bohrung 90 mit dem Brennraum ver­ bindet. Der Ventilkörper 80 ist mittels einer Spannmutter 98 unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 94 gegen einen Ven­ tilhaltekörper 96 verspannt, der mehrteilig aufgebaut sein kann.

In der Bohrung 90 ist ein kolbenförmiges, entgegen der Kraft einer Schließfeder 21 längsverschiebbares Ventilglied 100 angeordnet, das in einem brennraumabgewandten Abschnitt der Bohrung 90 dichtend geführt ist und zum Brennraum hin unter Bildung einer Druckschulter 88 in einen im Durchmesser klei­ neren Abschnitt übergeht. Am brennraumseitigen Ende ist am Ventilglied 100 eine Ventildichtfläche 81 ausgebildet, die mit dem Ventilsitz 83 zusammenwirkt und so die Einspritzöff­ nungen 92 durch die Längsbewegung des Ventilgliedes 100 öff­ net und schließt. Die Druckschulter 88 ist in einem im Ven­ tilkörper 80 ausgebildeten Druckraum 11 angeordnet, der sich dem Ventilsitz 83 zu in einen das Ventilglied 100 umgebenden Ringspalt fortsetzt und über einen im Ventilkörper 80 ausge­ bildeten Zulaufkanal 3 mit Kraftstoff befüllbar ist. Durch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 88 kann das Ventilglied 100 entgegen der Kraft der Schließfeder 21 in der Bohrung 90 bewegt werden, so daß die Einspritzöffnungen 92 aufgesteuert werden.

Am brennraumabgewandten Ende geht das Ventilglied 90 in ei­ nen Federteller 103 und daran anschließend in einen Feder­ stößel 107 über, die beide in einem im Ventilhaltekörper 96 ausgebildeten Federraum 105 angeordnet sind. Der Federraum 105 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet und vergrößert sich zum brennraumabgewandten Ende unter Bildung einer als Ringabsatzes ausgebildeten Steuerkolben-Anschlagfläche 43.

Am brennraumabgewandten Ende des Federraums 105 ist ein kom­ binierter, hydraulisch- und Piezo-gesteuerter Hubanschlag angeordnet, wie er bereits weiter oben bei der Beschreibung des nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzventils der Fig. 1 und Fig. 3 beschrieben ist, so daß an dieser Stelle nur auf einige Details eingegangen wird. Der Steuerkolben 30 ist brennraumzugewandt zum Steueranschlag 31 angeordnet, und zwischen seiner dem Brennraum zugewandten Stirnseite und dem Federteller 103 ist die den Federstößel 107 umgebende Schließfeder 21 angeordnet, die das Ventilglied 100 mit der Ventildichtfläche 81 gegen den Ventilsitz 83 preßt. Das Ven­ tilglied 100 weist an seinem brennraumabgewandten Ende eine Anschlagfläche 109 auf, die durch die Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 100 vom Brennraum weg am Steuerkolben 30 zur Anlage kommt. Bei Aktivierung des hydraulischen An­ schlags oder des Piezo-Aktors bewegt sich der Steuerkolben 30 entgegen der Kraft der Schließfeder 21, wobei die Steuer­ kolben-Anschlagfläche 43 den maximalen Weg des Steuerkolbens 30 begrenzt. Dadurch verschiebt sich auch die am Steuerkol­ ben 30 ausgebildete Hubanschlagfläche 42 und verringert so den maximal möglichen Öffnungshub des Ventilgliedes 100.

Alternativ zu dem in Fig. 3 oder Fig. 5 dargestellten hy­ draulischen Hubanschlag kann es auch vorgesehen sein, daß der gesamte Steuerkolben 30 als Piezo-Aktor ausgebildet ist. Dadurch entfällt die Verbindung des vorzugsweise aus Metall hergestellten Hydraulikkolbens 27 und des Piezo-Aktors 26.

Weiter kann es auch vorgesehen sein, daß die Stützscheibe 25 entfällt und die Hubanschlagfläche 42 am Piezo-Aktor 26 aus­ gebildet ist.

In Fig. 1, 3 und 5 ist zu beachten, daß der Piezo-Aktor 26 der Übersichtlichkeit halber nur schematisch dargestellt wurde. Die Größe, insbesondere die axiale Ausdehnung des Piezo-Aktors 26, muß entsprechend des jeweiligen Anwendungs­ falls gewählt werden unter Berücksichtigung der geringen re­ lativen Längenänderung des Piezo-Aktors.

Claims (15)

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit ei­ nem Ventilkörper (1, 80), in dem in einer Bohrung (2, 90) ein entgegen einer Schließkraft axial bewegliches, kol­ benförmiges Ventilglied (5, 100) angeordnet ist, das auf einem dem Brennraum abgewandten Abschnitt seiner Länge in der Bohrung (2) geführt ist und auf einem, vom geführten Abschnitt dem Brennraum zu angeordneten Abschnitt von ei­ nem im Ventilkörper (1, 80) ausgebildeten Druckraum (11) umgeben ist, der mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (55) verbindbar ist und in dem eine in Öffnungsrichtung wir­ kende Druckschulter (18) des Ventilgliedes (5, 100) ange­ ordnet ist, welches Ventilglied (5, 100) mit seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich wenigstens eine Ein­ spritzöffnung (13a, 13b, 92) steuert, die durch eine Öff­ nungshubbewegung des Ventilgliedes (5, 100) entgegen der Schießkraft ganz oder teilweise aufsteuerbar und damit mit dem Druckraum (11) verbindbar ist, und mit einem den maximalen Öffnungshub des Ventilgliedes (5, 100) begren­ zenden, axial beweglichen Steuerkolben (30), dessen eine Stirnfläche als Hubanschlagfläche (42) zur Begrenzung der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes (5, 100) dient und dessen andere Ringstirnfläche (35) einen mit einer Kraft­ stoffhochdruckquelle verbindbaren Steuerraum (33) be­ grenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (30) zumindest zu einem Teil als Piezo-Aktor (26) ausgebildet ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Ventilglied (5, 100) eine Anschlag­ fläche (41, 109) ausgebildet ist, die bei der Öffnungshub­ bewegung an der Hubanschlagfläche (42) zur Anlage kommt.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerkolben (30) als Hohlzylinder ausgebildet ist, der koaxial zum Ventilglied (5, 100) an­ geordnet ist und in einer Führungsbohrung (6) geführt ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerkolben (30) als Stufenkolben ausgebildet ist, dessen der Anschlagfläche (41, 109) zuge­ wandte Stirnfläche als Hubanschlagfläche (42) ausgebildet ist und dessen durch den Querschnittübergang ausgebilde­ te, der Hubanschlagfläche (42) abgewandte Ringstirnfläche (35) den Steuerraum (33) begrenzt.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Piezo-Aktor (26) hohlzylinderförmig ausgebildet ist und koaxial zum Ventilglied (5, 100) ange­ ordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerkolben (30) zum Teil als Pie­ zo-Aktor (26) ausgebildet ist und der Piezo-Aktor (26) der Anschlagfläche (41, 109) des Ventilgliedes (5, 100) zu­ gewandt angeordnet ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der der Anschlagfläche (41, 109) des Ventilgliedes (5, 100) zugewandten Stirnseite des Steuer­ kolbens (30) eine Stützscheibe (25) angeordnet ist, an der die Hubanschlagfläche (42) ausgebildet ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schließkraft durch wenigstens eine in einem Federraum (20, 105) angeordnete Schließfeder (21) aufgebracht wird.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Übergang der Führungsbohrung (6) zum Federraum (20, 105) eine als Ringstirnfläche ausgebildete Steuerkolben-Anschlagfläche (43) angeordnet ist, die die axiale Bewegung des Steuerkolbens (30) in Richtung auf die am Ventilglied (5, 100) ausgebildete Anschlagfläche (41, 109) begrenzt.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (5) zur Aufsteuerung der Einspritzöffnungen (13a, 13b) eine nach außen, auf den Brennraum zu gerichtete Öffnungshub­ bewegung ausführt.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Ventilglied (5) ein Ringbund (40) ausgebildet ist, dessen brennraumzugewandte Ringstirnflä­ che als Anschlagfläche (41) ausgebildet ist, die mit der Hubanschlagfläche (42) des Steuerkolbens (30) zusammen­ wirkt.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schließfeder (21) zumindest mittel­ bar an der brennraumabgewandten Stirnfläche des Steuer­ kolbens (30) anliegt, so daß die Schließfeder (21) dem Hub des Steuerkolbens (30) entgegenwirkt.

13. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (33) über ein Steuerventil (57) mit der Kraftstoffhochdruck­ quelle (55) verbindbar ist.

14. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerraum (33) über ein Steuerven­ til (61) mit einem Entlastungsraum (50) verbindbar ist.

15. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kraftstoffhochdruckquelle als Hoch­ druckspeicherraum (55) ausgebildet ist.