Titel

Aktorbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil, Kraftstoffeinspritzventil Die Erfindung betrifft eine Aktorbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil, das zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine geeignet ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum einer Brenn- kraftmaschine mit einer solchen Aktorbaugruppe. Kraftstoffinjektoren der vorstehenden

Art werden auch Zweistoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren genannt.

Stand der Technik Aus der Patentschrift DE 699 18 141 T2 ist beispielhaft ein Brennstoffeinspritzventil für gasförmige und flüssige Brennstoffe bekannt, das eine erste als Hohlnadel ausgebildete Ventilnadel sowie eine innerhalb der Hohlnadel geführte zweite Ventilnadel zur Steuerung von Einspritzöffnungen für die unterschiedlichen Brennstoffe umfasst. Die als Hohlnadel ausgebildete Ventilnadel wirkt hierzu mit einem ersten Ventilsitz zusam- men, über den erste Einspritzöffnungen für den gasförmigen Brennstoff freigebbar und verschließbar sind. Die weitere Ventilnadel wirkt mit einem zweiten Ventilsitz zusammen, über den zweite Einspritzöffnungen für den flüssigen Brennstoff freigebbar und verschließbar sind, wobei der zweite Ventilsitz und die zweiten Einspritzöffnungen in der als Hohlnadel ausgebildeten Ventilnadel ausgebildet sind. Zur Betätigung der bei- den Ventilnadeln ist ein Steuermechanismus vorgesehen, der zwei elektromagnetisch betätigbare Steuerventile umfasst. Jeder Ventilnadel ist ein Steuerraum zugeordnet, der über ein Steuerventil des Steuermechanismus druckentlastet werden kann, so dass die jeweilige Ventilnadel von ihrem Ventilsitz abhebt und die zugeordneten Einspritzöffnungen freigibt. Die Steuerung der beiden Ventilnadeln erfolgt somit nach dem hydrau- lischen Vorsteuerungsprinzip, das auch bei Mono-Fuel-Injektoren Einsatz findet. Die Anordnung der beiden Steuerventile erfolgt nebeneinander am brennraumfernen Ende des Brennstoffeinspritzventils.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bauraumoptimierte Aktorbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine anzugeben, die ferner eine Erhöhung der Steuerungsdynamik und/oder -effizienz ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Aktorbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer solchen Aktorbaugruppe vorgeschlagen.

Offenbarung der Erfindung

Die für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Aktorbaugruppe umfasst einen Magnetaktor mit einer ringförmigen Magnetspule zur Steuerung einer ersten hubbeweglichen Ventilnadel, über deren Hubbewegung mindestens eine Einspritzöffnung für den gasförmigen Kraftstoff freigebbar und verschließbar ist. Die Aktorbaugruppe umfasst ferner einen weiteren Aktor zur Steuerung einer weiteren hubbeweglichen Ventilnadel, über deren Hubbewegung mindestens eine Einspritzöffnung für den flüssigen Kraftstoff freigebbar und verschließbar ist. Erfindungsgemäß ist der weitere Aktor koaxial in Bezug auf eine Längsachse des Magnetaktors angeordnet.

Durch die koaxiale Anordnung der beiden Aktoren kann ein schlanker und kompakter Injektor realisiert werden. Ferner kann die Aktorbaugruppe näher an die Ventilnadeln und damit an den Bereich der Leistungsverwertung der Aktorbaugruppe herangerückt werden, so dass eine hohe Dynamik erzielbar ist. Dadurch, dass zumindest ein Aktor der Aktorbaugruppe als Magnetaktor mit einer ringförmigen Magnetspule ausgebildet ist, kann der innerhalb der Magnetspule verbleibende Freiraum zur Aufnahme von Bauteilen genutzt werden, die mit dem weiteren Ak tor zusammenwirken. Auf diese Weise wird eine verschachtelte Anordnung der Aktorbaugruppe bzw. der mit der Aktorbaugruppe zusammenwirkenden Bauteile erreicht, die besonders kompakt bauend ist.

Der vorgesehene weitere Aktor kann ebenfalls als Magnetaktor mit einer ringförmigen Magnetspule ausgebildet sein. Alternativ wird die Ausbildung als Piezoaktor mit mindestens einem Piezomodul vorgeschlagen. Die ringförmige Magnetspule bzw. das Pie- zomodul des weiteren Aktors sind dabei vorzugsweise auf der Seite der Magnetspule des ersten Magnetaktors angeordnet ist, die den Ventilnadeln abgewandt ist. Insofern kann auch von einem vorderen und einem hinteren Aktor gesprochen werden, wobei zumindest der vordere Aktor ein Magnetaktor mit einer ringförmigen Magnetspule zur Schaffung eines als Durchführung dienenden Freiraums ist.

Bevorzugt wirken bzw. wirkt der Magnetaktor und/oder der weitere Aktor indirekt durch Veränderung eines Steuerdrucks in einem Steuerraum auf die jeweils zugeordnete Ventilnadel ein. Das heißt, dass zumindest eine Ventilnadel, vorzugsweise die Ventilnadel für den gasförmigen Kraftstoff, hydraulisch vorgesteuert ist. Als Steuermedium kann flüssiger Kraftstoff eingesetzt werden.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Magnetaktor und/oder der wei tere Aktor direkt auf die jeweils zugeordnete Ventilnadel einwirken bzw. einwirkt. Das heißt, dass zumindest eine Ventilnadel, vorzugsweise die Ventilnadel für den flüssigen Kraftstoff, ohne hydraulische Vorsteuerung direkt über den zugeordneten Aktor schaltbar ist. Auf diese Weise kann die zur hydraulischen Vorsteuerung erforderliche Steuermenge reduziert werden. Ferner kann eine besonders kompakt bauende Anordnung erreicht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest die Ventilnadel für den gasförmigen Kraftstoff indirekt über den als Magnetaktor ausgebildeten vorderen Aktor schaltbar. Die ringförmige Magnetspule des Magnetaktors wirkt hierbei mit einem hubbeweglichen Anker zusammen, der mit einem Ventilglied gekoppelt ist, das als Hohlnadel ausgebildet ist. Die Hohlnadel schafft einen Freiraum, der eine Kraft- /Hubdurchführung des weiteren Aktors ermöglicht und somit eine verschachtelte Anordnung begünstigt.

Zur Realisierung einer Kraft-/Hubdurchführung kann beispielsweise der weitere Aktor mit einem im Wesentlichen nadeiförmigen Betätigungselement zusammenwirken, das zumindest abschnittsweise in dem als Hohlnadel ausgebildeten Ventilglied aufgenommen ist. Somit kann auch die Leistung des hinteren Aktors nah der zugeordneten Ventilnadel verwertet werden, wodurch die Dynamik und die Effizienz weiter gesteigert werden. Über die Hohlnadel kann zudem eine Führung des Betätigungselements bewirkt werden.

Sofern der weitere Aktor ebenfalls als Magnetaktor ausgebildet ist, ist vorzugsweise das nadeiförmige Betätigungselement mit einem hubbeweglichen Anker gekoppelt. Das nadeiförmige Betätigungselement wird dann über den Anker mitgeführt, wenn dieser eine Hubbewegung ausführt. Die Steuerung der zugeordneten Ventilnadel kann indirekt oder direkt erfolgen.

Unabhängig davon, ob der weitere Aktor als Magnetaktor oder als Piezoaktor ausgebildet ist, wird alternativ oder ergänzend vorgeschlagen, dass das nadeiförmige Betätigungselement mit einem Ventilsitz oder einem Ventilschließelement zum Freigeben und Verschließen des Ventilsitzes zusammenwirkt. Im erstgenannten Fall dient das nadeiförmige Betätigungselement selbst als Ventilschließelement, mittels dessen der Ventilsitz zur Druckentlastung eines Steuerraums freigebbar ist. Das nadeiförmige Betätigungselement kann hierzu aber auch mit einem separaten Ventilschließelement zusammenwirken, das beispielsweise als Kugel ausgebildet sein kann.

Ventilsitz und/oder Ventilschließelement entfallen, wenn die Steuerung der Ventilnadel für den flüssigen Kraftstoff direkt, d. h. ohne hydraulische Vorsteuerung, erfolgt.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird darüber hinaus ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Aktorbaugruppe vorgeschlagen. Durch Einsatz einer erfindungsgemäßen Aktorbaugruppe kann ein schlanker und kompakter Injektor realisiert werden. Insbesondere lässt die Aktorbaugruppe eine verschachtelte Bauweise zu. Das vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzventil umfasst ferner eine erste hubbewegliche Ventilnadel zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung für den gasförmigen Kraftstoff sowie eine weitere hubbewegliche Ventilnadel zum Freigeben und Verschließen mindestens einer Einspritzöffnung für den flüssigen Kraftstoff.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors ist zumindest einer Ventilnadel ein Steuerraum zugeordnet, der über den Magnetaktor oder den weiteren Aktor druckentlastbar ist. Das heißt, dass zumindest eine Ventilnadel indirekt über den Steuerdruck im Steuerraum steuerbar ist, wobei es sich vorzugsweise um die Ventilnadel für den gasförmigen Kraftstoff handelt. Die andere Ventilnadel kann demgegenüber direkt steuerbar sein. Durch die direkte Steuerung einer Ventilnadel kann die abzuführende Steuermenge geringgehalten werden. Ferner wird eine besonders kompakt bauende Anordnung erreicht, da die Ausbildung eines Ventils entfällt.

Die vorgeschlagene Aktorbaugruppe ermöglicht nicht nur eine kompakte Bauweise des Kraftstoffeinspritzventils, sondern ferner ein Abgreifen der Aktorleistungen in unmittelbarer Nähe der Ventilnadeln. Steuerleitungen, die entleert und wieder befüllt werden müssen, können somit kurz gehalten werden. Auf diese Weise werden die Steuerungsdynamik und -effizienz gesteigert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Aktorbaugruppe.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Das in der Figur schematisch dargestellte Kraftstoffeinspritzventil umfasst ein Gehäuse 11, in dem eine erfindungsgemäße Aktorbaugruppe zur Steuerung der Hubbewegungen zweier Ventilnadeln 16, 18 aufgenommen ist. Die Ventilnadeln 16, 18 sind in einem Düsenkörper 12 des Kraftstoffeinspritzventils aufgenommen, der mit Gehäuse 11 verbunden ist. Der Düsenkörper 12 bildet einen Ventilsitz 22 für die Ventilnadel 16 aus, die zur Aufnahme der weiteren Ventilnadel 18 als Hohlnadel ausgebildet ist. Über die Hubbewegung der als Hohlnadel ausgebildeten Ventilnadel 16 sind im Düsenkörper 12 ausgebildete Einspritzöffnungen 17 für einen gasförmigen Kraftstoff steuerbar. Die in der Hohlnadel aufgenommene weitere Ventilnadel 18 steuert Einspritzöffnungen 19, die in der Hohlnadel ausgebildet sind und der Einspritzung von flüssigem Kraftstoff dienen. Beide Ventilnadeln 16, 18 werden vorliegend indirekt geschaltet, indem jeweils ein auf die Ventilnadeln 16, 18 lastender Steuerdruck in einem Steuerraum 20, 21 verändert wird.

Zur Veränderung des Steuerdrucks in einem ersten Steuerraum 20, der auf der als Hohlnadel ausgebildeten Ventilnadel 16 lastet, ist ein 3/2 -Wegeventil vorgesehen, das über einen ersten Magnetaktor 1 betätigbar ist. Die Veränderung des Steuerdrucks im weiteren Steuerraum 21 wird über ein 2/2 -Wegeventil bewirkt, das über einen weiteren Aktor 3 steuerbar ist, der vorliegend ebenfalls als Magnetaktor ausgeführt ist. Die dargestellte erfindungsgemäße Aktorbaugruppe wird demnach aus zwei Magnetaktoren gebildet.

Der erste Magnetaktor 1 weist eine ringförmige Magnetspule 2 zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker 5 auf, der vorliegend als Flachanker ausgebildet ist. Der Anker 5 ist mit einem Ventilglied 6 gekoppelt, das rohrförmig gestaltet bzw. als Hohlnadel ausgebildet ist. Das Ventilglied 6 weist einen mit zwei Dichtsitzen 23, 24 zusammenwirkenden Bundabschnitt 25, so dass der Steuerraum 20 entweder mit einem Niederdruckbereich 26 oder mit einem Hochdruckbereich 27 verbindbar ist. Wird die Magnetspule 2 des Magnetaktors 1 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft eine axiale Verschiebung des Ankers 5 einschließlich des Ventilglieds 6 entgegen der Federkraft einer Feder 13 bewirkt, die einerseits gehäuseseitig, andererseits über einen Federteller 14 an dem Ventilglied 6 abgestützt ist. Der Bundabschnitt 25 des Ventilglieds 6 schließt den oberen Dichtsitz 23, so dass die Verbindung zum Niederdruckbereich 26 unterbrochen ist. Zugleich wird der Dichtsitz 24 geöffnet, so dass eine Verbindung zum Hochdruckbereich 27 hergestellt ist und der Steuerraum 20 druckbeaufschlagt wird, was zum Schließen der Ventilnadel 16 für den gasförmigen Kraftstoff führt. Wird die Bestromung der Magnetspule 2 beendet, drückt die Feder 13 den Anker 5 einschließlich des Ventilglieds 6 in seine Ausgangslage zurück, in welcher der Bundabschnitt 25 des Ventilglieds 6 den Dichtsitz 23 öffnet und den Dichtsitz 24 verschließt, so dass eine Entlastung des Steuerraums 20 bewirkt wird, die ein Öffnen der Ventilnadel 16 zur Folge hat.

Wird die Magnetspule 4 des weiteren Aktors 3 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft einen weiteren Anker 8 einschließlich eines stiftförmigen Betätigungselements 7 entgegen der Federkraft einer Feder 15 anhebt. Das Betätigungselement 7 gibt dabei ein mit einem Ventilsitz 9 zusammenwirkendes kugelförmiges Ventilschließelement 10 frei, das daraufhin vom Ventilsitz 9 abhebt, so dass eine Verbindung des Steuerraums 21 mit dem Niederdruckbereich 26 hergestellt ist. Der Steuerraum 21 wird entlastet, so dass auf die Ventilnadel 18 ein verringerter Steuerdruck wirkt. Dies hat zur Folge, dass die Ventilnadel 18 von einem Ventilsitz 28 abhebt und die Einspritzöffnungen 19 für den flüssigen Kraftstoff freigibt. Zum Schließen der Ventilnadel 18 wird die Bestromung der Magnetspule 4 des weiteren Aktors 3 beendet, so dass die Feder 15 den Anker 8 einschließlich des stiftförmigen Betätigungselements 7 zurück in die Ausgangslage stellt. Das Betätigungselement 7 drückt dabei mittelbar über ein Druckstück 29 das kugelförmige Ventilschließelement 10 in den Ventilsitz 9 zurück, so dass die Verbindung des Steuerraums 21 mit dem Niederdruckbereich 26 unterbrochen ist. Aus dem Hochdruckbereich 27 in den Steuerraum 21 gelangender Kraftstoff führt zu einem Druckanstieg im Steuerraum 21, der das Schließen der Ventilnadel 18 unterstützt.

Bei der dargestellten erfindungsgemäßen Aktorbaugruppe sind die beiden ringförmigen Magnetspulen 2, 4 koaxial in einem axialen Abstand zueinander angeordnet. Zwischen den beiden Magnetspulen 2, 4 kommen die beiden Anker 5, 8 zu liegen. Die Wirkrich- tungen der beiden Magnetaktoren sind demnach einander entgegengesetzt.

Da das mit dem unteren Magnetaktor 1 zusammenwirkende Ventilglied 6 hohl ausgeführt ist, kann das mit dem weiteren Aktor 3 zusammenwirkende stiftförmige Betätigungselement 7 zur Betätigung des kugelförmigen Ventilschließelements 10 durchgrei- fend angeordnet werden, so dass eine düsennahe Leistungsverwertung möglich ist.

Hierin ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung zu sehen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf Ausführungsformen, die einen Piezoaktor als weiteren Aktor 3 umfassen. Zudem ist die Wirkrichtung der Aktoren 1, 3 frei wählbar. Darüber hinaus kann mindestens ein Aktor 1, 3 dazu ausgelegt sein, die ihm zugeordnete Ventilnadel 16, 18 direkt zu schalten. Sofern die Ventilnadeln 16, 18 indirekt geschaltet werden, kann dies unter Zuhilfenahme eines 2/2 -Wegeventils oder eines 3/2 -Wegeventils erfol- gen.