DE102004044812A1 - Steuerventil einer Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Steuerventil einer Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil (2) einer Einspritzdüse (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, DOLLAR A - mit einem Ventilglied (6), das zumindest zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbar ist und zum Steuern wenigstens einer Düsennadel der Einspritzdüse (1) dient, DOLLAR A - mit einem Aktuator (10) zur Hubbetätigung des Ventilglieds (6), DOLLAR A - mit einer hydraulischen Kopplungseinrichtung (12), die einen mit dem Aktuator (10) antriebsverbundenen Aktorkolben (13) und einen damit hydraulisch gekoppelten und mit dem Ventilglied (6) antriebsverbundenen Ventilkolben (14) aufweist, DOLLAR A - wobei der Aktorkolben (13) und der Ventilkolben (14) in Hubrichtung (11) voneinander beabstandet sind und jeweils einen Übersetzerraum (15) begrenzen, DOLLAR A - wobei eine Übersetzerraumhülse (18) vorgesehen ist, die radial außen am Aktorkolben (13) in Hubrichtung (11) verstellbar gelagert ist und mit einem vom Aktuator (10) abgewandten Ende (19) an einer stationären Wand (20) eines Lagerkörpers (27) anliegt, in dem der Ventilkolben (14) in Hubrichtung (11) verstellbar gelagert ist, so dass die Übersetzerraumhülse (18) den Übersetzerraum (15) radial außen begrenzt, DOLLAR A - wobei eine Vorspannfeder (21) vorgesehen ist, die sich einenends am Aktorkolben (13) und anderenends an der Übersetzerraumhülse (18) abstützt und dabei die Übersetzerraumhülse (18) gegen die Wand (20) axial vorspannt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Steuerventil einer Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
  • Ein derartiges Steuerventil wird bei einer Einspritzdüse dazu verwendet, eine Verbindung zwischen einer Kraftstoff-Hochdruckseite der Einspritzdüse und einer Kraftstoff-Niederdruckseite der Einspritzdüse zu steuern. Bei einer servogesteuerten Einspritzdüse ist bei geschlossener Düsennadel ein Steuerkolben der Düsennadel oder eines die Düsennadel umfassenden Nadelverbands in einem Steuerraum mit dem Kraftstoffhochdruck beaufschlagt. Durch Absenken des Drucks im Steuerraum werden die in Schließrichtung auf den Steuerkolben und somit auf die Düsennadel einwirkenden Kräfte reduziert, so dass in der Folge die an der Düsennadel angreifenden Öffnungskräfte überwiegen, wodurch die jeweilige Düsennadel öffnen kann. Zweckmäßig ist nun dieser Steuerraum mit der Hochdruckseite kommunizierend verbunden, während auf der Niederdruckseite ein relativ niedriger Systemdruck oder Rücklaufdruck oder Leckagedruck herrscht. Durch eine entsprechende Betätigung des Steuerventils kann die Verbindung zwischen Hochdruckseite und Niederdruckseite geöffnet werden, wodurch sich der Druck im Steuerraum abbauen kann, was dann zum Öffnen der jeweiligen Düsennadel führt.
  • Zum Öffnen und Schließen der genannten Verbindung enthält das Steuerventil ein hierzu geeignetes Ventilglied, das mit Hilfe eines Aktuators, insbesondere eines Piezoaktuators, antreibbar ist, wobei der Aktuator über eine hydraulische Kopplungseinrichtung mit dem Ventilglied gekoppelt ist. Eine solche Kopplungseinrichtung kann einen mit dem Aktuator antriebsverbundenen Aktorkolben und einen mit dem Ventilglied antriebsverbundenen Ventilkolben aufweisen, die miteinander hydraulisch gekoppelt sind und dabei eine Über- oder Untersetzung des eingangsseitigen Aktuatorkolbenhubs bei der Übertragung in einen daraus resultierenden Ventilkolbenhub ermöglichen.
  • Da es sich bei Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, und somit bei den Steuerventilen um Großserienprodukte handelt, werden einfach realisierbare Konstruktionen gesucht, um Kosten zu senken.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass Aktorkolben und Steuerkolben jeweils eine vergleichsweise einfache Geometrie besitzen und somit relativ preiswert herstellbar sind. Denn durch die axiale bzw. in Hubrichtung vorgesehene Beabstandung zwischen diesen Kolben müssen die Kolben nicht dafür vorbereitet werden, eine hubverstellbare Lagerung aneinander bzw. ineinander zu ermöglichen. Axiale Führungsflächen, die hierzu erforderlich wären, können somit entfallen, ebenso müssen diesbezügliche Toleranzen nicht eingehalten werden, wodurch sich insgesamt die Herstellung der genannten Kolben vereinfacht.
  • Beim erfindungsgemäßen Steuerventil ist ein Übersetzerraum, der die hydraulische Kopplung zwischen Aktuatorkolben und Ventilkolben bewirkt, axial bzw. in Hubrichtung zwischen den beiden Kolben und radial innerhalb einer Übersetzerraumhülse ausgebildet. Die Übersetzerraumhülse umschließt dabei den Aktuatorkolben und ist an dessen Außenseite in Hubrichtung, also axial verstellbar gelagert. Außerdem liegt die Übersetzerraumhülse axial an einem Lagerkörper an, in dem der Ventilkolben hubverstellbar gelagert ist. Auf diese Weise fällt der Übersetzerraum vergleichsweise klein aus und enthält somit nur ein relativ kleines Übersetzerraumvolumen. Dementsprechend ergibt sich für die Betätigung des Ventilglieds ein sehr direktes Ansprechverhalten, bei dem sich die unvermeidlichen Kompressibilitäten des verwendeten Hydraulikmediums, in der Regel Kraftstoff, im wesentlichen nicht bemerkbar machen.
  • Ein besonderer Vorteil wird beim erfindungsgemäßen Steuerventil dadurch erreicht, dass eine Vorspannfeder zum Vorspannen der Übersetzerraumhülse gegen den Lagerkörper nicht an einem Ventilkörper, sondern am Aktorkolben abgestützt ist. Durch diese Bauweise kann am Ventilkörper auf einen Hinterschnitt verzichtet werden, der bei einer Abstützung der Vorspannfeder am Ventilkörper erforderlich wäre. Durch den Verzicht auf einen derartigen Hinterschnitt vereinfacht sich jedoch die Herstellung des Ventilkörpers, was zu einem Preisvorteil führt.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform können der Aktorkolben und die Übersetzerraumhülse in einem Kopplungsraum des Ventilkörpers angeordnet sein, wobei dann der Ventilkörper im Bereich dieses Kopplungsraums ungeteilt ausgestaltet oder aus einem Stück gefertigt ist. Durch diese Bauweise ergibt sich ein weiterer Preisvorteil für die Herstellung des Ventilkörpers. Möglich wird die einteilige Bauweise des Ventilkörpers im Bereich des Kopplungsraums durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kopplungseinrichtung und insbesondere durch die Abstützung der Vorspannfeder am Aktorkolben, der einen Hinterschnitt am Ventilkörper im Bereich des Kopplungsraums entbehrlich macht. Ein weiterer wichtiger Vorteil der einstückigen bzw. ungeteilten Bauweise für den Ventilkörper wird darin gesehen, dass in diesem ungeteilten Bereich keine Abdichtungen vorgesehen werden müssen. Dies ist im Hinblick auf die enorm hohen Drücke, mit denen moderne Einspritzdüsen arbeiten, ein erheblicher Vorteil.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Lagerkörper bezüglich des Ventilkörpers als separater Körper ausgestaltet sein. Zweckmäßig enthält dann der Ventilkörper eine Aufnahme, in welche der Lagerkörper eingesetzt ist und die in den zuvor genannten Kopplungsraum übergeht. Vorteilhaft ist dann der Ventilkörper im Bereich des Kopplungsraums und der Aufnahme ungeteilt ausgestaltet oder aus einem Stück gefertigt. Die einteilige Ausgestaltung des Ventilkörper bis in den Bereich der Aufnahme hinein ermöglicht auch hier eine Senkung der Produktionskosten. Für die Realisierung einer derartigen Bauweise ist jedoch ausschlaggebend, dass die Abmessungen, insbesondere die Querschnitte, der ineinander angeordneten Komponenten des Steuerventils so aufeinander abgestimmt sind, dass im einstückigen Bereich des Ventilkörpers kein Hinterschnitt zur Abstützung und Positionierung einer Komponente erforderlich ist.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Steuerventils ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerventils ist in der Zeichnung dargestellt und wir im folgenden näher erläutert.
  • Die einzige 1 zeigt einen stark vereinfachten, schematischen Längsschnitt durch ein Steuerventil nach der Erfindung.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Entsprechend 1 umfasst eine nur teilweise dargestellte Einspritzdüse 1 ein Steuerventil 2. Eine solche Einspritzdüse 1 dient bei einer Brennkraftmaschine zur gezielten Einspritzung von Kraftstoff in einen zugeordneten Einspritzraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine. Üblicherweise sind die Brennkraftmaschinen moderner Kraftfahrzeuge mit einer derartigen Einspritztechnik ausgestattet. Eine solche Einspritzdüse 1 enthält außerdem in üblicher Weise zumindest eine, hier nicht dargestellte Düsennadel, mit deren Hilfe die Einspritzung eines unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs durch wenigstens ein Spritzloch gesteuert werden kann. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff wird dabei über eine Zuführung 3 dem wenigstens einen Spritzloch zugeführt. Die Düsennadel steuert dabei eine Verbindung dieser Zuführung 3 zum wenigstens einen Spritzloch.
  • Die Zuführung 3 erstreckt sich zumindest teilweise in einem Körper 4 der Einspritzdüse 1 bzw. des Steuerventils 2. Dieser Körper 4 wird im folgenden auch als Ventilkörper 4 bezeichnet. Die Zuführung 3 ist im eingebauten Zustand der Einspritzdüse 1 an eine hier nicht dargestellte Hochdruckleitung angeschlossen, die den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff bereitstellt und beispielsweise mittels einer Hochdruckpumpe gespeist ist. Beim sogenannten „Common-Rail-Prinzip" sind die Zuführungen 3 von mehreren oder von allen Einspritzdüsen 1 der Brennkraftmaschine an eine gemeinsame Hochdruckleitung angeschlossen.
  • Die hier gezeigte Einspritzdüse 1 arbeitet zum Öffnen der Düsennadel mit einer Servosteuerung. Das bedeutet, dass in der Zuführung 3 stets der jeweilige Einspritzdruck herrscht und an der Düsennadel bzw. an einem die Düsennadel umfassenden Nadelverband an wenigstens einer entsprechenden Druckstufe in Öffnungsrichtung wirksame Druckkräfte einleitet. Zur Einleitung von Schließkräften in die Düsennadel ist diese bzw. der genannte Nadelverband mit einer vom wenigstens einen Spritzloch abgewandten Steuerfläche ausgestattet, die einen Steuerraum begrenzt. Der im Steuerraum herrschende Druck übt somit in Schließrichtung wirkende Kräfte auf die Steuerfläche und somit auf die Düsennadel aus. Dieser Steuerraum ist nun zum einen über eine Zulaufdrossel mit der Zuführung 3 und zum anderen über eine Ablaufdrossel mit einem relativ drucklosen Rücklauf 5 verbunden, wobei die Verbindung des Steuerraums zum Rücklauf 5 mit Hilfe des Steuerventils 2 gesteuert ist.
  • Bei geschlossenem Steuerventil 2 ist die Verbindung zwischen Steuerraum und Rücklauf 5 gesperrt, so dass im Steuerraum der Kraftstoffhochdruck herrscht. Die Auslegung der servogesteuerten Einspritzdüse 1 erfolgt dabei so, dass bei geschlossenem Steuerventil 2 die Schließkräfte an der Düsennadel überwiegen, so dass diese das wenigstens eine Spritzloch von der Zuführung 3 trennt. Um eine Kraftstoffeinspritzung durchzuführen, muss nun nur das Steuerventil 2 geöffnet werden, d. h. die Verbindung vom Steuerraum zum Rücklauf 5 wird geöffnet. In der Folge kommt es im Steuerraum zu einem Druckabfall (die Zulaufdrossel besitzt hierzu eine stärkere Drosselwirkung als die Ablaufdrossel) und die an der Düsennadel wirkenden Schließkräfte nehmen stark ab. Folglich überwiegen an der Düsennadel die Öffnungskräfte, so dass die Düsennadel die Verbindung des wenigstens einen Spritzlochs zur Zuführung 3 öffnet und die Einspritzung stattfinden kann. Zum Beenden der Kraftstoffeinspritzung wird das Steuerventil 2 wieder geschlossen, wodurch sich im Steuerraum erneut der Hochdruck aufbaut. Folglich überwiegen dann wieder die Schließkräfte in der Düsennadel und treiben diese zum Schließen der Verbindung der Zuführung 3 zum wenigstens einen Spritzloch an.
  • Im Unterschied zu einer direkten Nadelsteuerung, bei welcher das Öffnen und Schließen der Düsennadel über den in der Zuführung 3 herrschenden Kraftstoffdruck gesteuert wird, erfolgt bei der Servosteuerung die Betätigung der Düsennadel über die Steuerung des Drucks im Steuerraum, während der in der Zuführung 3 anstehende Druck im wesentlichen konstant den jeweiligen Einspritzdruck aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine vorteilhafte Ausgestaltung des für die Servosteuerung der Düsennadel bzw. der Einspritzdüse 1 benötigten Steuerventils 2.
  • Entsprechend 1 umfasst das Steuerventil 2 ein Ventilglied 6, das im Ventilkörper 4 zumindest zwischen einer hier gezeigten Schließstellung und einer Offenstellung verstellbar ist und mit dessen Hilfe die Düsennadel gesteuert werden kann. Hierzu trennt das Ventilglied 6 in seiner Schließstellung, in der es mit einem Ventilsitz 7 zusammenwirkt, einen Hochdruckraum 8 von einem Niederdruckraum 9. Während der Hochdruckraum 8 mit dem weiter oben genannten Steuerraum kommunizierend verbinden ist, ist der Niederdruckraum 9 an den Rücklauf 5 angeschlossen. In der Offenstellung des Ventilglieds 6 hebt das Ventilglied 6 von seinem Sitz 7 ab, und somit sind Niederdruckraum 9 und Hochdruckraum 8 kommunizierend miteinander verbunden, d. h. die Verbindung zwischen Steuerraum und Rücklauf 5 ist geöffnet.
  • Das Steuerventil 2 umfasst außerdem einen Aktuator 10, der insbesondere als Piezoaktuator ausgestaltet ist und demnach bei einer Bestromung seine Länge vergrößert. In 1 ist der Aktuator 10 vertikal angeordnet, wodurch sich eine vertikale Hubrichtung 11 ergibt, die in 1 durch einen Pfeil symbolisiert ist. Der Aktuator 10 dient zur Hubbetätigung des Ventilglieds 6. Dabei ist der Aktuator 10 nicht direkt mit dem Ventilglied 6 antriebsverbunden, sondern über eine hydraulische Kopplungseinrichtung 12, die in 1 durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet ist. Die hydraulische Kopplungseinrichtung 12 umfasst einen Aktorkolben 13, einen Ventilkolben 14 sowie einen Übersetzerraum 15. Der Aktorkolben 13 ist mit dem Aktuator 10 antriebsverbunden. Dabei kann der Aktorkolben 13 mit dem Aktuator 10 fest verbunden sein oder integral an diesem ausgebildet sein. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, dass Aktuator 10 und Aktorkolben 13 axial, also in Hubrichtung 11, lose aneinander anliegen, da im Betrieb ohnehin nur axiale Druckkräfte auftreten bzw. übertragen werden müssen. Im Unterschied dazu ist der Ventilkolben 14 mit dem Ventilglied 6 antriebsverbunden. Dabei kann es auch hier vorgesehen sein, den Ventilkolben 14 fest mit dem Ventilglied 6 zu verbinden oder integral an diesem auszugestalten. Alternativ kann auch hier der Ventilkolben 14 axial lose auf dem Ventilglied 6 aufliegen. Die beiden Kolben 13 und 14 sind über den Übersetzerraum 15 hydraulisch miteinander gekoppelt.
  • Von besonderem Interesse ist nun, dass Aktorkolben 13 und Ventilkolben 14 in der Hubrichtung 11 voneinander beabstandet sind, derart, dass sie den Übersetzerraum 15 mit einer Aktorkolbenfläche 16 und einer Ventilkolbenfläche 17 in der Hubrichtung 11 begrenzen. Aktorkolben 13 und Ventilkolben 14 sind dabei über den Übersetzerraum 15 berührungslos miteinander hydraulisch gekoppelt, also insbesondere nicht aneinander oder ineinander gelagert. In der Folge können die beiden Kolben 13, 14 jeweils eine besonders einfach herstellbare Geometrie aufweisen.
  • Die Kopplungseinrichtung 12 umfasst außerdem eine Übersetzerraumhülse 18, die koaxial außen am Aktorkolben 13 in der Hubrichtung 11 verstellbar gelagert ist. Die Übersetzerraumhülse 18 überragt den Aktorkolben 13 in Hubrichtung 11 und liegt mit einem vom Aktuator 10 abgewandten ringförmigen Ende 19 axial, also in Hubrichtung 11, an einer stationären Wand 20 an. Auf diese Weise begrenzt die Übersetzerraumhülse 18 den Übersetzerraum 15 radial außen. Zur Positionierung der Übersetzerraumhülse 18 ist eine Vorspannfeder 21 vorgesehen, welche die Übersetzerraumhülse 18 gegen die Wand 20 in Hubrichtung 11 andrückt. Zu diesem Zweck stützt sich die Vorspannfeder 21 einenends an der Übersetzerraumhülse 18 ab, die hierzu mit einer Ringstufe 22 versehen ist. Anderenends stützt sich die Vorspannfeder 21 am Aktorkolben 13 ab, der hierzu mit einem radial abstehenden Ringkragen 23 ausgestattet ist.
  • Beachtenswert ist hierbei die in radialer Richtung kompakte Anordnung und Bauweise von Aktorkolben 13, Übersetzerraumhülse 18 und Vorspannfeder 21. Dementsprechend kann auch ein Kopplungsraum 24, in dem der Aktorkolben 13, die Übersetzerraumhülse 18 und die Vorspannfeder 21 angeordnet sind, vergleichsweise klein dimensioniert werden. Durch die erfindungsgemäße Bauweise, insbesondere durch die Abstützung der Vorspannfeder 21 am Aktorkolben 13, kann der Ventilkörper 4 im Bereich dieses Kopplungsraums 24 ungeteilt ausgestaltet sein, d. h. aus einem Stück hergestellt sein. Die Herstellung des Ventilkörpers 4 im Bereich des Kopplungsraums 24 gestaltet sich dadurch extrem einfach. Des Weiteren treten keine Abdichtungsprobleme auf, obwohl auch im Kopplungsraum 24 der Kraftstoffhochdruck herrscht. Denn der Kopplungsraum 24 kommuniziert mit einem Aktuatorraum 25, in dem der Aktuator 10 angeordnet ist und der an einer geeigneten Stelle über einen Verbindung 26 mit der Zuführung 3 kommunzierend verbunden ist.
  • Die stationäre Wand 20, an welcher sich die Übersetzerraumhülse 18 axial abstützt, ist an einem Lagerkörper 27 ausgebildet, in dem der Ventilkolben 14 hubverstellbar gelagert ist. Grundsätzlich kann dieser Lagerkörper 27 integral am Ventilkörper 4 ausgestaltet sein. Die Axialführung für den Ventilkolben 14 bedarf jedoch einer aufwändigen Bearbeitung, da hierbei ein gewisses Spiel und vorbestimmte Toleranzen einzuhalten sind. Innerhalb des Ventilkörpers 4 befindet sich diese Führung für den Steuerkolben 14 jedoch an einer vergleichsweise schlecht zugänglichen Stelle, was die Bearbeitung erschwert. Bevorzugt wird daher die hier gezeigte Ausführungsform, bei welcher der Lagerkörper 27 bezüglich des Ventilkörpers 4 als separater Körper ausgebildet ist. Der Ventilkörper 4 enthält dabei eine Aufnahme 28, in welche der Lagerkörper 27 eingesetzt ist. Im Unterschied zur Axialführung des Ventilkolbens 14 benötigt die Aufnahme 28 keine sorgfältige Bearbeitung, da zwischen Ventilkörper 4 und Lagerkörper 27 keine Relativbewegungen auftreten. Des Weiteren kommt es auf ein Spiel zwischen Ventilkörper 4 und Lagerkörper 27 nur sekundär an, da eine Leckage zum Niederdruckraum 9 und somit zum Rücklauf 5 abfließen kann. Im Unterschied zum Ventilkörper 4 ist jedoch der Lagerkörper 27 erheblich einfacher zu bearbeiten, so dass insgesamt der Aufwand zur Herstellung des Steuerventils 2 reduziert ist.
  • Besonders vorteilhaft ist die hier gezeigte Ausführungsform, bei welcher die Aufnahme 28 in den Kopplungsraum 24 übergeht und der Ventilkörper 4 im Bereich des Kopplungsraums 24 und der Aufnahme 28 ungeteilt ausgestaltet ist oder aus einem Stück hergestellt ist. Die oben genannten Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die vereinfachte Herstellbarkeit des Ventilkörpers 4 und im Hinblick auf die reduzierte Abdichtungsproblematik, kommen hierdurch verstärkt zur Geltung.
  • Die Übersetzerraumhülse 18 besitzt ein Profil, das sich zum Ende 19 hin verjüngt oder zuspitzt. Dies wird hier dadurch erreicht, dass die Übersetzerraumhülse 18 zumindest in dem das Ende 19 umfassenden Endabschnitt innen einen konstanten Innenquerschnitt 29 und außen einen sich zur Wand 20 hin verjüngenden Außenquerschnitt 30 aufweist. Durch diese Profilierung wird erreicht, dass die axiale Anpresskraft, mit welcher die Übersetzerraumhülse 18 an der Wand 20 anliegt und welche die Dichtwirkung der Übersetzerraumhülse 18 bestimmt, von den im Übersetzerraum 15 und im Kopplungsraum 24 herrschenden Drücken im wesentlichen unabhängig ist und im wesentlichen ausschließlich durch die Vorspannfeder 21 vorgegeben ist. Auf diese Weise können zwischen dem Übersetzerraum 15 und dem Kopplungsraum 24 vergleichsweise große Druckdifferenzen auftreten, ohne dass dabei eine Wechselwirkung in der Hubrichtung 11 mit der Übersetzerraumhülse 18 auftritt.
  • Das Steuerventil 2 ist außerdem mit einer Öffnungsdruckfeder 31. ausgestattet, welche das Ventilglied 6 in Öffnungsrichtung, also in Hubrichtung 11 vorspannt. Dabei stützt sich die Öffnungsdruckfeder 31 einenends am Ventilglied 6 und anderenends am Lagerkörper 27 ab, der hier zu diesem Zweck eine entsprechende Ringstufe 32 aufweist. Des Weiteren kann eine Schließdruckfeder 33 vorgesehen sein, die sich einenends ebenfalls am Ventilglied 6 und anderenends vorzugsweise an einem stationären, also relativ zum Ventilkörper 4 ortsfesten Widerlager, das hier nicht gezeigt ist, abstützt.
  • Das erfindungsgemäße Steuerventil 2 arbeitet wie folgt:
    In dem hier gezeigten Ausgangszustand ist das Steuerventil 2 geschlossen, d. h. sein Ventilglied 6 befindet sich in dessen Schließstellung und sitzt in seinem Sitz 7. Dementsprechend sind Hochdruckraum 8 und Niederdruckraum 9 voneinander getrennt. In der Folge herrscht im nicht gezeigten Steuerraum der Düsennadel bzw. des Nadelverbands der Kraftstoffhochdruck und die Düsennadel ist geschlossen.
  • Zum Öffnen der Düsennadel wird nun das Steuerventil 2 zum Öffnen betätigt. Hierzu wird der Aktuator 10 zur Durchführung eines Hubs betätigt. Bei einem Piezoaktuator erfolgt dies durch eine entsprechende Bestromung, wodurch dieser seine Länge in der Hubrichtung 11 vergrößert. Der mit dem Aktuator 10 antriebsgekoppelte Aktorkolben 13 führt dabei denselben Hub aus und bewegt sich mit seiner Aktorkolbenfläche 16 in Richtung Ventilkolben 14. Hierdurch erhöht sich im Übersetzerraum 15 der Druck, der unmittelbar auch an der Ventilkolbenfläche 17 anliegt. Folglich wird auch der Ventilkolben 14 in der Hubrichtung 11 angetrieben. Über die Dimensionierung der Aktorkolbenfläche 16 und der Ventilkolbenfläche 17 kann durch die hydraulische Kopplung im Übersetzerraum 15 eine Über- oder Untersetzung der Hubbewegung erreicht werden. Im vorliegenden Fall ist die Ventilkolbenfläche 17 kleiner als die Aktorkolbenfläche 17, so dass der vom Ventilkolben 14 ausgeführte Hub größer ist als der Hub des Aktorkolbens 13.
  • Da der Ventilkolben 14 mit dem Ventilglied 6 antriebsverbunden ist, folgt das Ventilglied 6 dem Hub des Ventilkolbens 14 und hebt von seinem Sitz ab. Das Ventilglied 6 nimmt seine Offenstellung ein; das Steuerventil 2 ist geöffnet. In der Folge sind Hochdruckraum 8 und Niederdruckraum 9 miteinander verbunden, was dazu führt, dass der Steuerraum der Düsennadel über den Hochdruckraum 8 und den Niederdruckraum 9 mit dem Rücklauf 5 kommuniziert und sich dementsprechend entspannen kann. Durch den Druckabfall im Steuerraum kann die Düsennadel öffnen, was weiter oben näher erläutert ist.
  • Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird das Steuerventil 2 wieder geschlossen. Hierzu wird der Aktuator 10 wieder in seine Ausgangsstellung zurückgefahren; der Piezoaktuator wird hierzu vom Strom getrennt. Der Aktorkolben 13 folgt dem Gegenhub des Aktuators 10 und wird dabei von der Vorspannfeder 21 unterstützt. Gleichzeitig unterstützt die Schließdruckfeder 33 die Schließbewegung des Ventilglieds 6, was über die hydraulische Kopplung zwischen Ventilkolben 14 und Aktorkolben 13 auch den Aktorkolben 13 in Gegenhubrichtung antreibt. Sobald das Ventilglied 6 in seinen Sitz 7 einfährt, sind Hochdruckraum 8 und Niederdruckraum 9 wieder voneinander getrennt, so dass sich im Steuerraum wieder der Hochdruck aufbauen kann und die Düsennadel schließen kann (vergleiche hierzu auch das weiter oben Gesagte).
  • Das erfindungsgemäße Steuerventil 2 ermöglicht durch die axial getrennten Kolben 13 und 14 einen sehr einfachen Aufbau und ermöglicht insbesondere einen im Bereich des Kopplungsraums 24 und/oder der Aufnahme 28 ungeteilten Ventilkörper 4, was ebenfalls zu einer preiswerten und einfachen Bauweise für das Steuerventil 2 führt.
  • 1
    Einspritzdüse
    2
    Steuerventil
    3
    Zuführung
    4
    Ventilkörper
    5
    Rücklauf
    6
    Ventilglied
    7
    Sitz
    8
    Hochdruckraum
    9
    Niederdruckraum
    10
    Aktuator
    11
    Hubrichtung
    12
    Kopplungseinrichtung
    13
    Aktorkolben
    14
    Ventilkolben
    15
    Übersetzerraum
    16
    Aktorkolbenfläche
    17
    Ventilkolbenfläche
    18
    Übersetzerraumhülse
    19
    Hülsenende
    20
    Wand
    21
    Vorspannfeder
    22
    Ringstufe
    23
    Ringkragen
    24
    Kopplungsraum
    25
    Aktuatorraum
    26
    Verbindung
    27
    Lagerkörper
    28
    Aufnahme
    29
    Innenquerschnitt von 18
    30
    Außenquerschnitt von 18
    31
    Öffnungsdruckfeder
    32
    Ringstufe
    33
    Schließdruckfeder

Claims (8)

  1. Steuerventil einer Einspritzdüse (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Ventilglied (6), das zumindest zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbar ist und zum Steuern wenigstens einer Düsennadel der Einspritzdüse (1) dient, – mit einem Aktuator (10) zur Hubbetätigung des Ventilglieds (6), – mit einer hydraulischen Kopplungseinrichtung (12), die einen mit dem Aktuator (10) antriebsverbundenen Aktorkolben (13) und einen damit hydraulisch gekoppelten und mit dem Ventilglied (6) antriebsverbundenen Ventilkolben (14) aufweist, – wobei der Aktorkolben (13) und der Ventilkolben (14) in Hubrichtung (11) voneinander beabstandet sind und jeweils einen Übersetzerraum (15) begrenzen, – wobei eine Übersetzerraumhülse (18) vorgesehen ist, die radial außen am Aktorkolben (13) in Hubrichtung (11) verstellbar gelagert ist und mit einem vom Aktuator (10) abgewandten Ende (19) an einer stationären Wand (20) eines Lagerkörpers (27) anliegt, in dem der Ventilkolben (14) in Hubrichtung (11) verstellbar gelagert ist, so dass die Übersetzerraumhülse (18) den Übersetzerraum (15) radial außen begrenzt, – wobei eine Vorspannfeder (21) vorgesehen ist, die sich einenends am Aktorkolben (13) und anderenends an der Übersetzerraumhülse (18) abstützt und dabei die Übersetzerraumhülse (18) gegen die Wand (20) axial vorspannt.
  2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Lagerkörper (27) in einem Ventilkörper (4) integral ausgebildet ist, oder – dass der Lagerkörper (27) als separater Körper ausgebildet ist, der in einen Ventilkörper (4) eingesetzt ist.
  3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzerraumhülse (18) zumindest im Bereich des Endes (19) innen einen konstanten Innenquerschnitt (29) und außen einen sich zur Wand (20) hin abnehmenden Außenquerschnitt (30) aufweist.
  4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorkolben (13) und die Übersetzerraumhülse (18) in einem Kopplungsraum (24) eines Ventilkörpers (4) angeordnet sind, der im Bereich des Kopplungsraums (24) ungeteilt oder aus einem Stück gefertigt ist.
  5. Steuerventil nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, – dass der Ventilkörper (4) eine Aufnahme (28) enthält, in welche der separate Lagerkörper (27) eingesetzt ist und die in den Kopplungsraum (24) übergeht, – dass der Ventilkörper (4) im Bereich des Kopplungsraums (24) und der Aufnahme (2S) ungeteilt oder aus einem Stück gefertigt ist.
  6. Steuerventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsraum (24) mit einer Kraftstoff unter Hochdruck zuführenden Zuführung (3) kommunizierend verbunden ist.
  7. Steuerventil zumindest nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungsdruckfeder (31) vorgesehen ist, die sich einenends am Ventilglied (6) und anderenends am Lagerkörper (27) abstützt.
  8. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (6) eine Verbindung zwischen einem Hochdruckraum (8), der mit einem die Düsennadel oder einen die Düsennadel umfassenden Nadelverband in Schließrichtung beaufschlagenden und mit einer Kraftstoff unter Hochdruck zuführenden Zuführung (3) kommunzierend verbundenen Steuerraum kommunizierend verbunden ist, und einem Niederdruckraum (9) steuert, der mit einem relativ drucklosen Rücklauf (5) kommunizierend verbunden ist.
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