-
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