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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein druckkompensierbares Einspritzventil
gemäß dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs, und eine Verwendung gemäß dem Nebenanspruch.
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Bei
Hochdruckbenzin-Einspritzventilen mit Piezoaktoren ist die Nadel
direkt an den Aktor gekoppelt. Um bei nach außen öffnenden Ventilen den Nadelöffnungsdruck
durch den Kraftstoffdruck zu kompensieren, wird die Nadel druckkompensiert,
das heißt,
es soll auf die Ventilnadeleinheit auf zwei Stirnflächen möglichst derselbe
Umgebungsdruck wirken. Dies ist insbesondere bei variablem Druck
des Kraftstoffes erforderlich, der ohne Druckkompensation zu variablen Öffnungskräften des
Ventils führt.
Die Auslegung des Ventilantriebes (Aktors) auf variable Öffnungskräfte führt zu einem
wesentlich leistungsfähigeren
Aktor mit erheblichen Nachteilen für technischen Aufwand und Baugröße. Gleichermaßen ist
ein variabler Kraftstoffdruck eine wesentliche Forderung der Einspritzsysteme
nach dem Stand der Technik. Bei Einspritzventilen für alternative
Kraftstoffe, wie beispielsweise komprimiertes Erdgas (Compressed
Natural Gas (CNG)), Methan, Wasserstoff oder Ethanol, ist meist
ein größerer Öffnungsquerschnitt
erforderlich. Dies hat einen größeren Nadelhub
zur Folge. Da eine Huberhöhung
durch den Piezoaktor aufgrund von Bauteildimensionen bzw. Bauteilkosten
Grenzen gesetzt sind, kann der notwendige Hub nur mit Hilfe von
hydraulischen Übersetzern
oder Wegübersetzern
erzeugt werden. Da die herkömmlichen
Wegübersetzer,
die beispielsweise hydraulisch mit einem Zweikolbensystem oder mechanisch
mit einem Hebel geschaffen sind, die Baugruppe des Aktors von der
Einspritzventilnadel trennen, ist eine Druckkompensation nicht möglich. Dies
hat zur Folge, dass Einspritzventile mit Hubübersetzern, beispielsweise
nur bei einem eingeschränkten
Druckbereich betrieben werden können.
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Das
heißt
zusammenfassend, bei einem Einspritzventil, insbesondere bei einem
Hochdruckkraftstoffeinspritzventil, bei dem die Einspritzventilnadel
druckkompensierbar geschaffen ist, muss die Einspritzventilnadel
direkt mechanisch mit dem Aktor verbunden sein. Bei herkömmlichen
hydraulischen Wegübersetzern muss
jedoch das Einspritzventil vom Aktor getrennt sein. Diese divergierenden
Anforderungen führen
dazu, dass herkömmliche
Einspritzventile mit Hubübersetzern
nicht druckkompensierbar sind.
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Die
DE 10 2005 046 181
A1 offenbart eine Dosiervorrichtung mit einem Fluiddruck
befüllbaren
Gehäuse,
einen in dem Gehäuse
angeordneten Stellantrieb, ein am Gehäuse befestigtes Kompensationsglied,
welches mit dem Stellantrieb gekoppelt ist, und ein mit dem Stellantrieb
gekoppeltes Ventilglied. Das Gehäuse weist
an einem ersten Bereich eine Öffnung
auf, welche durch das mit dem Stellantrieb betätigbare Ventilglied verschlossen
bzw. geöffnet
werden kann, wobei ein mit dem Kompensierungsglied gekoppeltes Ausgleichsglied
angeordnet ist, und wobei das Gehäuse an einen zweiten Bereich
eine Durchführung
aufweist, in welchen das Ausgleichsglied angeordnet ist.
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Die
DE 195 19 191 A1 offenbart
ein Einspritzventil mit einer in einem Ventilgehäuse angeordneten Düsennadel,
einen Kraftstoffzulauf und einer piezoelektrischen, hydraulisch übersetzten
Ansteuereinrichtung, um ein schnelles Schalten des Ventils zu ermöglichen.
Dazu ist die Düsennadel über einen
Stößel durch
einen Sekundärkolben
direkt steuerbar, der durch den Primärkolben der Piezoansteuereinrichtung
antreibbar ist. Ein derartiges Einspritzventil ist bevorzugt für diese
Kraftstoffeinspritzsysteme verwendbar.
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Die
DE 199 46 603 A1 offenbart
ein Brennstoffeinspritzventil mit kompensierenden Dichteelementen. Das
Brennstoffeinspritzventil, insbesondere ein Einspritzventil für Brennstoffein spritzanlagen
von Brennkraftmaschinen, weist einen von einer Aktorabdichtung gegen
ein Brennstoff abgedichteten piezoelektrischen oder magnetostriktiven
Aktor und einen von dem Aktor betätigbaren Ventilschließkörper auf,
der mit einer Ventilsitzfläche
zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei umfasst die Aktorabdichtung
ein zuflussseitiges Dichtelement und ein abspritzseitiges Dichtelement,
die elastisch verformbar ausgeführt
und mit einer Betätigungshülse kraftschlüssig verbunden
sind. Der Aktor wirkt über
die Betätigungshülse auf
den Ventilfließkörper ein,
wobei sich die durch den Brennstoffdruck des Brennstoffs erzeugten, über die
Betätigungshülse und
den Aktor einwirkenden Kräfte
zumindest teilweise kompensieren.
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Es
ist damit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Einspritzventil,
insbesondere ein Hochdruckkraftstoffeinspritzventil, bereitzustellen,
bei dem die Einspritzventilnadel druckkompensierbar ist und gegenüber herkömmlichen
Einspritzventilen eine zu einem Aktorhub beliebige Ventilnadelhubüber- oder Untersetzung einstellbar
ist. Im Vergleich zu herkömmlichen
druckkompensierten Einspritzventilen soll ein größerer Einspritzventilnadelhub
erzeugbar sein. Damit soll insbesondere eine Verwendung alternativer
Kraftstoffe ermöglicht
sein, die einen im Vergleich zu herkömmlichen Einspritzventilen
derart vergrößerten Nadelöffnungsquerschnitt
des Einspritzventils erfordern, dass ebenso ein zu herkömmlichen
Nadelhüben
vergrößerter Nadelhub erforderlich
ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein druckkompensierbares Einspritzventil gemäß dem Hauptanspruch
gelöst. Das
druckkompensierbare Einspritzventil wird insbesondere gemäß dem Nebenanspruch
verwendet.
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Die
Voraussetzung für
eine Druckkompensierbarkeit ist, dass auf zwei gegenüberliegenden
Stirnflächen
einer Einspritzventilnadeleinheit derselbe Druck wirkt. Dazu bildet
die Einspritzventilnadel mit dem Aktor eine mechanisch untrennbare Einspritzventilnadeleinheit.
Um dennoch eine hydraulische Übersetzung
zu ermöglichen,
wird das Volumen, das durch die Längenänderung und die Kraft des Aktors
in eine erste Hydraulikkammer mit einer ersten kleineren Fläche verdrängt wird, derart
durch einen Ausgangskanal, der die erste Hydraulikkammer mit mindestens
einer weiteren, zweiten Hydraulikkammer mit einer zweiten größeren Fläche verbindet,
verschoben, dass sich ein zum Aktorhub zusätzlicher additiver Nadelhub
einstellt. Das Verhältnis zwischen
Aktorhub und Nadelhub wird durch das Verhältnis der mindestens zwei verschieden
großen
Flächen, der
ersten Fläche
zu der zweiten Fläche,
zueinander eingestellt, wobei die erste Fläche zur Einspritzventilnadelseite
hin gerichtet ist. Dabei gilt folgende Formel I:
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird vorteilhaft ein druckkompensierbarer Einspritzventilaufbau
in Kombination mit einer beliebig wählbaren Hubüber- bzw. -untersetzung bereitgestellt.
Es kann eine Druckkompensierung, wie sie bei herkömmlichen
Hochdruckbenzin-Einspritzventilen verwendet wird, mit einer Hydraulik kombiniert
werden. Durch die direkte Anbindung von Einspritzventilnadel mit
dem Aktor ist eine sehr gute Rückwirkung
der Einspritzventil-Nadelbewegung auf den Aktor erzeugt. Aktor und
Einspritzventilnadel werden besonders vorteilhaft in ein hydraulisches
System integriert.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung sind die Einspritzventilnadel und der
Aktor an einem ersten Kolben und an einem zweiten Kolben mechanisch
fest angeschlossen und im Ventilgehäuse entlang einer Achse verschiebbar
angeordnet. Dies ist eine besonders einfache Ausführungsform
der Integration einer an einem Aktor angeschlossenen Einspritzventilnadel
in ein Zweikolbenhydrauliksystem mit einem ersten Kolben und einem
zweiten Kolben. Auf diese Weise wird eine mechanische Einspritzventilnadeleinheit
geschaffen, die aus Einspritzventilnadel, ersten Kolben, zweiten
Kolben und Aktor erzeugt ist. Eine derartige Einspritzventilnadeleinheit
ist im Ventilge häuse
auf einfache Weise entlang einer gemeinsamen Achse axial verschiebbar,
da Einspritzventilnadel, die beiden Kolben und der Aktor sich entlang
einer Längsrichtung
entlang der gemeinsamen Achse erstrecken. Die mindestens zwei verschieden
großen
Flächen
sind als erste Kolbenfläche
durch den ersten Kolben und als zweite Kolbenfläche durch den zweiten Kolben
erzeugt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einspritzventilnadel
direkt an dem ersten Kolben mechanisch fest angeschlossen, der mittels
des Aktors an dem zweiten Kolben mechanisch fest angeschlossen ist.
Das heißt,
die Einspritzventilnadel ist direkt an dem ersten Kolben mechanisch
fest angeschlossen, der mit dem zweiten Kolben derart mechanisch
fest verbunden, dass zwischen und an dem ersten und dem zweiten
Kolben der Aktor mechanisch fest angeschlossen ist. Auf diese Weise
ist der Aktor besonders vorteilhaft zwischen dem ersten und dem
zweiten Kolben positioniert.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das hydraulische Zweikolbensystem
die an dem ersten Kolben angeordnete erste Kolbenfläche zu entlang
der gemeinsamen Achse verschiebbaren Begrenzung einer ersten Hydraulikkammer
auf. Die an dem zweiten Kolben angeordnete zweite Kolbenfläche begrenzt
entlang der gemeinsamen Achse verschiebbar die zweite Hydraulikkammer.
Die erste und die zweite Hydraulikkammer sind durch einen Ausgleichskanal
miteinander verbunden und zusammen mit dem Ausgleichskanal vollständig mit
einer Hydraulikflüssigkeit
gefüllt
und bevorzugt im Ventilgehäuse
fest angeordnet. Auf besonders einfache Weise ist damit eine Verschiebung
und Bewegung der ersten Kolbenfläche
und der zweiten Kolbenfläche
entlang der gemeinsamen Achse ausführbar. Durch eine Bewegung
des Aktors wirken die erste Kolbenfläche und die zweite Kolbenfläche entgegen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Kolbenfläche, auf
der der Einspritzventilnadel zugewandeten Seite des ersten Kolbens
und die zweiten Kolbenfläche auf
der dem Aktor abgewandten Seite des zweiten Kolbens angeordnet.
Auf diese Weise wird bei einer Axialbewegung eine Hydraulikkammer
vergrößert und
die andere Hydraulikkammer verkleinert. Bei einem größeren Druck
in der ersten Hydraulikkammer als der Druck in der zweiten Hydraulikkammer,
wird die Hydraulikflüssigkeit
von der ersten Hydraulikkammer in die zweite Hydraulikkammer verschoben.
Auf diese Weise wird die erste Kolbenfläche entlang eines Nadelhubs
bewegt. Die zweite Kolbenfläche
wird entlang eines Aktorhubs und zusätzlich entlang des Nadelhubs
bewegt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einspritzventilnadel
entlang der Achse verschiebbar innerhalb eines den Kraftstoff führenden
Einspritzabschnitts einer im Ventilgehäuse angeordneten Kraftstoffleitung
positioniert. Die Einspritzventilnadel weist an dem dem ersten Kolben
abgewandten Ende einen Ventilnadelteller auf. Dieser Ventilnadelteller öffnet oder
schließt
ausgehend von einer Ruheposition den Einspritzabschnitt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung schließt der Ventilnadelteller in
einer Aktorruheposition eine Einspritzöffnung des Einspritzabschnitts.
Das heißt,
in der Ruheposition wird kein Kraftstoff eingespritzt. Es liegt
ein Kraftstoffdruck am Ventilnadelteller an.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zur Erzeugung einer Druckkompensation
der an einer Wirkfläche,
in eine Wirkrichtung der Einspritzventilnadel wirkende Kraftstoffdruck
mittels einer Kraftstoffleitung ebenso zu mit zur Wirkrichtung der
Einspritzventilnadel entgegengesetzter Wirkrichtung wirkenden Flächen der
Einspitzventilnadel und/oder des ersten Kolbens und/oder des Aktors
und/oder des zweiten Kolbens zugeführt. Damit der Kraftstoffdruck
ausgeglichen wird, ist die Wirkfläche der Einspritzventilnadel
zu der entgegengesetzt wirkenden Gesamtfläche gleich groß. Auf diese
Weise können
Einspritzventile für
Kraftstoffe, die unter einem sehr hohen Druck stehen, beispielsweise > 250 bar, druck kompensiert
bereitgestellt werden. Das heißt,
das Einspritzventil ist derart druckkompensiert, dass an der Einspritzventilnadeleinheit
in der Wirkrichtung zum Öffnen
der Einspritzventilnadel und in der Wirkrichtung zum Schließen der
Einspritzventilnadel an entsprechend gleich großen Wirkflächen derselbe Kraftstoffdruck
anliegt. Die Kompensation aller Druckkräfte erfolgt, um die Ventilnadel
insgesamt frei von Druckkräften
zu halten. Zudem ist aufgrund der Druckkompensation das Einspritzventil
besonders vorteilhaft für
einen im Betrieb variablen Kraftstoffdruck geeignet.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zur Erzeugung einer Druckkompensation
der an der Ventilnadelteller-Innenseite
anliegende, die Einspritzventilnadel öffnende Kraftstoffdruck mittels
der Kraftstoffleitung ebenso an der Ventilnadelteller-Innenseite
gegenüberliegenden
Flächen
der Einspritzventilnadel und/oder des ersten Kolbens und/oder des
Aktors und/oder des zweiten Kolbens zum Ventilnadelschließen zugeführt, wobei
die wirkende Fläche
der Ventilnadelteller-Innenseite
zu der entgegengesetzt wirkenden gegenüberliegenden Gesamtfläche gleich
groß ist.
Auf diese einfache Weise wirkt der Kraftstoffdruck an der Ventilnadelteller-Innenseite öffnend und
an den gegenüberliegenden
Flächen
das Einspritzventils schließend.
Das heißt,
es wirkt aufgrund der druckbelasteten Fläche des Ventilnadeltellers
eines nach außen öffnenden
Einspritzventils bei hohen Kraftstoffdruck eine hohe in Öffnungsrichtung
wirkende Druckkraft, die vorteilhafterweise durch eine zweite druckbelastete
Fläche
kompensiert wird, die eine in Gegenrichtung wirkende Druckkraft gleichen
Betrags erzeugt. Bei einer derartigen Kompensation bestehen bezüglich des
Ventilnadeltellerdurchmessers keine Einschränkung.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mit der Dimensionierung
der ersten Kolbenfläche
mit Bezug auf die zweite Kolbenfläche, das Verhältnis von
Ventilnadelhub zum Aktorhub und damit eine beliebig wählbare Hubüber- oder
-untersetzung einstellbar. Damit ist auf einfache Weise das Verhältnis von Ventilnadelhub
zum Aktorhub einstellbar. Dabei gilt folgende Formel II:
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Kolbenfläche kleiner
als die zweite Kolbenfläche.
Damit ist auf vorteilhafte Weise das Verhältnis von Ventilnadelhub zum
Aktorhub gleich dem Quotient aus zweiter Kolbenfläche zur
Differenz der ersten Kolbenfläche
mit der zweiten Kolbenfläche.
Die Einspritzventilnadel wird bei einer Aktorbetätigung in Richtung Ventilnadelteller
beispielsweise zum Öffnen
des Einspritzabschnittes verschoben.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Aktorquerschnittsfläche größer als
die Querschnittsfläche
des angrenzenden ersten Kolbens und kleiner als die Querschnittsfläche des
angrenzenden zweiten Kolbens. Auf diese Weise können einfache Angriffsflächen für den Kraftstoffdruck
geschaffen werden, die den Kraftstoffdruck an der Ventilnadelteller-Innenseite kompensieren.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die der Ventilnadelteller-Innenseite
gegenüber liegenden
Flächen,
die über
die Querschnittsfläche
des ersten Kolbens hinausragende Aktorstirnfläche auf der Seite des ersten
Kolbens und/oder die über
die Aktorquerschnittsfläche
hinausragende Stirnfläche
des zweiten Kolbens auf der Seite des Aktors. Auf diese Weise sind
Angriffsflächen
für den
Kraftstoffdruck bereitgestellt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kraftstoffleitung eine
den Aktor zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben umfassende
Umhüllung.
Damit ist auf einfache Weise eine Zuführung des Kraftstoffdruckes
an die Stirnflächen
der Kolben und des Aktors geschaffen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kraftstoffleitung mit
einer Verbindungskraftstoffleitung zur Umhüllung ausgebildet. Die gesamte
Kraftstoffleitung ist vorteilhaft im Ventilgehäuse geschaffen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kraftstoffleitung radial
in den Einspritzabschnitt zugeführt.
Auf diese Weise ist die Zuführung
besonders einfach.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor ein Piezoaktor.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung steht der Kraftstoff in der
Kraftstoffleitung unter hohem Druck, beispielsweise > 250 bar. Bei derartigen
Drücken
ist eine Druckkompensation erforderlich. Zudem ist aufgrund der
Druckkompensation das Einspritzventil besonders vorteilhaft für einen
im Betrieb variablen Kraftstoffdruck geeignet.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Hydraulikflüssigkeit
ein Hydrauliköl.
Des Weiteren kann der Kraftstoff die Hydraulikflüssigkeit sein.
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Gemäß einer
vorteilhaften Verwendung des erfindungsgemäßen Einspritzventils erfolgt
eine Einspritzung von komprimiertem Erdgas (CNG), Methan, Wasserstoff
und/oder Ethanol als Kraftstoff in eine Brennkammer.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der Figur näher beschrieben.
Es zeigt:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines druckkompensierbaren Einspritzventils.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines druckkompensierbaren Einspritzventils 1. Ein derartiges Einspritzventil 1 kann
ebenso als Injektor bezeichnet werden. Das druckkompensierbare Einspritzventil 1 eignet
sich für
beliebige Arten von Kraftstoff K. Das erfindungsgemäße Einspritzventil 1 ist
für Kraftstoffe
K verwendbar, die unter einem, im Betrieb variablen und/oder sehr
hohen Druck stehen. Ein Druck kann beispielsweise im Bereich von
50 bar bis 350 bar sein. Das druckkompensierbare Einspritzventil 1 weist
ein Ventilgehäuse 3 auf,
in dem eine mechanische Einheit aus einem Aktor 11 und
einer Einspritzventilnadel 5 in dem Ventilgehäuse 3 derart
entlang einer Achse A mechanisch verschiebbar angeordnet ist, dass
Flächen 13 und 17 der
Einheit, Hydraulikkammern 15 und 19 derart entlang
einer Achse A der Einheit verschiebbar begrenzen, dass eine Hydraulikflüssigkeit 23 entlang
eines Ausgleichskanals 21 verschiebbar ist. Eine kleinere
Fläche 13 der
Einheit wandelt einen Aktordruck in einen größeren Druck als eine größere Fläche 17 um.
Entsprechend wird Hydraulikflüssigkeit 23 zwischen
Hydraulikammern 15 und 19 verschoben.
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1 zeigt
ein druckkompensierbares Einspritzventil 1 für Kraftstoff
K. Das dargestellte Einspritzventil 1 eignet sich ebenso
für Hochdruckkraftstoffe.
Entlang einer gemeinsamen Achse A ist eine Einspritzventilnadel 5 an
einem Aktor 11 mechanisch angeschlossen. Beide sind in
einem Ventilgehäuse 3 entlang
der Achse A bewegbar positioniert. Der Aktor 11 und die
Einspritznadel 5 weisen mindestens zwei verschieden große Flächen 13 und 17 zu
entlang der Achse A verschiebbaren Begrenzung mindestens zweier
Hydraulikkammern 15 und 19 derart auf, dass bei
einer Betätigung
des Aktors 11 eine Hydraulikflüssigkeit 11 von einer
Hydraulikkammer 15 durch mindestens eine Ausgleichskanal 21 in
eine andere Hydraulikkammer 19 verschiebbar ist.
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Der
Aktor 11 und die Einspritzventilnadel 5 sind an
einem ersten Kolben 7 und einem zweiten Kolben 9 mechanisch
fest angeschlossen. Die mindestens zwei verschieden großen Flächen sind
als eine erste Kolbenfläche 13 durch
den ersten Kolben 7 und als eine zweite Kolbenfläche 17 durch
den zweiten Kolben 9 erzeugt. Die erste Kolbenfläche 13 ist
kleiner als die zweite Kolbenfläche 17.
Bei einer Betätigung
des Aktors 11 öffnet
ein Ventilnadelteller 29 das Einspritzventil 1.
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Die
Einspritzventilnadel 5 ist direkt an dem ersten Kolben 7 mechanisch
fest angeschlossen. An der der Einspritzventilnadel 5 abgewandten
Seite des ersten Kolbens 7 ist mittels des Aktors 11 der
zweite Kolben 9 mechanisch fest angeschlossen. Das heißt, zwischen
ersten Kolben 7 und zweiten Kolben 9 ist der Aktor 11 mechanisch
fest angeschlossen.
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Die
erste Kolbenfläche 13 begrenzt
eine erste Hydraulikkammer 15 entlang der Achse A verschiebbar. Die
zweiten Kolbenfläche 17 begrenzt
eine zweite Hydraulikkammer 19 entlang der Achse A verschiebbar.
Bewegt sich der Aktor 11, wirken die erste und die zweite
Kolbenfläche 13 und 17 entgegengesetzt.
Da die erste Kolbenfläche 13 kleiner
als die zweite Kolbenfläche 17 ist,
wird bei einer Bewegung des Aktors 11, Hydraulikflüssigkeit 23 von
der ersten Hydraulikkammer 15 über den Ausgleichkanal 21 in
die zweiten Hydraulikkammer 19 verschoben. Entsprechend
bewegt sich die Ventilnadel 5 derart, dass das Einspritzventil 1 geöffnet wird.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist die erste Kolbenfläche 13 auf
der der Einspritzventilnadel 5 zugewandten Seite des ersten
Kolbens 7 und die zweite Kolbenfläche 17 auf der dem
Aktor 11 abgewandten Seite des Kolbens 9 angeordnet.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist die Einspritzventilnadel 5 entlang der Achse A verschiebbar
innerhalb eines den Kraftstoff K führenden Einspritzabschnittes 25 einer
im Ventilgehäuse 3 angeordneten
Kraftstoffleitung 27 positioniert. Die Einspritzventilnadel 5 weist
an dem dem ersten Kolben 7 abgewandten Ende einen Ventilnadelteller 29 auf.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel
schließt
der Ventilnadelteller 29 in einer Ruheposition des Aktors 11 eine
Einspritzöffnung 41 des
Einspritzabschnittes 25.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist zur Erzeugung einer Druckkompensation der an der Ventilnadeltellerinnenseite 31 anliegende,
die Einspritzventilnadel 5 öffnende Kraftstoffdruck mittels
der Kraftstoffleitung 27 ebenso an der Ventilnadelteller-Innenseite 31 gegenüber liegenden
Flächen
des ersten Kolbens 7 und des Aktors 11 und des
zweiten Kolbens 9 zum Ventilnadelschließen zugeführt. Dabei ist die wirkende
Fläche
der Ventilnadelteller-Innenseite 31 zu der entgegengesetzt
wirkenden, gegenüberliegenden
Gesamtfläche
gleich groß.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist die Aktorquerschnittsfläche
größer als
die Querschnittsfläche
des angrenzenden ersten Kolbens 7 und kleiner als die Querschnittsfläche des
angrenzenden zweiten Kolbens 9. Damit sind die der Ventilnadelteller-Innenseite 31 gegenüberliegenden
Flächen
die über
die Querschnittsfläche
des ersten Kolbens 7 hinausragende Aktorstirnfläche 33 und
die über
die Aktorquerschnittsfläche
hinausragende Stirnfläche 35 des
zweiten Kolbens.
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Mit
der Dimensionierung der ersten Kolbenfläche
13 mit Bezug auf
die zweite Kolbenfläche
17 ist
das Verhältnis
von Ventilnadelhub zum Aktorhub und damit eine beliebig wählbare Hubüber- oder
-untersetzung einstellbar. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist die erste Kolbenfläche
13 kleiner
als die zweite Kolbenfläche. Bei
einer Betätigung
des Aktors
11 entsteht eine gleiche Kraft sowohl an der
ersten Kolbenfläche
13 als
auch an der zweiten Kolbenfläche
17.
Ist die erste Kolbenfläche
13 kleiner
als die zweite Kolbenfläche
17,
ist der Druck in der ersten Hydraulikkammer
15 größer als
in der zweiten Hydraulikkammer
19. Dadurch verschiebt sich
der erste Kolben
7 um den Nadelhub in Richtung Einspritzventilnadel
5.
Der zweite Kolben
9 verschiebt sich zusätzlich um zu dem Nadelhub um
den Aktorhub. Auf diese Weise ergibt sich eine Formel III:
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist die Kraftstoffleitung 27 als eine den Aktor 11 zwischen
dem ersten Kolben 7 und dem zweiten Kolben 9 umfassende
Umhüllung 37 erzeugt.
Weiterhin ist zwischen der Umhüllung 37 und
der Kraftstoffleitung 27 eine Verbindungskraftstoffleitung 39 ausgebildet.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist die Kraftstoffleitung 27 radial in den Einspritzabschnitt 25 zugeführt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist der Aktor 11 ein Piezoaktor. Der Aktor 11 ist
entsprechend elektrisch kontaktiert (nicht dargestellt).
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
steht der Kraftstoff K in der Kraftstoffleitung 27 unter
einem hohen Druck, beispielsweise im Bereich von 290 bis 310 bar.
Als Hydraulikflüssigkeit 23 eignet
sich insbesondere ein Hydrauliköl.
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Ein
druckkompensierbares Einspritzventil gemäß 1 ist für Hochdruckkraftstoff
verwendbar. Der hohe Druck des Kraftstoffes K liegt einerseits an
der Ventilnadelteller-Innenseite 31 und an der Aktorstirnfläche 33 sowie
an der Stirnfläche 35 des
zweiten Kolbens 9 an. Entsprechend wird der Kraftstoffdruck
kompensiert. Auf diese Weise kann der durch den Aktor 11 erzeugte
Druck direkt an die Einspritzventilnadel 5 weitergeleitet werden.
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Der
erste Kolben 7 ist beispielsweise zylinderförmig oder
allgemein rotationssymmetrisch ausgebildet. Der zweite Kolben 9 ist
ebenso zylinderförmig
oder allgemein rotationssymmetrisch ausgebildet, und weist auf der
dem Aktor 11 abgewandten Seite eine einen kleineren Radius
als die zweite Kolbenfläche 17 aufweisende axiale
Verlängerung
in Richtung des Ventilgehäuses 3 auf.
Die Einheit aus Einspritzventilnadel 5, erstem Kolben 7,
Aktor 11 und zweitem Kolben 9 ist mittels der
Einspritzventilnadel 5 und der Verlängerung des zweiten Kolbens 9 entlang
der gemeinsamen Achse A verschiebbar im Ventilgehäuse 3 gelagert.
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Das
vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
ist lediglich exemplarisch gedacht und schränkt den Schutzbereich der vor liegenden
Anmeldung nicht ein. Beispielsweise können ebenso mehrere Hydraulikkammern
und/oder Kolbenflächen
erzeugt sein.
