DE19838862A1

DE19838862A1 - Dosiervorrichtung

Info

Publication number: DE19838862A1
Application number: DE19838862A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kappel; Randolf Mock; Hans Meixner; Bernhard Gottlieb
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-09
Also published as: FR2782796B1; FR2782796A1

Abstract

Doesiervorrichtung, aufweisend DOLLAR A - ein Gehäuse (2) mit einem in dessen Innenraum plazierten Piezoaktor (1), DOLLAR A - eine von einem primärseitigen Trennelement (4, 41, 42) und einem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) begrenzte Hydraulikkammer (8), die mit einer Hydraulikflüssigkeit (14) gefüllt ist und die den Innenraum des Gehäuses (2) in eine mit einem Fluid (F) druckbefüllte Fluidkammer (7) und einen Raum für den Piezoaktor (1) untertrennt, DOLLAR A - eine Ventilnadel (5) in der Fluidkammer (7), die mit dem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) verbunden ist, DOLLAR A - einen mit der Hydraulikflüssigkeit (14) gefüllten Hydrospeicher (10) mit einer mindestens teilweise flexiblen Außenwand (101), der mit der Ventilnadel (5) verbunden ist, DOLLAR A - eine gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92), die den Hydrospeicher (10) mit der Hydraulikkammer (8) verbindet, so daß DOLLAR A - eine schnelle Bewegung des Piezoaktors (1) über das primärseitige Trennelement (4, 41, 42) und die Hydraulikkammer (8) auf das sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) und damit auf die Ventilnadel (5) hydraulisch hubtransformiert übertragbar ist, DOLLAR A - über eine gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92) ein Druck (PT) in der Hydraulikkammer (8) vergleichsweise langsam an einen resultieren Druck (PH) im Hydrospeicher (10) angleichbar ist, DOLLAR A - durch die Bewegung der Ventilnadel (5) ein Öffnen und Schließen eines Ventils (16) zur dosierten Abgabe des Fluid (F) steuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dosierung eines Fluids.

Die Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Motors stellt eine wirkungsvolle Maßnahme zur weiteren Absen kung des Verbrauch und der Abgasemission dar. Zur Vermeidung der mit der Direkteinspritzung verbundenen Nachteile ist ein spezielles Brennverfahren erforderlich, das sich nur mit ei nem stark verbesserten Kraftstoffeinspritzer umsetzen läßt. Aufgrund der sehr kurzen Aufbereitungszeit des Kraftstoffge misches ist zur Sicherstellung einer ausreichenden Gemisch aufbereitung und Ladungsschichtung im Brennraum deshalb eine, unter Umständen sogar mehrfache, Hochdruckeinspritzung von Kraftstoff geboten.

Die hochpräzise Dosierung einer kleinen Kraftstoffmenge bei einem hohen Einspritzdruck ist jedoch mit einem konventionel len elektromagnetischen Einspritzer nur bedingt möglich, bei spielsweise aufgrund einer vergleichsweise langen Ansprech dauer. Deshalb ist der Einsatz eines sehr schnell schaltenden Stellantriebs, z. B. eines piezoelektrischen, elektrostrikti ven oder magnetostriktiven Aktors, zum Betrieb eines Kraft stoff-Einspritzventils interessant.

Allerdings wird bei der Integration eines piezoelektrischen anstelle eines elektromagnetischen Antriebs wegen der vorge gebenen Randbedingungen eine hohe Anforderung an die Dosier vorrichtung gestellt. Beispielsweise werden oft gefordert:

- eine möglichst weitgehende Beibehaltung der etablierten Bauformen,
- eine Beibehaltung eines nach innen öffnenden Ventils,
- eine Vergrößerung des Piezohubs durch Hubübersetzung,
- eine Abdichtung des Piezoaktors gegenüber dem zu dosieren den Fluid,
- eine Funktionsfähigkeit über einen weiten Temperaturbereich (z. B. -40°C bis +150°C),
- eine Funktionsfähigkeit über einen weiten Einspritzdruckbe reich (z. B. 0-250 bar bei einem Benzin-Injektor),
- eine Versagenssicherheit bei Kurzschluß oder Leitungsunter brechung,
- eine Lebensdauer ≧ 2.10⁹ Betätigungen.

Eine befriedigende Lösung der oben angegebenen Problempunkte, insbesondere für einen Benzin-Hochdruckinjektor, existiert bisher nicht.

Aus US-PS 4 725 002 ist ein Dosierventil zur Dosierung von Flüssigkeiten und Gasen bekannt, das eine Vorrichtung ledig lich zur Dämpfung und zum Ausgleich einer thermischen Längen änderung eines Piezoaktors enthält. Die Vorrichtung besteht aus einem Dämpfungsraum und einem Ausgleichsraum, die über einen Ringspalt miteinander verbunden sind. Der Dämpfungsraum ist zwischen einem Gehäuse und einem primärseitigen Pie zoaktor angebracht. Der Piezoaktor treibt eine Ventilnadel direkt an.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosier vorrichtung bereitzustellen, mittels der eine präzise Dosier ung auch einer kleinen Fluidmenge, auch bei einem hohen Ein spritzdruck, realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 23 gelöst.

Die Idee der Erfindung basiert darauf, eine schnell schalt bare Dosiervorrichtung zu verwenden, die einen geschlossenen und weitgehend druckausgeglichenen hydraulischen Hubtransfor mator mit integriertem Hydrospeicher verwendet.

Dabei dient als Primärantrieb ein Piezoaktor, der in einem Gehäuse plaziert ist und der sich an der Innenwand des Gehäu ses abstützt. Dieser Innenraum wird durch eine Hydraulikkam mer in eine Fluidkammer und einen Raum für den Piezoaktor untertrennt.

Die Hydraulikkammer wird von einem primärseitigen und einem sekundärseitigen Trennelement begrenzt, beispielsweise einer Membran, einem Kolben oder einem Balg. Sie ist mit einer unter einem Vordruck stehenden Hydraulikflüssigkeit, z. B. mit synthetischen oder mineralischen Ölen, Fetten oder Queck silber gefüllt.

In der mit einem Fluid druckbeaufschlagten Fluidkammer befin det sich eine Ventilnadel, die mit der Sekundärmembran ver bunden ist. Durch den Hub der Ventilnadel ist ein Öffnen und Schließen eines Ventils steuerbar, wodurch Fluid dosiert aus der Fluidkammer abgebbar ist.

Mit der Ventilnadel ist ein Hydrospeicher verbunden, welcher eine wenigstens teilweise flexible Außenwand aufweist und der ebenfalls mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Der Hydrospeicher und die Hydraulikkammer sind über eine gedros selte Verbindungsleitung miteinander verbunden, beispiels weise durch eine sich in der Ventilnadel befindliche Drossel bohrung.

Eine Bewegung des Piezoaktors wird über das primärseitige Trennelement und die Hydraulikkammer auf das sekundärseitige Trennelement und damit auf die Ventilnadel übertragen. Durch die gedrosselte Verbindungsleitung ist ein sich aufbauender Druckunterschied zwischen Hydraulikkammer und Hydrospeicher vergleichsweise langsam ausgleichbar. Ein schneller herge stellter Druckunterschied, beispielsweise bei einer Betäti gung des Primärantriebs, wird daher im wesentlichen unge dämpft vom primärseitigen Trennelement auf das sekundärsei tige Trennelement übertragen.

Durch die Verbindung der Hydraulikkammer über die gedrosselte Verbindungsleitung mit dem Hydrospeicher ergibt sich vorteil hafterweise eine vollständige Kompensation temperaturbeding ter Längen- und Volumenänderungen sowie von Setzeffekten des Piezoaktors. Dadurch ist die Funktionsfähigkeit in einem weiten Temperaturbereich von mindestens -40°C bis 150°C möglich.

Durch die unter einem Vordruck stehende Hydraulikflüssigkeit ergibt sich der Vorteil, daß der Piezoaktor unter einer Druckvorspannung steht. Dies ist besonders vorteilhaft bei einem keramischen oder keramikähnlichen Piezoaktor, weil die ser durch eine Zugspannung leicht zerstört wird. Es folgt eine hohe Lebensdauer der Dosiervorrichtung ≧ 2.10⁹ Betäti gungen.

Zusätzlich kann zur Druckvorspannung des Piezoaktors ein Federelement, z. B. eine Rohrfeder oder eine Tellerfeder, vor gesehen sein, so daß vorteilhafterweise die Druckvorspannung des Piezoaktors auch bei einem niedrigen Druck des Fluids oder der Hydraulikflüssigkeit gewährleistet ist.

Die Verwendung eines Niederspannungs-PMAs ("PMA" = "Piezo electric Multilayer Actor" = Vielschicht-Piezoaktor) ist unter anderem wegen seiner niedrigen Ansteuerspannung, seiner hohen mechanischen Steifigkeit und seinen kurzen Schaltzeiten vorteilhaft.

Auch die Verwendung eines elektrostriktiver oder magneto striktiven Aktors ist aufgrund der schnellen Betätigungsdauer denkbar.

Durch eine Verwendung des primärseitigen und des sekundärsei tigen Trennelementes ist günstigerweise eine beliebige hy draulische Hubtransformation einstellbar. Zur Hubübersetzung (Hubverhältnis < 1) zwischen Primärantrieb und Ventilnadel wird die der Hydraulikflüssigkeit ausgesetzte Oberfläche des primärseitigen Trennelementes beispielsweise größer ausgelegt als die der Hydraulikflüssigkeit ausgesetzte Seite des sekundärseitigen Trennelementes. Eine typische Hubübersetzung zwischen sekundärseitigem und primärseitigem Trennelement liegt zwischen 1,5 : 1 und 10 : 1, insbesondere bei 6 : 1. Es ist aber auch eine Hubuntersetzung (Hubverhältnis < 1) oder eine Hubtransformation ohne Hubänderung (Hubverhältnis = 1) denkbar.

Mit Hilfe der unter einem Vordruck stehenden Hydraulikkammer ist weiterhin ein invertierter piezohydraulischer Betriebsmo dus zur Bewegungskommutierung vorteilhafterweise möglich, wo durch die nach innen öffnende Dosierung beibehaltbar ist. Durch eine entsprechende Auslegung dieses Systems kann die hydraulische Dosiervorrichtung aber auch zum Betätigen nach außen öffnender Ventile verwendet werden.

Auch ist durch eine Druckvorspannung des Piezoaktors eine An steuerung bis in den Bereich negativer (d. h. der Polungs richtung entgegengesetzter) Spannungen möglich, wodurch sich günstigerweise ein verbesserter Piezohub ergibt. Die negative Ansteuerspannung liegt dabei typischerweise in einem Bereich von bis zu 30% der möglichen positiven Ansteuerspannung.

Bei einer Verwendung eines in einer Bohrung geführten Kolbens wird vorteilhafterweise der parasitäre Kraftnebenschluß der Membranen vermieden.

Diese Dosiervorrichtung erreicht zudem durch ihre kompakte Bauweise, daß bestehende Bauformen für Dosiervorrichtungen beibehaltbar sind.

Durch den Einsatz des Piezoaktors sind zudem eine sehr schnelle Schaltzeit von typischerweise 10 µs bis 100 µs mög lich.

Natürlich ist diese Dosiervorrichtung nicht auf eine Kraft stoff-Einspritzung beschränkt, z. B. auf eine Benzin-Ein spritzung, eine Diesel-Einspritzung oder eine Methan-Ein spritzung für einen Gasmotor. Es sind vielmehr andere Anwen dungen denkbar, z. B. eine Steuerung eines Hydraulikventils. So kann ein solches Hydraulikventil zur Steuerung eines Bremskreislaufes oder zur Dosierung eines aktiven Schwing ungsdämpfers verwendet werden.

Das Fluid kann eine Flüssigkeit sein, z. B. Wasser, oder ein Gas, z. B. Druckluft. Bei einer Verwendung der Dosiervor richtung zur Kraftstoff-Einspritzung ist das Fluid vorteil hafterweise eine Flüssigkeit wie Benzin, Diesel, Kerosin, Pe troleum oder Alkohol oder ein Gas wie Methan oder Buthan.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Dosiervor richtung schematisch näher ausgeführt:

Fig. 1 zeigt eine Dosiervorrichtung,

Fig. 2 zeigt einen Betriebsmodus der Dosiervorrichtung,

Fig. 3 zeigt eine Auslenkung eines Piezoaktors,

Fig. 4 zeigt eine weitere Dosiervorrichtung,

Fig. 5 zeigt eine weitere Dosiervorrichtung,

Fig. 6 zeigt verschiedene dynamische Variablen,

Fig. 7 zeigt den Verlauf von dynamischen Variablen bei einer typischen Anwendung.

In Fig. 1 ist als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Dosiervorrichtung dargestellt.

Als Antrieb dient ein Piezoaktor 1, der sich mit einer Stirn seite am Boden der Innenwand eines Gehäuses 2 abstützt. Der Piezoaktor 1 ist als Niederspannungs-PMA ausgeführt. Mit sei ner anderen Stirnseite liegt der Piezoaktor 1 über einem Druckstempel 3 an einem primärseitigen Trennelement 4 an, das als Primärmembran 41 ausgeführt ist. Die Verwendung einer Primärmembran 41 ergibt den Vorteil ei nes einfachen Aufbaus, einer weitgehend verschleißfreien Be tätigung und einer hohen hydraulischen Dichtigkeit.

In geringem Abstand zur Primärmembran 41 befindet sich ein sekundärseitiges Trennelement 6 in Form einer Sekundärmembran 61. Der von der Primärmembran 41 und der Sekundärmembran 61 eingeschlossene Raum wird als Hydraulikkammer 8 bezeichnet, die mit einer Hydraulikflüssigkeit 14 druckbeaufschlagt ist. Die Hydraulikkammer 8 dient der hydraulischen Kraftübertra gung zwischen der Primärmembran 41 und der Sekundärmembran 61.

Durch die Hydraulikkammer 8 wird der Innenraum des Gehäuses 2 in eine Fluidkammer 7 und in einen Raum für den Piezoaktor 1 untertrennt. Die Fluidkammer 7 wird über eine Fluidzufuhr 15 mit Fluid F, beispielsweise Kraftstoff, druckbeaufschlagt.

Die Sekundärmembran 61 ist mit einer sich in der Fluidkammer 7 befindlichen Ventilnadel 5 verbunden. Über den Hub der Ven tilnadel 5, die im geschlossenen Zustand auf einem Ventil dichtsitz 12 aufliegt, wird das Öffnen und Schließen des Ven tils 16 gesteuert.

Mit der Ventilnadel 5 ist ein Hydrospeicher 10 verbunden. Der Hydrospeicher 10 besitzt eine zumindest teilweise flexible Außenwand 101 und ist über eine gedrosselte Verbindungslei tung 9, die hier in Form einer in der Ventilnadel 5 vorhan denen Drosselbohrung 91 ausgeführt ist, mit der Hydraulik kammer 8 verbunden.

Der Hydrospeicher 10 bewirkt, daß sich eine langfristige, z. B. durch eine Temperaturänderung bewirkte, Druckänderung der Hydraulikflüssigkeit 14 nicht wesentlich auf die Funktion des Antriebs auswirkt, da der Grunddruck P0 im Hydrospeicher 10 nahezu konstant gehalten wird.

So führt eine Temperaturerhöhung zu einer Erhöhung des Drucks PT in der Hydraulikkammer 8, während im Hydrospeicher 10 durch eine Ausdehnung der mindestens teilweise flexiblen Außenwand 101 eine Volumenänderung ohne wesentliche Druck erhöhung stattfindet. Diese Druckdifferenz zwischen Hydrau likkammer 8 und Hydrospeicher 10 führt wiederum solange zu einem Ausgleich von Hydraulikflüssigkeit 14 durch die Dros selbohrung 91, bis der Druck PT in der Hydraulikkammer 8 wie der auf den Grunddruck P0 abgesunken ist.

Durch die vollständige Anlenkung des Hydrospeichers 10 an der Ventilnadel 5 haben auch durch einen wechselnden Druck PF des Fluids F in der Fluidkammer 7 bedingte mechanische Deforma tionen des Hydrospeichers 10 und die dadurch an den Anlenk punkten des Hydrospeichers 10 hervorgerufenen Kräfte keinen signifikanten Einfluß auf die Funktion (d. h. die Kräfte bilanz) des Antriebs.

Die Drosselbohrung 91 ist so abgestimmt, daß sich eine schnelle, durch die Ansteuerung des Piezoaktors 1 hervorgeru fenen Änderungen des Drucks PT in der Hydraulikkammer 8 nur langsam abbauen.

Das hydraulische System, bestehend u. a. aus dem Hydrospeicher 10, der Hydraulikkammer 8 und der Drosselbohrung 91, ist her metisch abgedichtet (insbesondere gegenüber dem Fluid F) und wird einmalig druckbefüllt, bevorzugt bei einem Grunddruck P0 im Bereich von 10-50 bar, bevorzugt mit einem synthetischen Öl. Das synthetische Öl besitzt den Vorteil, daß es inert und verschleißfrei ist und bei einer Temperaturänderung eine nur geringe Änderung seiner Viskosität erfährt.

Die durch den Grunddruck P0 auf die Sekundärmembran 61 wir kende rückstellende Kraft wird durch ein Federelement 11, z. B. eine Spiraldruckfeder, geeignet kompensiert und zwar so, daß einerseits eine ausreichende Schließkraft zum Dichthalten der Ventilnadel 5 im Ventildichtsitz 12 zur Verfügung steht und andererseits die Ventilsitzkraft auf einen Wert begrenzt ist, bei dem eine Beschädigung des Ventildichtsitzes 12 aus geschlossen ist. Der Hub der Ventilnadel 5 wird durch einen Anschlag 13 be grenzt.

Die durch den Grunddruck P0 des hydraulischen Systems (und gegebenenfalls durch den Druck PF des Fluids F) über die Pri märmembran 41 auf den Druckstempel 3 und den Piezoaktor 1 ausgeübte Druckkraft dient zur Rückstellung der primärseiti gen Elemente 1, 3 und zur Vermeidung einer Schädigung des Piezoaktors 1 durch eine Zugspannung. Zur Druckvorspannung des Piezoaktors 1 und zur Rückstellung der primärseitigen Elemente 1, 3 wird vorteilhafterweise ergänzend eine am Druckstempel 3 angreifende Rohrfeder eingesetzt (ohne Abbil dung). Die Rohrfeder wird an einem Ende am Gehäuse 2 und am anderen Ende am Primärkolben 42 befestigt und umschließt den Piezoaktor 1.

Eine hydraulische Hubübersetzung vom Piezoaktor 1 auf die Ventilnadel 5 und wird durch eine geeignete Ausgestaltung der druckwirksamen Flächen von Primärmembran 41 und Sekundärmem bran 61 erreicht, d. h. daß im Regelfall die Primärmembran 41 einen größeren hydraulisch wirksamen Durchmesser aufweist als die Sekundärmembran 61. Bevorzugt ist eine Hubübersetzung von 6 : 1, bei einem Hub des Piezoaktors 1 von 40 µm und einem Hub der Ventilnadel 5 von 240 µm.

Je nach Anforderung kann aber auch eine Hubgleichheit oder -un tersetzung eingestellt werden.

Bei einer gefüllten Fluidkammer 7 überlagert sich durch die Nachgiebigkeit der mindestens teilweise flexiblen Außenwand 101 des Hydrospeichers 10 der Druck PF des Fluids F in der Fluidkammer 7 dem Grunddruck P0 des Hydrospeichers 10 addi tiv. Somit beträgt der resultierende Druck PH der Hydraulik flüssigkeit 14 im Hydrospeicher 10 dem additiven Druck P0 + PF. Da der Druck PH im Hydrospeicher 10 andererseits über die Drosselbohrung 91 auch in der Hydraulikkammer 8 ansteht, ist die über der Sekundärmembran 61 abfallende Druckdifferenz zwischen Hydraulikkammer 8 und Fluidkammer 7 unabhängig von PF. Hierdurch wird eine von PF unabhängige statische hydraulische Schließkraft auf die Ventilnadel 5 gewährleistet. Bei einem Druck PF von 0-250 bar, typi scherweise 100 bar, und einer druckwirksamen Fläche der Primärmembran 41 von mehr als 100 mm² ist eine optimale, sehr hohe und wegunabhängige mechanische Druckvorspannung des Piezoaktors 1 gegeben. Beispielsweise folgt aus einem Durchmesser des Piezoaktors 1 von 16 mm, und PF = 100 bar eine Druckvorspannung am Piezoaktor 1 von 2210 N. Dadurch wird ein parasitärer mechanischer Flußmechanismus, beispielsweise durch eine Spaltfederung, minimiert.

Eine Dosierung erfolgt beispielsweise in folgenden, anhand einer Benzin-Einspritzung in einen Verbrennungsmotor darge legten Schritten:
Im Grundzustand ist die Fluidkammer 7 drucklos und die Ven tilnadel 5 wird durch den auf die Sekundärmembran 61 wirken den Grunddruck P0 in der Hydraulikkammer 8 (typischerweise P0 = 25 bar) dichtend im Ventilsitz 12 gehalten. Der Piezoaktor 1 ist entladen bzw. kurzgeschlossen.

Zum Starten des Verbrennungsmotors wird zunächst Fluid F, hier Benzin, unter einem Druck PF = 3 bar in die Fluidkammer 7 gefördert. Hierdurch steigen der Druck PH im Hydrospeicher 10 und damit der Druck PT in der Hydraulikkammer 8 gering fügig auf 28 bar an. Der Differenzdruck zwischen Hydraulik kammer 8 und Fluidkammer 7 über der Sekundärmembran 61 bleibt jedoch konstant.

Zur Vorbereitung eines Dosiervorgangs wird der Piezoaktor 1 (über einen hier nicht abgebildeten elektrischen Anschluß) auf seine Nennbetriebsspannung U0 aufgeladen und im geladenen Zustand gehalten. Die mit dem Aufladen verbundene axiale Aus dehnung des Piezoaktors 1 (Längseffekt in die d₃₃-Richtung) führt zu einem Anstieg des Drucks PT in der Hydraulikkammer 8 und folglich zu einer additiven Schließkraft auf die Ventil nadel 5. Die zum Aufladen benötigte Pulsform des elektrischen Signals ist dabei unkritisch.

Mit einer durch die Geometrie der Drosselbohrung 91 und der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit 14 gegebenen Zeitkon stante (typischerweise 0,1 s-1 s) sinkt der Druck PT in der Hydraulikkammer 8 innerhalb kurzer Zeit wieder auf sein ur sprüngliches Druckniveau von PT = PH = 28 bar. Der Grund da für ist, daß der Hydrospeicher 10 aufgrund seiner teilweise flexiblen Außenwand 101 durch eine Volumenänderung das ur sprüngliche Druckniveau PH = 28 bar beibehält. Der Piezoaktor 1 und die von ihm angetriebenen Druckstempel 3 und Pri märmembran 41 befinden sich nun jedoch in der maximal aus gelenkten Position (typischer Hub = 20-60 µm).

Ausgehend von dieser Position kann die Dosiervorrichtung durch eine kurzzeitige Entladung des Piezoaktors 1 geöffnet werden, wobei die Einspritzdauer proportional zur Entlade dauer des Piezoaktors 1 ist.

Durch das schnelle Entladen kontrahiert der Piezoaktor 1 um den Betrag seiner Leerlauf-Auslenkung, was einen Druckabfall in der Hydraulikkammer 8 unter das Standdruckniveau PH = P0 + PF und eine entsprechende Druckdifferenz über der Sekundär membran 61 zur Folge hat. Die dadurch hervorgerufene Kraft führt zu einer Verschiebung der Sekundärmembran 61 und der an dieser befestigten Ventilnadel 5 in Richtung des Piezoaktors 1, wodurch sich die Ventilnadel 5 vom Ventildichtsitz 12 abhebt. Dadurch wird das Ventil 16 geöffnet und es fließt Fluid F aus der Fluidkammer 7 durch eine Öffnung des Gehäuses 2 ab.

Zur vorteilhaften Steigerung der Reproduzierbarkeit der Ein spritzmenge wird der Hub der Ventilnadel 5 durch einen An schlag 13 auf definierte Werte begrenzt.

Während der Öffnungsdauer der Dosiervorrichtung gleicht sich der Druck PT der Hydraulikkammer 8 allmählich wieder an den Druck PH des Hydrospeichers 10 an, wodurch nach einer gewis sen Zeit ein selbsttätiges, driftartiges Schließen der Dosiervorrichtung einsetzt. Dadurch ist im Falle eines Kurz schlusses oder einer Leitungsunterbrechung zum Piezoaktor 1 ein optimales Versagensverhalten gewährleistet.

Die erforderlichen Einspritzdauern von typischerweise 0,05 ms bis 10 ms lassen sich durch eine geeignete Abstimmung des Strömungswiderstandes in der Drosselbohrung 91 auf die Visko sität der Hydraulikflüssigkeit 14 über den gesamten Tempera turbereich auf einfache Weise erreichen. Dabei wird vorteil hafterweise ein synthetisches Öl mit einer geringen Tempera turabhängigkeit der Viskosität verwendet.

Zum aktiven Beenden des Dosiervorgangs wird der Piezoaktor 1 wieder auf die Nennbetriebsspannung U0 geladen und dadurch die an der Sekundärmembran 61 befestigte Ventilnadel 5 in den Ventildichtsitz 12 zurückbewegt. Die leichte Überfüllung der Hydraulikkammer 10 durch das während der Öffnungsphase des Ventils 16 in diese hineinströmende Hydraulikflüssigkeit 14 unterstützt vorteilhafterweise ein vollständiges und prell freies Schließen des Ventils 16.

Nach Erreichen einer Leerlaufdrehzahl des Motors wird, bei spielsweise mittels einer mechanisch angetriebenen Benzin-Hoch druckpumpe, über die Zuleitung 15 der Druck in der Fluid kammer 7 hochgefahren, typischerweise innerhalb von 1-2 Sek auf typischerweise 100 bar. Über den Hydrospeicher 10 wird somit das gesamte geschlossenen hydraulische System auf einen Druck von PH = 125 bar aufgeladen. Der Differenzdruck über der Sekundärmembran 61 bleibt jedoch weiterhin konstant bei 25 bar.

Zur Unterbindung eines ungewollten Öffnens der Dosiervorrich tung beim Aufbau des Drucks PF muß der Ausgleichsvorgang zwi schen Hydrospeicher 10 und Hydraulikkammer 8 schneller von statten gehen als der Druckaufbau im Hochdrucksystem. Ande rerseits müssen Drosselwiderstand und Viskosität der Hydrau likflüssigkeit 14 so aufeinander abgestimmt sein, daß die geforderte Einspritzdauer sicher erreicht wird. Beides ist problemlos möglich. Gegebenenfalls besteht die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Druckanstiegs im Hochdrucksystem durch Drosseln oder Speichervolumina geeignet zu reduzieren (ohne Abbildung). Das höhere Niveau des Drucks PF und der beim Laden bzw. Entladen des Piezoaktors 1 dann auftretende höhere Differenzdruck ermöglicht prinzipiell einen noch schnelleren Dosiervorgang (typischerweise t_ein und t_aus < 75 µs).

Beim Abstellen des Motors wird der kapazitive Piezoaktor 1 (typischerweise C ≈ 2,5 µF) zunächst im geladenen Zustand ge halten, d. h. daß der Injektor weiter geschlossen bleibt. Durch einen hochohmigen Ableitwiderstand (z. B. 1 MΩ paral lel zum Piezoaktor 1), der dauerhaft im Signalweg verbleiben kann, wird der Piezoaktor 1 so langsam entladen und damit zu rückgestellt, daß ein ungewolltes Öffnen der Dosiervorrich tung ausgeschlossen ist.

Fig. 2 zeigt einen typischen Betriebsablauf einer Dosiervor richtung anhand einer am Piezoaktor 1 anliegenden Spannung U (Ordinate), aufgetragen gegen eine Zeit t (Abszisse).

Im Grundzustand befindet sich die Spannung auf Grundniveau ("Grd."), beispielsweise 0 V. Zur Herstellung einer Betriebs bereitschaft ("get ready") wird die Spannung U auf eine Nenn betriebsspannung U0 erhöht. Zur Dosierung ("injection") wird die Spannung U auf das Grundniveau zurückgefahren, z. B. durch Ausschalten des Piezoaktors 1, und nach einer Haltezeit wieder auf die Nennbetriebsspannung U0 hochgefahren.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm der Auslenkung A des druckvorge spannten Piezoaktors 1 in µm gegen die an ihn angelegte Span nung U in Volt. Die ohne Pfeile versehene Kurve beschreibt ein Durchfahren der positiven und negativen Betriebsspannung des Piezoaktors 1. Dieser wird dabei wechselseitig umgepolt (Umklappen der Polarisation). Die verwendete Kennlinie des vorgespannten Piezoaktors 1 ist als eine mit Pfeilen gekenn zeichnete Schleife dargestellt.

Die relative Längenänderung Δl/l eines auf dem piezoelektri schen d₃₃-Längseffekt basierenden Piezoaktors 1 der Länge l beträgt typischerweise 0,10%-0,14%. Zur Vermeidung einer Umpolung wird der Piezoaktor 1 herkömmlicherweise ausschließ lich mit einer positiven Betriebsspannung in Polungsrichtung betrieben (schraffierter Bereich). Es ergibt sich in dieser unipolaren Betriebsart eine positive Längenänderung Δl_n bei einer Spannungsdifferenz ΔU_n.

Der erweiterte Betriebsbereich des druckvorgespannten Piezo aktors 1 ermöglicht demgegenüber eine kurzzeitige Aussteuerung bis in den negativen Spannungsbereich. Dadurch wird eine deutlich höhere relative Längenänderung Δl_i bis zu 0,3 Δl_n bei einer entsprechenden Spannungsdifferenz ΔU_i erreicht. Vor einer Umpolarisation wird die Betriebsspannung jedoch wieder hochgefahren. Der erweiterte Betriebsbereich ergibt einen Vorteil hinsichtlich der Aktorbaugröße und der Herstellungskosten. Eine solche Betriebsweise ist zulässig, weil der Piezoaktor 1 die überwiegende Zeit (während der Ein spritzpausen) durch die anliegende Nennbetriebsspannung U0 jeweils nachpolarisiert wird.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Dosiervorrich tung als Seitenansicht in Schnittdarstellung.

Hier sind das primärseitige Trennelement 4 bzw. das sekundär seitige Trennelement 6 in Form eines in einer Bohrung des Ge häuses 1 geführten Primärkolbens 42 bzw. Sekundärkolbens 62 ausgeführt.

Der Primärkolben 42 liegt mit einer Stirnseite auf Anlage mit dem Piezoaktor 1 und begrenzt mit seiner dem Piezoaktor 1 entgegengesetzten Stirnseite die Hydraulikkammer 8.

Auf der dem Primärkolben 42 gegenüberliegenden Seite wird die Hydraulikkammer 8 durch einen Sekundärkolben 62 begrenzt. Der Hydrospeicher 10 wird durch die flexible Außenwand 101 und das Gehäuse gebildet. Die Ventilnadel 5 reicht durch Hydrau likkammer 8, die über die Passung 92 zwischen Gehäuse 2 und Sekundärkolben 62 gedrosselt mit der Hydraulikkammer 8 hydraulisch in Verbindung steht. Die Passung 92 in Form eines Ringspaltes übt die Funktion eines Strömungswiderstandes aus. Sie entspricht der Funktion der Drosselbohrung 91.

Die teilweise flexible Außenwand 101 des Hydrospeichers 10 ist am Gehäuse 2 und an der Ventilnadel 5 fixiert. Die durch den Druck P0 bzw. PH im Hydrospeicher 10 auf die mindestens teilweise flexible Außenwand 101 ausgeübte Kraft wird durch ein Federelement 11, bevorzugt eine Spiraldruckfeder, soweit kompensiert, daß eine zum Dichthalten des Ventils 16 noch ausreichende Schließkraft übrigbleibt. Dies geschieht dadurch, daß das unter einem Druck stehende Federelement 11 sich am Gehäuse 2 und an der Ventilnadel 5 abstützt.

Der Doppelkolbenantrieb besitzt günstigerweise im Unterschied zur Verwendung einer Membran keinen parasitären Kraftneben schluß, wodurch der hydraulische Wirkungsgrad höher liegt.

Die Passung zwischen Gehäuse 2 und Primärkolben 42 wird be vorzugt durch einen Dichtring 17, vorzugsweise aus Elastomer material, hydraulisch abgedichtet, so daß keine Hydraulik flüssigkeit 14 an den Piezoaktor 1 gelangt. Der Dichtring 17 wird zur Gewährleistung einer hohen hydraulischen Steifigkeit mit hohem Verpreßgrad in eine Nut des Primärkolbens 42 eingebaut. Bedingt durch den geringen Hub des Piezoaktors l wird der Dichtring 17 lediglich elastisch verformt, so daß vorteilhafterweise keine Gleitreibung auftritt, die zu einem Verschleiß des Dichtrings 17 führen könnte. Außer einem Dichtring 17 kann beispielsweise auch eine Sicke aus Metall oder Gummi verwendet werden.

Der Primärkolben 42 ist mit einem sehr geringen lateralen Spiel in das Gehäuse 2 eingepaßt (typischerweise mit einem Spaltmaß im Bereich einiger Mikrometer). Hierdurch wird die Einwirkung der in der Hydraulikkammer 8 auftretenden Druck spitze auf den Dichtring 17 gering gehalten. Zur Verhinderung einer Spalteinwanderung des Dichtringes 17 kann ein zusätzli cher Stützring vorgesehen werden (ohne Abbildung). Ebenso ist der Sekundärkolben 62 mit nur geringem lateralen Spiel in das Gehäuse 2 eingepaßt.

Die Position des Piezoaktors 1 kann gehäuseseitig über eine entlang der Bohrung verschiebbare Scheibe 18 und eine daran anliegende Verschiebevorrichtung 19, beispielsweise eine Schraube, verstellt werden.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispieles ist der Ar beitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles grundsätzlich analog. Eine Biegung der Membranen 41, 61 wird hier durch eine Verschiebung der Kolben 42, 62 ersetzt. In diesem Ausführungsbeispiel fällt der Druckstempel 3 weg.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Dosiervor richtung als Schnittdarstellung in Seitenansicht. Hier wird eine kombinierte kolben- und membranhydraulische Hubübertra gung verwendet.

Die primärseitigen Elemente Piezoaktor 1, Druckstempel 3 und Primärmembran 41 entsprechen den in Fig. 1 aufgezeichneten Elementen. Die sekundärseitigen Elemente wie beispielsweise der Sekundärkolben 62, Hydrospeicher 10 und Passung 92 ent sprechen dabei den entsprechenden Elementen aus Fig. 4. Der Betrieb dieses Ausführungsbeispieles geschieht entsprechend der Wirkweise der in Fig. 1 und Fig. 4 beschriebenen Ele mente.

Es kann auch eine beliebige andere Kombination geeigneter Trennelemente 4, 6 verwendet werden, z. B. mittels Metall bälgen oder Schläuchen.

Fig. 6 zeigt Zustandsgrößen der Dosiervorrichtung, aufge tragen gegen die Zeit t, bei der Herstellung einer Betriebs bereitschaft (Fig. 6a und 6b) sowie während eines längeren Spannungsabfalls am Piezoaktor 1 (Fig. 6c und 6d).

Fig. 6a zeigt die am Piezoaktor 1 anliegende Spannung U, die von einem Grundniveau U = 0 V ab einer Zeit t = 0 s auf die Nennbetriebsspannung U0 ansteigt.

Fig. 6b zeigt die auf die Ventilnadel 5 durch die Betätigung des Piezoaktors 1 in Fig. 6a zusätzlich wirkende Schließ kraft F_N (maximal ca. 88 N) beim initialen Laden des Piezo aktors 1. Diese Schließkraft F_N klingt innerhalb von 20 ms auf unter 10% des maximalen Wertes ab.

Fig. 6c zeigt die am Piezoaktor 1 angelegte Spannung U an, aufgetragen gegen die Zeit t für einen längeren Spannungsab fall.

Die Spannung U sinkt von der Nennbetriebsspannung U0 auf das Grundniveau ab, beispielsweise zum Öffnen des Ventils 16 oder bei einem Ausfall der am Piezoaktor 1 anliegenden Spannung U, und steigt danach bei t = 0,25 s wieder auf U0 an.

Fig. 6d zeigt das zu Fig. 6c gehörige Diagramm des Hubs u_V der Ventilnadel 5, aufgetragen gegen die Zeit t. Man erkennt deutlich das selbsttätige Zurückdriften der Ventilnadel 5 in nerhalb von 140 ms bei einer extrem langen Betätigungsdauer, wie sie z. B. bei einer Fehlfunktion des Piezoaktors auftritt.

Fig. 7 illustriert das erwartete Schaltverhalten anhand des in der Hydraulikkammer 8 auftretenden Drucks PT in MPa (Fig. 7a) und der dazu korrespondierenden Kraft F_N auf die Ventil nadel 5 in beliebigen Einheiten (Fig. 7b), aufgetragen je weils gegen die gleiche Zeit t.

Fig. 7a zeigt zu Beginn der Auftragung einen Druck PT ent sprechend dem Grunddruck P0 in der Hydraulikkammer 8 von ca. 3 MPa (links) an, wobei die Fluidkammer 7 drucklos betrieben wird (Abschnitt I). Eine erste Druckspitze a mit einem Druckanstieg auf PT ≈ 13 MPa und einem folgenden Druckabfall wird aufgrund des anfänglichen Aufladens des Piezoaktors 1 erzeugt.

Mit weiter fortschreitender Zeit t (in Richtung nach rechts) werden Druckschwankungen für Dosiervorgänge Z im drucklosen Zustand der Fluidkammer 7 (Abschnitt I) und Dosiervorgänge L, M während eines Druckaufbaus (Abschnitt II) in der Fluidkam mer 7 gezeigt. Wenn in der Fluidkammer 7 ein gewünschter Hochdruckzustand (Abschnitt III) erreicht ist, wird die Hydraulikkammer 8 stärker belastet, beispielsweise indem der Piezoaktor 1 mit einer höheren Spannung beaufschlagt wird oder schneller angesteuert wird. Im Hochdruckzustand ist die Gefahr einer Kavitation in der Hydraulikkammer 8 vernachläs sigbar. Man erkennt, daß die Höhe der Druckschwankungen in den Abschnitten I und II im wesentlichen konstant gehalten wird.

Nach einem Ausschalten b des Motors tritt ein Druckabfall c in der Hydraulikkammer 8 bis auf den Grunddruck P0 = 3 MPa auf.

In Fig. 7b ist die dem Verlauf von Fig. 7a analoge Kraft F_N auf die Ventilnadel 5 aufgetragen.

Nach einer anfänglichen Schließkraft F_N,0 auf die Ventilnadel 5 kommt es beim anfänglichen Aufladen des Piezoaktors 1 zu einer Kraftspitze d, die analog zur Druckspitze a des Drucks PT ist.

Die darauf folgenden Schwankungen der Kraft F_N sind wiederum analog und korrespondieren mit den Druckschwankungen des Drucks PT. Das Vorzeichen von F_N entspricht einem Öffnen und Schließen des Ventils 16. Im Gegensatz zum Druck PT ist die Kraft F_N unabhängig vom Druck PF des Fluids F in der Fluid kammer 7. Dies zeigt deutlich die vorteilhafte Wirkung des Hydrospeichers 10 zur schnellen und präzisen Steuerung der Dosierung von Fluid.

Nach dem Ausschalten des Verbrennungsmotors fällt die Kraft F_N auf die Ventilnadel 5 wieder auf die anfängliche Schließ kraft F_N,0 zurück.

Der Primärantrieb der Dosiervorrichtung in ist selbstver ständlich nicht auf einen piezoelektrischen Aktor beschränkt. Vielmehr kann auch ein geeigneter elektro- oder magnetostrik tiver Aktor eingesetzt werden.

Die Form der Dosiervorrichtung ist nicht auf die in den Aus führungsbeispielen dargestellt Form beschränkt. Es kann bei spielsweise von der weitgehend axialsymmetrischen Form abge wichen werden, wobei aber meist ein Verlust des Wirkungsgra des hingenommen werden muß.

Beispielsweise kann der Piezoaktor schräg auf die primärsei tige Trennvorrichtung (4, 41, 42) auftreffen, oder die primär seitige Trennvorrichtung (4, 41, 42) und die sekundärseitige Trennvorrichtung (6, 61, 62) sind seitlich zueinander versetzt oder angewinkelt.

Claims

1. Dosiervorrichtung, aufweisend

- ein Gehäuse (2) mit einem in dessen Innenraum plazierten Stellantrieb,
- eine von einem primärseitigen Trennelement (4, 41, 42) und einem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) begrenzte Hydraulikkammer (8), die mit einer Hydraulikflüssigkeit (14) gefüllt ist und die den Innenraum des Gehäuses (2) in eine mit einem Fluid (F) druckbefüllbare Fluidkammer (7) und einen Raum für den Stellantrieb trennt,
- eine Ventilnadel (5) in der Fluidkammer (7), die mit dem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) verbunden ist,
- einen mit der Hydraulikflüssigkeit (14) gefüllten Hydro speicher (10) mit einer mindestens teilweise flexiblen Außenwand (101), der mit der Ventilnadel (5) verbunden ist,
- eine gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92), die den Hydrospeicher (10) mit der Hydraulikkammer (8) verbindet,
so daß
- eine schnelle Bewegung des Stellantriebs über das primär seitige Trennelement (4, 41, 42) und die Hydraulikkammer (8) auf das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) und damit auf die Ventilnadel (5) hydraulisch übertragbar ist,
- über die gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92) ein Druck (PT) in der Hydraulikkammer (8) langsam an einen Druck (PH) im Hydrospeicher (10) angleichbar ist,
- durch die Bewegung der Ventilnadel (5) ein Öffnen und Schließen eines Ventils (16) zur dosierten Abgabe des Fluid (F) steuerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die schnelle Bewegung des Stellantriebs hydraulisch hubtransformiert auf das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) übertragbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der der Stellantrieb ein Piezoaktor (1), ein elektrostriktiver Aktor oder ein magnetostriktiver Aktor ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das primärseitige Trennelement (4) eine Primärmembran (41) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der zwischen Stellantrieb und Primärmembran (41) ein Druckstempel (3) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das primärseitige Trennelement (4) ein Primärkolben (42) ist, welcher in einer Bohrung des Gehäuses (2) verschiebbar ange bracht ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Passung zwischen Primärkolben (42) und Gehäuse (2) mit tels eines Dichtringes (17) hydraulisch abdichtbar ist.

8. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, bei der das sekundärseitige Trennelement (6) eine Sekundärmembran (61) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die gedrosselte Verbindungsleitung (9) in Form einer durch die Ventilnadel (5) geführten Drosselbohrung (91) realisier bar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei der der Hydrospeicher (10)

- durch die flexible Außenwand (101) und einen Teil der Ven tilnadel (5) gebildet wird und
- sich innerhalb der Fluidkammer (7) befindet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das sekundärseitige Trennelement (6) ein Sekundärkolben (62) ist, welcher in einer weiteren Bohrung des Gehäuses (2) ver schiebbar angebracht ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die gedrosselte Verbindungsleitung (9) in Form einer leckage behafteten Passung (92) zwischen Sekundärkolben (62) und Ge häuse (1) realisierbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, bei der der Hydrospeicher (10)

- durch die flexible Außenwand (101), einen Teil der Wand der Fluidkammer (7) und einen Teil der Ventilnadel (5) gebildet wird und
- am Gehäuse (2) und der Ventilnadel (5) befestigt ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mittels mindestens eines Federelementes (11) eine von dem sekundärseitigen Trennelement (6) auf die Ventilnadel (5) ausgeübte Kraft mindestens teilweise kompensierbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der das Federelement (11) im Fluidraum (7) angebracht ist und sich einerseits am Gehäuse (2) und andererseits an der Außen wand des Hydrospeichers (10) abstützt.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zur Druckvorspannung des Stellantriebs eine Rohrfeder oder Tellerfeder vorhanden ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hydraulikflüssigkeit (14) ein synthetisches Öl ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ventilnadel (5) im geschlossenen Zustand dichtend auf einem Ventildichtsitz aufliegt, so daß die Fluidkammer (7) gegen einen Außenraum abdichtbar ist.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Stellantrieb ein Vielschicht-Piezoaktor (1) ist.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Hub der Ventilnadel (5) durch einen Anschlag (13) be grenzbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Kraftstoff-Einspritzung.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Fluid (F) Benzin, Diesel, Kerosin, Petroleum Alkohol oder Methan ist.

23. Verfahren zur Dosierung von Fluid, bei dem

- der Innenraum eines Gehäuses (2) durch eine Hydraulikkammer (8) in eine Fluidkammer (7) und einen Raum für einen Stellantrieb untertrennt wird, wobei die Hydraulikkammer (8) von einem primärseitigen Trennelement (4, 41, 42) und ei nem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) begrenzt wird und mit einer Hydraulikflüssigkeit (14) druckbeaufschlagt wird,
- eine in der Fluidkammer (7) befindliche Ventilnadel (5) mit dem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) verbunden wird,
- ein mit einer teilweise flexiblen Außenwand versehener Hydrospeicher (10) mit der Hydraulikflüssigkeit (14) ge füllt und mit der Ventilnadel (5) verbunden wird,
- der Hydrospeicher (10) über eine gedrosselte Verbindungs leitung (9, 91, 92) mit der Hydraulikkammer (8) hydraulisch verbunden wird,
so daß
- eine schnelle Bewegung des Stellantriebs über das primär seitige Trennelement (4, 41, 42) und die Hydraulikkammer (8) auf das sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) und damit auf die Ventilnadel (5) hydraulisch übertragen wird,
- über die gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92) ein Druck (PT) in der Hydraulikkammer (8) vergleichsweise langsam an einen resultierenden Druck (PH) im Hydrospeicher (10) ange glichen wird,
- über die Bewegung der Ventilnadel (5) ein Öffnen und Schließen eines Ventils (16) zur dosierten Abgabe von Fluid (F) gesteuert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem

- in Ruhestellung der Stellantrieb elongiert wird, wodurch die Hydraulikkammer (8) zusammengedrückt wird, und das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) so in Richtung der Fluidkammer (7) bewegt wird, daß die Ventilnadel (5) das Ven til (16) verschließt,
- zu Beginn eines Dosiervorgangs der Stellantrieb kontra hiert wird, wodurch die Hydraulikkammer (8) entlastet wird, so daß das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) in Richtung der Hydraulikkammer (8) bewegt wird, wodurch die Ventilnadel (5) das Ventil (16) öffnet, und Fluid (F) dosiert aus der Fluidkammer (7) in den Außenraum abgegeben wird,
- zur Beendigung des Dosiervorgangs der Stellantrieb elon giert wird, wodurch die Hydraulikkammer (8) wieder zusammen gedrückt wird, so daß das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) in Richtung der Fluidkammer (7) bewegt wird, wodurch die Ventilnadel (5) das Ventil (16) schließt.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, bei der die schnelle Bewegung des Piezoaktors (1) hydraulisch hubtransformiert auf das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) übertragen wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei der als Stellantrieb ein Piezoaktor (1), ein elektrostriktiver Aktor oder ein magnetostriktiver Aktor eingesetzt wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, bei dem das primärseitige Trennelement (4) eine Primärmembran (41) ist, deren Auslenkung durch die Bewegung des Stellantriebs gesteuert wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, bei dem das primärseitige Trennelement (4) ein Primärkolben (41) ist, dessen Verschiebung durch die Bewegung des Stellantriebs gesteuert wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, bei dem das sekundärseitige Trennelement (6) eine Sekundärmembran (61) ist, deren Auslenkung durch den Druck der Hydraulikflüs sigkeit (14) in der Hydraulikkammer (8) gesteuert wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, bei dem das sekundärseitige Trennelement (6) ein Sekundärkolben (62) ist, dessen Auslenkung durch den Druck der Hydraulikflüssig keit (14) in der Hydraulikkammer (8) gesteuert wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, bei dem ein Grunddruck (P0) der Hydraulikflüssigkeit (14) 10 bis 50 bar beträgt.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, bei dem ein Druck (PF) des Fluids (F) 0 bis 250 bar beträgt.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, bei dem der Piezoaktor (1) 20 µm bis 60 µm ausgelenkt wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 33, bei dem die Ventilnadel (5) 60 µm bis 360 µm ausgelenkt wird.