DE19844996A1

DE19844996A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Dosierung von Fluid

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Publication number: DE19844996A1
Application number: DE1998144996
Authority: DE
Inventors: Andreas Kappel; Randolf Mock; Hans Meixner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-04-13

Abstract

Dosiervorrichtung für Fluid, aufweisend einen Stellantrieb (2), dessen Hub steuerbar ist, eine mit Fluid (F) druckbeaufschlagbare Fluidzuleitung (401), eine Arbeitskammer (6) und ein 3/2-Wege-Ventil (3), an dessen Zuleitungen (301, 302, 303) die Fluidzuleitung (401), der Stellantrieb (2) und die Arbeitskammer (6) getrennt anschließbar sind, DOLLAR A wobei mittels eines Hubs des Stellantriebs (2) das 3/2-Wege-Ventil (3) so schaltbar ist, daß die Arbeitskammer (6) entweder mit der Fluidzuleitung (401) oder mit einem Ablauf (5) hydraulisch in Verbindung steht und mittels des Drucks (PA) des Fluids (F) in der Arbeitskammer (6) eine Abgabe von Fluid (F) steuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dosierten Abgabe von Fluid.

Eine schnelle und exakte Dosierung von Fluid ist für viele Anwendungsbereiche wichtig. Beispielsweise ist die dosierte Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor eine wesentliche Voraussetzung für eine Steuerung der Verbrennung im Motor und damit einer verbesserten Leistung und einer re duzierten Abgabe von Schadstoff. So besteht beim direktein spritzenden Dieselmotor der Wunsch nach einem Einspritz system, das Nachteile eines herkömmlichen Einspritzsystems bzgl. einer Geräusch- und Abgasemission überwindet. Ein neuartiges Einspritzsystem zur Vermeidung dieser Nach teile ist das sogenannte "Common-Rail"-System, bei dem der Dieselkraftstoff von einer zentralen Hochdruck-Förderpumpe in eine allen Zylindern gemeinsame Kraftstoff-Versorgungsleitung ("Common-Rail") gefördert wird. Die Zumessung des Kraftstoffs erfolgt über einen jedem Zylinder individuell zugeordneten, elektronisch frei ansteuerbaren Einspritzer. Die mit Hilfe eines "Common-Rail"-Einspritzsystems erzielbare Verbesserung des motorischen Betriebsverhaltens resultiert im wesentlichen aus einem von der Motordrehzahl unabhängig regelbaren Einspritzdruck in Verbindung mit der Möglichkeit einer Steuerung des Einspritzverlaufs. Eine solche Steuerung des Einspritzverlaufs kann beispielsweise in der einfachen oder mehrfachen Piloteinspritzung, in einer Steuerung einer Einspritzrate oder in einer freien Steuerung des Kennfeldes von Spritzbeginn und Einspritzmenge bestehen.

Zur Realisierung dieses Schaltverhaltens muß ein Injektor ei ner sehr hohen dynamischen Anforderung genügen, z. B. sollte er eine kurze Antriebstotzeit und eine kurze Schaltzeit auf weisen.

Aus der US-Patentanmeldung 09/078,078 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ventilsteuerung bekannt, das zur Ver wendung in einer Fluideinspritzung geeignet ist. Mittels ei nes Ventils ist der Druck eines Fluids in einer Arbeitskammer steuerbar, wobei über den Druck des Fluids in der Arbeitskam mer eine Fluideinspritzung steuerbar ist. Der Druck in der Arbeitskammer wird mittels der Position eines Dichtelementes festgelegt, über die eine fluidische Verbindung zwischen Ar beitsraum und Ablauf ein- und ausschaltbar ist. Die Wirkweise der Absteuerkammer entspricht einem 2/2-Wege-Ventil, d. h. einem Ventil, das zwei Zuleitungen und zwei Schaltstellungen besitzt. In einer Schaltstellung verschließt das Dichtelement einen Ablauf, so daß die Arbeitskammer aus einer Fluidzuleitung mit Fluid druckbefüllt wird. In einer anderen Schaltstellung ist der Ablauf geöffnet, so daß das Fluid durch die Arbeitskammer abläuft und diese nicht druckbeauf schlagt. Bei geöffnetem Ablauf tritt ein beträchtlicher Fluidstrom von der Fluidzuleitung in den Ablauf auf. Der Hub des Ventils wird piezoelektrisch gesteuert, weil ein Piezoak tor eine sehr gute Schaltcharakteristik aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrich tung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine opti mierte Fluiddosierung erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale der Ansprüche 1 und 24 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteran sprüchen aufgeführt.

Die Idee der Erfindung besteht im wesentlichen darin, einen Druck eines Fluids in einer Arbeitskammer, der den Dosiervor gang steuert, mittels der Betätigung eines 3/2-Wege-Ventils zu steuern. Dabei bezeichnet ein 3/2-Wege-Ventil ein Ventil, welches drei fluidische Zuleitungen und zwei Schaltzustände aufweist. Die Erfindung weist dazu einen mittels mindestens eines Piezoaktors angetriebenen Stellantrieb und eine Fluidzuleitung auf, welche jeweils an eine Zuleitung des 3/2- Wege-Ventils fluidisch angeschlossen sind. Die dazu dritte Zuleitung des 3/2-Wege-Ventils ist fluidisch mit der Arbeits kammer verbunden. Mittels einer Betätigung des Stellantriebs wird das 3/2-Wege-Ventil entweder so geschaltet, daß die Arbeitskammer mit der Fluidzuleitung fluidisch verbunden ist, oder so, daß die Arbeitskammer mit einem Abfluß fluidisch verbunden ist.

Eine solche Anordnung besitzt den Vorteil, daß die Bewegungs richtung des Stellantriebs sowohl invertiert als auch nicht invertiert einsetzbar ist, weil das 3/2-Wege-Ventil in Bezug auf seine Schaltstellungen symmetrisch arbeitet. Dadurch kann der konstruktive Aufbau des Stellantriebs bei gleichzeitig höherem Wirkungsgrad einfach gehalten werden.

Ein weiterer Vorteil ist, daß im Gegensatz zu einem 2/2-Wege- Ventil auch im betätigten Zustand kein signifikanter Verlust strom durch das 3/2-Wege-Ventil auftritt. Dies ermöglicht eine starke Entdrosselung des hydraulischen Belade- und Ent ladestroms der Arbeitskammer. Dadurch ergibt sich gegenüber einem 2/2-Wege-Ventil eine erheblich tiefere Absteuerung des Drucks in der Arbeitskammer.

Dadurch ergibt sich der Vorteil einer schnellen Schaltbar keit, weil die exzellenten dynamischen Eigenschaften des Piezoaktors in einer gegenüber einem 2/2-Wege-Ventil verbes serter Weise auf das Druckverhalten in der Arbeitskammer und damit auf das allgemeine Schaltverhalten der Fluiddosierung übertragen werden.

Es ist vorteilhaft, wenn der Stellantrieb aus einem Piezo aktor, einer Hydraulikkammer und einer daran anschließenden Hubeinheit besteht, wobei ein Hub des Piezoaktors über die Hydraulikkammer an die Hubeinheit übertragbar ist. Die Ver wendung einer hydraulischen Hubtransformation ist vorteilhaft zum Ausgleich thermischer oder durch Alterungs- sowie Setzeffekte bedingter Längenänderungen.

Es ist günstig, wenn die Hydraulikkammer leckagebehaftet ist, so daß in dieser ein Spülstrom auftritt. In einem solchen Spülstrom gehen möglicherweise auftretende Blasen in Lösung. Es ist sehr günstig, wenn die in der Hydraulikkammer befind liche Hydraulikflüssigkeit dem zu dosierenden Fluid ent spricht, so daß auf eine aufwendige Isolierung der Hydraulik flüssigkeit vom Fluid verzichtbar ist.

Aufgrund einer vergleichsweise einfachen Herstellung und der Möglichkeit, in der Hydraulikkammer einen hohen Druck zu er zeugen, ist die Verwendung einer kolbenhydraulischen Hubüber tragung vorteilhaft. Dabei treibt der Piezoaktor einen Druck kolben an, der den Druck des Fluids in der Hydraulikkammer erhöht. Durch diesen erhöhten Druck wird ein Hubkolben be wegt, wobei über den Hub des Hubkolbens das 3/2-Wege-Ventil schaltbar ist. Wegen der Verwendung der Hydraulikkammer ist die Lage von Druckkolben und Hubkolben flexibel gestaltbar. So können sie entweder auf einer Linie, parallel aber seiten versetzt oder zueinander gekippt verschiebbar sein.

Es ist auch möglich, den Piezoaktor gleichzeitig als Druck kolben zu verwenden.

Der Stellantrieb kann statt mit einem Piezoaktor auch mittels eines elektrostriktiven oder magnetostriktiven Aktors ange trieben werden. Diese Aktoren besitzen ebenfalls nur eine ge ringe Totzeit, weisen aber gegenüber dem Piezoaktor Nachteile auf. So benötigt der magnetostriktive Aktor zum Betrieb eine vergleichsweise große Spule, während der elektrostriktive Ak tor eine für viele Anwendungen zu geringe Curie-Temperatur aufweist.

Aufgrund seiner vergleichsweise einfachen Herstellung und flexiblen Handhabung wird als Piezoaktor ein keramischer Vielschicht-Piezoaktor bevorzugt. Bei der Verwendung eines keramischen Piezoaktors ist es vorteilhaft, wenn dieser, bei spielsweise durch die Wirkung eines Federelementes, druckvor gespannt ist, so daß zur Erhöhung der Lebensdauer schädliche Zugspannungen vermieden werden.

Zur Vergrößerung eines geringen Hubes des Piezoaktors ist es vorteilhaft, wenn der dieser Hub hydraulisch übersetzt wird. Eine hydraulische Hubübersetzung besitzt den Vorteil einer einfachen Konstruktion sowie einer flexiblen Auslegung der in sie mündenden Anschlüsse. Beispielsweise ist eine Hubübersetzung dadurch realisierbar, daß eine druckwirksame Fläche des Druckkolbens größer ist als diejenige des Hubkol bens, z. B. mittels verschiedener Durchmesser.

Zur Schaltung des 3/2-Wege-Ventils kann beispielsweise an der der Hydraulikkammer abgewandten Seite des Hubkolbens ein Hub stößel angebracht sein, der in eine erste Zuleitung des 3/2- Wege-Ventils hineinreicht.

Zur einfachen Handhabung und flexiblen Auslegung ist das 3/2- Wege-Ventil günstigerweise so aufgebaut, daß drei Zuläufe in eine Ventilkammer münden, in der sich ein Dichtelement befin det. Der erste Zulauf ist mit dem Abfluß, der zweite Zulauf mit der Fluidzuleitung und der dritte Zulauf mit der Arbeits kammer fluidisch verbunden. Durch das in der Ventilkammer vorhandene Dichtelement sind wahlweise der erste Zulauf oder der zweite Zulauf abdichtbar.

Vorteilhafterweise weisen der erste und der zweite Zulauf an ihrer Mündung in die Ventilkammer jeweils einen Ventilsitz auf. Zur einfachen Auslegung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Dichtelement kugelförmig oder konisch ist, z. B. als Doppelkonus.

Zur einfachen Schaltung sind die Zuläufe des 3/2-Wege-Ventils vorteilhafterweise T-förmig ausgelegt, wobei der erste Zulauf und der zweite Zulauf gegenüberliegend in die Ventilkammer münden, und die Mündung des dritten Zulaufs senkrecht dazu liegt.

Es ist zur einfachen und verzugsfreien Schaltung vorteilhaft, wenn der Hubstößel an dem Dichtelement anliegt. Durch eine Verschiebung des Hubstößels in das 3/2-Wege-Ventil hinein ist das Dichtelement auf den zweiten Zulauf aufsetzbar und ver schließt die Ventilkammer gegen die Fluidzuleitung. In diesem Zustand ist die Arbeitskammer mit dem - bevorzugt drucklosen - Ablauf fluidisch verbunden.

Bei einem Zurückziehen des Hubstößels aus der Ventilkammer wird das Dichtelement vom zweiten Zulauf abgehoben und auf den ersten Zulauf gedrückt. Dadurch wird eine fluidische Ver bindung zwischen Arbeitskammer und Fluidzuleitung gebildet, so daß die Arbeitskammer so lange mit Fluid gefüllt wird bis in der Arbeitskammer der Druck der Fluidzuleitung erreicht ist. Die Verbindung zwischen Ventilkammer und Ablauf ist durch das Dichtelement verschließbar. Die Verschiebung des Dichtelementes in der Ventilkammer auf den ersten Zulauf ist sowohl durch den Druck des Fluids in der Zuleitung als auch zusätzlich durch mechanische Rückstellelemente, beispiels weise ein oder mehrere Federelemente oder eine Kolbenstange realisierbar.

Mit Hilfe des Drucks des Fluids in der Arbeitskammer ist die Dosiervorrichtung schaltbar. Dies geschieht bevorzugt da durch, daß die Arbeitskammer auf einer Seite von einem axial verschiebbaren Arbeitskolben begrenzt wird. Bei einem hohen Druck des Fluids in der Arbeitskammer wird der Arbeitskolben gegen entgegenwirkenden Kräfte von der Arbeitskammer wegge drückt. Bei einem geringen Druck in der Arbeitskammer drückt die dem Druck des Fluids in der Arbeitskammer entgegengesetzt wirkenden Kraft den Arbeitskolben in Richtung der Arbeits kammer. Dieser Hub des Arbeitskolbens wird günstigerweise dazu verwendet, einen Dosiervorgang zu steuern.

Dies geschieht vorteilhafterweise dadurch, daß der Arbeits kolben mit einer Einspritz-Düsennadel verbunden ist, durch welche eine oder mehrere Einspritzöffnungen abhängig vom Hub des Arbeitskolbens verschließbar sind. Eine Öffnung der Ein spritzdüsennadel wiederum steuert die Abgabe von Fluid aus den Einspritzöffnungen in den Außenraum.

Dabei ist es bei einem hohen Druck des Fluids in der Fluidzu leitung vorteilhaft, wenn der Arbeitskolben oder damit ver bundene Bauteile druckbeaufschlagte Steuerflächen aufweisen. Dies ist beispielsweise dadurch realisierbar, daß der Ar beitskolben nicht nur an die Arbeitskammer grenzt, sondern auch an eine davon getrennte Einspritzkammer. Durch den Druck des Fluids in der Arbeitskammer und in der Einspritzkammer werden auf den Arbeitskolben jeweils entgegenwirkende Kräfte ausgeübt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die druckwirksame Fläche des Arbeitskolbens in Bezug auf die Arbeitskammer größer ist als die druckwirksamen Flächen der Steuerflächen. Eine solche An ordnung besitzt den Vorteil, daß erstens auf mechanische Kom ponenten zur Rückstellung des Arbeitskolbens verzichtet wer den kann und zweitens, daß ein schnelles Schalten bei ein facher Herstellung gegeben ist.

Die Erfindung ist nicht auf eine geometrische Anordnung be schränkt. Aufgrund der Verwendung der Hydraulikkammer ist beispielsweise eine weitgehend freie Anordnung von Druckkol ben und Hubkolben möglich, z. B. durch eine Verwendung von Druckzuleitungen.

Auch ist die Erfindung nicht auf eine Dosierung eines spezi ellen Fluides beschränkt, sondern ist zur Verwendung allge meiner Fluide geeignet. So sind als Fluide neben Kraftstoffen wie Benzin, Diesel, Alkohol und Methanol auch Flüssigkeiten wie Wasser oder Bremsflüssigkeit einsetzbar, oder auch Gase wie Methan oder Luft.

In den folgenden Ausführungsbeispielen werden die Vorrichtung und das Verfahren zur Dosierung von Fluid schematisch näher ausgeführt.

Fig. 1a zeigt einen Teil einer Dosiervorrichtung mit dem Stellantrieb und dem 3/2-Wege-Ventil,

Fig. 1b zeigt ein an Fig. 1a anschließendes Ausführungsbei spiel im Bereich der Einspritzöffnungen,

Fig. 2a skizziert mehrere Anordnungen des Stellantriebs,

Fig. 2b zeigt die zu Fig. 2a analoge Anordnung des Stell antriebs in Aufsicht,

Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung einer gedrosselten Zulei tung,

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Dosiervorrich tung im Antriebsbereich.

Fig. 1a zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht den Antriebsteil einer Dosiervorrichtung.

In einem Gehäuse 1 ist ein Stellantrieb 2 vorhanden. Der Stellantrieb 2 weist einen Piezoaktor 201 auf, der über min destens eine Distanzscheibe 217 am Gehäuse 1 angebracht ist. Der Piezoaktor 201 ist als keramischer Vielschicht-Piezoaktor ausgeführt. Die elektrischen Anschlüsse des Piezoaktors sind nicht dargestellt. Der Piezoaktor 201 liegt über einer Kugel scheibe 202 an einem Druckkolben 203 auf. Der Druckkolben 203 ist axial verschiebbar in einer primärseitigen Bohrung 213 führbar. Der Druckkolben 203 wird mittels einer Tellerfeder 212 an die Kugelscheibe 202 gedrückt. Dadurch wird der als keramischer Vielschicht-Piezoaktor ausgeführte Piezoaktor 201 mechanisch druckvorgespannt, wodurch sich aufgrund der Vermeidung schädlicher Zugspannungen eine erhöhte Lebensdauer ergibt. Die Druckvorspannung ist über die Stärke der Tellerfeder 212 und über die Höhe der mindestens einen Dis tanzscheibe 217 einstellbar.

Die Tellerfeder 212 ist aufgrund eines einfachen Einbaus vor teilhaft. Für einen langandauernden Betrieb wird eine Rohr feder anstatt der Tellerfeder 212 bevorzugt, wobei der Piezo aktor 201 innerhalb der zylinderförmigen Rohrfeder einge bracht ist.

Eine Hydraulikkammer 204 wird innerhalb der primärseitigen Bohrung 213 gebildet und wird durch das Gehäuse 1 und den Druckkolben 203 begrenzt. In die Hydraulikkammer 204 mündet eine sekundärseitige Bohrung 214. Die Hydraulikkammer 204 wird über eine Befüllzuleitung 210 mit einem Fluid F druckbe aufschlagt. In der Befüllzuleitung 210 befindet sich ein in Richtung der Hydraulikkammer 204 öffnendes Befüllventil 211. Zum Schutz des Piezoaktors 201 vor dem Fluid F in der Hydrau likkammer 204 ist am äußeren Umfang des Druckkolbens 203 ein Dichtring 209 angebracht.

Die sekundärseitige Bohrung 214 liegt in Bezug auf die pri märseitige Bohrung 213 parallel, aber seitenversetzt. Inner halb der sekundärseitigen Bohrung 214 ist ein Hubkolben 205 axial verschiebbar angebracht. Die Passung zwischen Hubkolben 205 und Gehäuse 1 ist leckagebehaftet. Auf der der Hydraulik kammer 204 abgewandten Seite des Hubkolbens 205 ist ein Hub stößel 206 befestigt. Der Hubstößel 206 ragt in einen ersten Zulauf 301 des 3/2-Wege-Ventils 3 hinein. Der Hubkolben 205 und der Hubkolben 206 sind in diesem Ausführungsbeispiel als ein Teil ausgeführt.

Die Verwendung der Hydraulikkammer 204 weist den Vorteil auf, daß eine thermische oder durch Setz- oder Alterungseffekte bedingte Längenänderung des Gehäuses 1 oder der in einem Kraftschluß mit der Hydraulikkammer 204 befindlichen Elemente ausgleichbar ist, weil die kraftübertragende Wirkung der Hydraulikkammer 204 nicht signifikant von einer Änderung ihres Volumens abhängt.

Auch ergibt sich der Vorteil einer problemlosen Verwendung der seitenversetzten Anordnung von primärseitiger Bohrung 213 und sekundärseitiger Bohrung 214.

Ein Teil des Hubstößels 206 wird durch eine Absteuerkammer 207 geführt. In die Absteuerkammer 207 mündet ein druckloser Ablauf 5. Der Hubstößel 206 wird innerhalb der Absteuerkammer 207 mit Hilfe eines Federelementes 208 in Richtung des 3/2- Wege-Ventil 3 gedrückt, so daß der Hubstößel 206 auf einem Dichtelement 305 des 3/2-Wege-Ventils 3 aufliegt.

Das 3/2-Wege-Ventil 3 ist T-förmig ausgeführt, wobei der er ste Zulauf 301 und ein zweiter Zulauf 302 getrennt, aber auf einer Längsachse liegend in eine Ventilkammer 304 münden. Dazu senkrecht mündet ein dritter Zulauf 303 in die Ventil kammer 304. Die Mündung des ersten Zulaufs 301 in die Ventil kammer 304 ist in Form eines ersten Ventilsitzes 306 ausge führt, die Mündung des zweiten Zulaufs 302 in die Ventilkam mer 304 in Form eines zweiten Ventilsitzes 307 ausgeführt. Die Ventilsitze 306, 307 sind so ausgeführt, daß bei einem Aufliegen des sphärischen Dichtelementes 305 auf einem der Ventilsitze 306, 307 die Ventilkammer 304 gegen den jeweils zugehörigen Zulauf 301, 302 verschließbar ist. Das Dichtele ment 305 ist zwischen dem ersten Ventilsitz 306 und dem zwei ten Ventilsitz 307 verschiebbar ausgeführt.

Durch den zweiten Zulauf 302 führt eine Kolbenstange 403 als Teil einer Zufuhrvorrichtung 4 für Fluid F. Die Kolbenstange 403 ist auf ihrem der Ventilkammer entgegengesetzt angeordne ten Ende kolbenförmig ausgeführt und mit diesem kolbenartigen Ende innerhalb eines Federraums 402 axial verschiebbar ange ordnet. Mittels einer im Federraum 402 angebrachten Druck feder 405 ist die Kolbenstange an das Dichtelement 305 preß bar. In den Federraum 402 führt eine Fluidzuleitung 401, durch die der Federraum 402 und der zweite Zulauf 302 mit Fluid F unter einem Zuleitungsdruck PCR befüllbar sind. Der Zuleitungsdruck PCR beträgt typischerweise 100-2500 bar, vorzugsweise 1000-1500 bar. Zur verbesserten Zufuhr von Fluid F in den zweiten Zulauf 302 ist die Kolbenstange 403 mit Bohrungen 404 ausgestattet, die die beiden Stirnflächen der Kolbenstange 403 innerhalb des Federraums 402 fluidisch verbindet. Aus dem gleichen Grund ist das Spaltmaß zwischen der Kolbenstange 403 und dem zweiten Zulauf 302 so gewählt, daß die Strömung des Fluids F nicht beeinträchtigt wird.

Das Federelement 208 in der Absteuerkammer 207 und die Druck feder 405 im Federraum 402 stellen sicher, daß der Hubstößel 206 und die Kolbenstange 403 auf Anlage mit dem Dichtelement 304 gehalten werden. Auch bewirken sie, daß sich das Dicht element 305 im Grundzustand in einer definierten Position be findet. Zudem bewerkstelligen sie das Rückstellen und Schlie ßen des 3/2-Wege-Ventils bei einer Beendigung einer Betäti gung eines Dosiervorgangs. Eine Betätigung des Dichtelementes 305 über den Hubstößel 206 und die Kolbenstange 403 bietet eine hohe konstruktive Freiheit für die optimale Auslegung von Federkräften und Federcharakteristiken.

Wenn das Dichtelement 305 die Ventilkammer 304 gegen den er sten Zulauf 301 verschließt, besteht eine fluidische Verbin dung zwischen dem zweiten Zulauf 302 und dem dritten Zulauf 303 und somit eine Verbindung zwischen der Fluidzuleitung 401 und der Arbeitskammer 6. Analog besteht bei einem durch das Dichtelement 305 verschlossenen zweiten Zulauf 302 eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Zulauf 301 und dem dritten Zulauf 303. In diesem Falle besteht eine fluidische Verbindung zwischen der Arbeitskammer 6 und dem Ablauf 5. Die Arbeitskammer 6 wird innerhalb einer Arbeitsbohrung 701 des Gehäuses 1 gebildet, wobei das Gehäuse 1 und ein in der Arbeitsbohrung 701 hydraulisch dicht und axialverschiebbar eingebrachter Arbeitskolben 7 die Arbeitskammer 6 begrenzen. Mittels des Drucks PA des Fluids F in der Arbeitskammer 6 ist eine axial gerichtete Bewegung des Arbeitskolbens 7 steuer bar. Über den Hub des Arbeitskolbens 7 ist eine Abgabe von Fluid aus dem Gehäuse 1 heraus steuerbar, beispielsweise in dem durch den Arbeitskolben 7 das Öffnen und Schließen min destens einer Öffnung zwischen einem Fluidraum und einem Außenraum steuerbar ist.

Der dritte Zulauf 303 ist bevorzugt mit einer Konstantdrossel versehen, die einen von der Strömungsrichtung abhängigen Durchflußbeiwert aufweist. Diese Konstantdrossel ist so ori entiert, daß das Absteuern des Drucks PA in der Arbeitskammer 6 über einen kleineren Strömungsbeiwert und somit langsamer erfolgt als das Wiederbefüllen, für das ein höherer Strö mungsbeiwert maßgebend ist. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine langsame Verschiebung des Arbeitskolbens 7 in Richtung der Arbeitskammer gegeben, beispielsweise zum weichen Öffnen einer Dosieröffnung und andererseits läßt sich ein günstiges, schnelles Bewegen des Arbeitskolbens 7 von der Arbeitskammer 6 weg, beispielsweise zum schnellen Verschließen einer Do sieröffnung erzielen.

Im Grundzustand ist der piezoelektrische Piezoaktor 201 ent laden und damit in axialer Richtung minimal ausgedehnt. Mit tels der Tellerfeder 212 wird auch der Druckkolben 203 maxi mal von der Hydraulikkammer 204 weg gedrückt. Der Druck PH des Fluids F in der Hydraulikkammer 204 entspricht dem Stand druck P0 des Fluids F in der Befüllzuleitung 210, abzüglich des Öffnungsdrucks des Befüllventils 211 (typischerweise 1-5 bar). Die Druckfeder 405 in Federraum 402 hält das Dichtele ment 305 entgegen der vom Federelement 208 in der Absteuer kammer 204 und dem Druck PH in der Hydraulikkammer 204 auf den Hubkolben 205 ausgeübten Kraft am ersten Ventilsitz 306. Der Hubkolben 205 ist in der sekundärseitigen Bohrung 214 leckagebehaftet eingepaßt, so daß ein Leckagestrom von Fluid F aus der Hydraulikkammer 204 durch die Passung zwischen Hubkolben 205 und Gehäuse 1 in die Absteuerkammer 207 und von dort aus in den drucklosen Ablauf 5 auftritt. Der Standdruck P0 des Fluids F in der Befüllzuleitung 210 beträgt vorteil hafterweise 1-25 bar, typischerweise 1-15 bar.

Durch den Leckagestrom wird vorteilhafterweise eine blasen freie Befüllung der Hydraulikkammer 204 gewährleistet, da in der Hydraulikkammer 204 möglicherweise auftretende residuelle Gasblasen in Lösung gehen können.

Im Grundzustand sind die Fluidzuleitung 401 und die Arbeits kammer 6 über den Federraum 402, die zweite Zuleitung 302, die Ventilkammer 304 und den dritten Zulauf 303 fluidisch miteinander verbunden. Der Druck PA des Fluids F in der Arbeitskammer 6 entspricht dem Zuleitungsdruck PCR des Fluids F in der Fluidzuleitung 401. Der Arbeitskolben 7 ist maximal von der Arbeitskammer 6 weg verschoben und verschließt in dieser Stellung mindestens eine Einspritzöffnung 708, so daß kein Fluid F abgegeben wird.

Zur Einleitung eines Dosiervorgangs wird der Piezoaktor 201 möglichst schnell auf seine volle Betriebsspannung aufgela den. Die damit mit großer Kraft einhergehende Ausdehnung des Piezoaktors 201 in axialer Richtung wird über die dem Aus gleich von Verkippungen und Nichtparallelitäten dienende Kugelscheibe 202 auf den Druckkolben 203 übertragen. Dadurch wird in der Hydraulikkammer 204 ein hoher Druck PH erzeugt, der zunächst das Befüllventil 211 schließt und anschließend bei einer Überwindung der durch die Druckfeder 405 im Feder raum 402 ausgeübten Kraft eine Verschiebung des Hubkolbens 205 in Richtung des 3/2-Wege-Ventils 3 zur Folge hat. Auf grund der gegenüber dem Druckkolben 203 kleineren druckwirk samen Fläche des Hubkolbens 205 erfolgt diese Bewegung hubübersetzt. Die Hubübersetzung ergibt den Vorteil, daß ein relativ kleiner Hub des Piezoaktors 201 in einen zur Schal tung des 3/2-Wege-Ventils 3 notwendigen, größeren Hub des Hubkolbens 205 transformierbar ist. Durch diesen Hub des Hub kolbens 205 wird das Dichtelement 305 über den Hubstößel 206 auf den zweiten Ventilsitz 307 gepreßt, der somit verschlos sen wird. Gleichzeitig wird durch eine Freigabe des ersten Zulaufs 301 eine fluidische Verbindung zwischen der Arbeits kammer 6 und der drucklosen Absteuerkammer 207 hergestellt. Die Hubübersetzung zwischen Druckkolben 203 und Hubkolben 205 ist so ausgelegt, daß beim Anschlagen des Dichtelementes 305 am zweiten Ventilsitz 307 noch eine ausreichende Hubreserve vorhanden ist, die es erlaubt, das 3/2-Wege-Ventil 3 trotz der in der Hydraulikkammer 204 auftretenden Leckage eine aus reichende Zeit geöffnet zu halten. Andererseits ist die Leckage so dimensioniert, daß bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr zum Piezoaktor im geladenen Zustand des Piezo aktors ein selbsttätiges Schließen des 3/2-Wege-Ventils ge währleistet ist.

Durch das Öffnen der fluidischen Verbindung zwischen Arbeits kammer 6 und Abfluß 5 baut sich der Druck PA in der Arbeits kammer 6 sehr schnell auf den im Ablauf 5 herrschenden Umge bungsdruck ab. Dadurch kann beispielsweise der Arbeitskolben 7 in Richtung der Arbeitskammer 6 verschoben werden, so daß durch ein Öffnen einer Einspritzdüse eine Abgabe von Fluid eingeleitet werden kann.

Durch eine Entladung des piezoelektrischen Piezoaktors 201 wird der Dosiervorgang beendet. Bei der Kontraktion des Pie zoaktors 201 bewirkt die Tellerfeder 212 einerseits die Rück stellung von Druckkolben 203 und Kugelscheibe 202, anderer seits ist durch die Tellerfeder 212 gewährleistet, daß diese Elemente auch im dynamischen Lastfall beständig unter einer mechanischen Druckkraft bleiben, was für die Lebensdauer des Piezoaktors von ausschlaggebender Bedeutung ist. Bei einem Rückzug des Druckkolbens 203 sinkt aufgrund des während der Betätigungsdauer aufgetretenen Leckageverlustes der Druck PH in der Hydraulikkammer 204 kurzzeitig unter den Standdruck P0. Dadurch öffnet das Befüllventil 211 und die Leckagever luste werden schnell nahezu ausgeglichen.

Bei der Relaxierung des Drucks PH in der Hydraulikkammer 204 werden der Hubkolben 205, der mit diesem verbundene Hubstößel 206, das Dichtelement 305 und die Kolbenstange 403 soweit zu rückgestellt, bis der erste Ventilsitz 306 wieder verschlos sen und der zweite Ventilsitz 307 wieder geöffnet ist. Der Druck PA des Fluids F in der Arbeitskammer 6 lädt sich da raufhin wieder auf den Zuleitungsdruck PCR in der Fluidzu leitung 401 auf. Dadurch wird der Arbeitskolben 7 wieder von der Arbeitskammer weg verschoben und verschließt die minde stens eine Einspritzöffnung 708.

Fig. 1b zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Zumeßbereichs einer an Fig. 1a anschließenden Dosiervorrichtung.

An der der Arbeitskammer 6 abgewandten Seite des Arbeitskol bens 7 ist eine Arbeitskolbenstange 704 angebracht. Die Ar beitskolbenstange 704 führt durch eine Nadelkammer 702, wel che als Erweiterung der Arbeitsbohrung 701 ausgeführt ist. Die Arbeitskolbenstange 704 wird durch eine sich am Gehäuse 1 abstützenden Nadelfeder 703 von der Arbeitskammer 6 wegge drückt. Auf der dem Arbeitskolben 7 abgewandten Seite ist in die Arbeitskolbenstange 704 eine Düsennadel 707 lose einge steckt. Durch die Düsennadel 707, deren Hub von einer Führung 710 geführt wird, sind eine oder mehrere Einspritzöffnungen 708 verschließbar. Durch die Nadelfeder 703 wird sicherge stellt, daß die Arbeitskolbenstange 704 sich immer auf Anlage mit der Düsennadel 707 befindet. In die Nadelkammer 702 mün det ein Leckagerücklauf 8, welcher über ein Rücklaufventil 801 in einen drucklosen Tank 802 führt. Das Rücklaufventil 801 besitzt einen Öffnungsdruck von P0, so daß der Druck P0 des Fluids F im Leckagerücklauf 8 dem an der damit verbunde nen Befüllzuleitung 210 anliegenden Druck P0 entspricht. An der Düsennadel 707 ist ein Teil der Arbeitsbohrung 701 in Form einer Einspritzkammer 705 erweitert. Innerhalb der Ein spritzkammer 705 ist die Düsennadel 707 mit mindestens einer Steuerfläche 711 ausgestattet. Die Einspritzkammer 705 wird mittels einer Einspritz-Zuleitung 706, welche von der Fluidzuleitung 401 abzweigt, mit einem Fluid F unter einem Zuleitungsdruck PCR druckbeaufschlagt. Durch den Zuleitungs druck PCR des Fluids F in der Einspritzkammer 705 auf die Steuerfläche 711 wird eine Kraft auf die Düsennadel 707 und damit auf den Arbeitskolben 7 ausgeübt, welche der vom Druck PA in der Arbeitskammer 6 bewirkten Kraft auf den Arbeitskol ben 7 entgegengesetzt ist. Bei geöffneten Einspritzöffnungen 708 wird Fluid F von der Einspritzkammer 705 über die Ein spritzöffnungen 708 in den Außenraum dosiert abgegeben. Durch eine Passung zwischen der Düsennadel 707 und dem Gehäuse so wie der Passung zwischen Arbeitskolben 7 und Gehäuse 1 ergibt sich jeweils ein Leckagestrom in die Nadelkammer 702, aus der das Fluid F über den Leckagerücklauf 8 abgeführt wird. Im Ruhezustand der Dosiervorrichtung liegt an der Arbeitskammer der volle Zuleitungsdruck PCR an. Die druckwirksame Fläche des Arbeitskolbens 7 ist größer als die in Gegenrichtung wirkende druckwirksame Steuerfläche 711. Dadurch ergibt sich eine resultierende Kraft, die den Arbeitskolben 7 und die Düsennadel 7 von der Arbeitskammer 6 weg verschiebt, so daß die Düsennadel 707 auf die Einspritzöffnungen 708 gedrückt wird und diese verschließt.

Zur Einleitung eines Einspritzvorganges wird die Arbeitskam mer 6 fluidisch mit dem Ablauf 5 verbunden, so daß der Druck PA in der Arbeitskammer auf den Außendruck absinkt. Dadurch überwiegt die an der Einspritzdüsennadel 707 und am Arbeits kolben 7 durch den Zuleitungsdruck PCR in der Einspritzkammer 705 auf die Steuerfläche 711 ausgeübte Kraft, so daß der Ar beitskolben 7 und die Düsennadel 707 in Richtung der Arbeits kammer 6 verschoben werden. Dadurch werden die Einspritzöff nungen 708 geöffnet und es fließt Fluid aus der Einspritzzu leitung 706 über die Einspritzkammer 705 und die Ein spritzöffnungen 708 in den Außenraum.

Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird die Arbeitskammer 6 wiederum mit der Fluidzuleitung 401 fluidisch verbunden, wo durch der Druck PA in der Arbeitskammer 6 wiederum auf den Druck PCR in der Fluidzuleitung 401 ansteigt, so daß der Ar beitskolben 7 die Düsennadel 707 wieder auf die Ein spritzöffnungen 708 verschiebt.

In Fig. 2a ist die relative Lage der primärseitigen Bohrung 213 zur sekundärseitigen Bohrung 214 mit dem darin enthalte nen Druckkolben 203 bzw. Hubkolben 205 dargestellt, in Fig. 2b ist die zu Fig. 2a analoge Lage der Bohrungen 213, 214 in Aufsicht dargestellt.

In Lage (i) sind die primärseitige Bohrung 213 und die sekun därseitige Bohrung 214 zueinander auf einer Längsachse ange ordnet, die sekundärseitige Bohrung 214 mündet zentrisch in die primärseitige Bohrung 213. Die Bewegungsrichtung von Druckkolben 203 und Hubkolben 205 liegen somit ebenfalls auf einer Geraden.

In Lage (ii) liegt die Längsachse der primärseitigen Bohrung 213 parallel zur Längsachse der sekundärseitigen Bohrung 214, die beiden Bohrungen 213 und 214 sind zueinander seitlich versetzt. Die Bewegungsrichtung von Druckkolben 203 und Hub kolben 205 ist analog parallel und versetzt. Die sekundärsei tige Bohrung 214 mündet wie in Lage (i) in eine Stirnfläche der primärseitigen Bohrung 213.

In Situation (iii) ist die sekundärseitige Bohrung 214 soweit an den Rand der primärseitigen Bohrung 213 gerückt, daß die Wände der beiden Bohrungen 213, 214 teilweise ineinander übergehen.

In Lage (iv) ist die sekundärseitige Bohrung 214 soweit in Bezug auf die primärseitige Bohrung 213 dezentriert, daß sie nur noch teilweise in die primärseitige Bohrung 213 mündet.

In Lage (v) sind die primärseitige Bohrung 213 und die sekun därseitige Bohrung 214 soweit zueinander seitlich versetzt, daß zwischen beiden eine Verbindungsleitung eingebracht wor den ist.

Die Verwendung einer Hydraulikkammer 204 besitzt aufgrund der weitgehend isotropen Eigenschaften des Fluids F den Vorteil, daß die beiden Bohrungen 213, 214 in einem beliebigen Winkel zueinander eingebracht sein können. Zudem ergibt sich der Vorteil, daß auch eine komplexer aufgebaute Verbindung zwi schen ihnen vorhanden sein kann.

Fig. 3 zeigt in Schnittdarstellung als Seitenansicht eine Konstantdrossel mit einem von der Strömungsrichtung abhängi gen Durchflußbeiwert.

Diese Konstantdrossel ist als Diffusor/Düse-Element ausge führt und entspricht grundsätzlich einer konischen Drossel bohrung. Die Konstantdrossel ist so orientiert, daß ein Be füllen der Arbeitskammer 6 durch einen Strom von Fluid F aus der Ventilkammer 304 mit einem höheren Strömungsbeiwert α1 in die Arbeitskammer 6 geschieht. Diese Strömungsrichtung ge schieht in Fig. 3 von links nach rechts und ist durch den mit α1 bezeichneten Pfeil gekennzeichnet.

Das Absteuern des Drucks PA in der Arbeitskammer 6 bei einer fluidischen Verbindung mit dem Ablauf 5 geschieht von rechts nach links mit einem kleineren Strömungsbeiwert α2. Das Aus strömen des Fluids F aus der Arbeitskammer PA geschieht lang samer als das Befüllen der Arbeitskammer 6. Die Flußrichtung des Fluids F beim Absteuern der Arbeitskammer 6 ist durch den mit α2 bezeichneten Pfeil gekennzeichnet.

Durch eine solche Gestaltung der Konstantdrossel ergibt sich beispielsweise für den Einsatz in einem Kraftstoff-Einsprit zer für einen Verbrennungsmotor ein für das Verbrennungs geräusch vorteilhaftes weiches Öffnen des Arbeitskolbens 7 und andererseits ein verbrennungstechnisch günstiges schnel les Schließen der Düsennadel 707.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung der Antriebssektion einer Dosiervorrichtung.

In diesem Ausführungsbeispiel stimmt die Längsachse der pri märseitigen Bohrung mit der Längsachse der sekundärseitigen Bohrung 214 überein, d. h. daß die sekundärseitige Bohrung 214 zentriert in die primärseitige Bohrung 213 mündet.

Zwischen Druckkolben 203 und Hubkolben 205 ist eine weitere Druckfeder 901 angebracht, über die zusätzlich zum hydrauli schen Kraftschluß ein mechanischer Kraftschluß zwischen Druckkolben 203 und Hubkolben 205 vorhanden ist. Diese wei tere Druckfeder 901 dient vorteilhafterweise zur Unterstüt zung der Rückstellung des Hubkolbens 205.

Zur vorteilhaften Vereinfachung des Aufbaus der Dosiervor richtung ist keine Absteuerkammer 207 mit dem darin enthalte nen Federelement 208 vorhanden. Die Rückstellung des Hubkol bens 205 und das auf Anlage Halten der Elemente Hubkolben 205, Hubstößel 206, Dichtelement 305 und der Druckfeder 405 im Federraum 402 geschieht ausschließlich über die Differenz des Drucks PH in der Hydraulikkammer 204, (typischerweise 5- 15 bar) und der vorzugsweise drucklosen Absteuerkammer 207 sowie optional zusätzlich mit Hilfe der Druckfeder 405 und der weiteren Druckfeder 901.

Zur schnelleren Entlüftung 204, beispielsweise bei einer Erstinbetriebnahme, ist eine Entlüftungsschraube 216 vorhan den. Die Druckfeder 405 des Federraums 402 greift direkt am Dichtelement 305 an.

Anstatt der mit dem Befüllventil 211 ausgestatteten Befüllzu leitung 210 kann alternativ eine gedrosselte Befüllzuleitung 210 verwendet werden. Die gedrosselte Befüllzuleitung 210 be sitzt den Vorteil einer einfacheren Herstellung, aber den Nachteil einer langsameren Befüllung der Hydraulikkammer 204. Auch können sowohl eine mit einem Befüllventil 211 ausgestat tete Befüllzuleitung 210 als auch zusätzlich eine gedrosselte Befüllzuleitung 210 verwendet werden. Bei gleichzeitiger Ver wendung einer mit dem Befüllventil 211 ausgestatteten Befüll zuleitung 210 und einer gedrosselten Befüllzuleitung 210 wird die Hydraulikkammer zunächst vorwiegend über das Befüllventil 211 aufgefüllt. Die verbleibende Druckdifferenz zwischen dem Druck PH in der Hydraulikkammer 204 und den Standdruck P0 (die dem Öffnungsdruck des Befüllventils 211 entspricht) ist dann über die gedrosselte Befüllzuleitung 210 auffüllbar.

Falls lediglich eine gedrosselte Befüllzuleitung 210 in die Hydraulikkammer 204 mündet, kann bei einer Beendigung des Einspritzvorgangs der Druck PH in der Hydraulikkammer 204, je nach Höhe der während der Betätigungsphase auftretenden Leckage, beim Rückstellen des Hubkolbens 205 kurzzeitig er heblich unter den Standdruck P0 fallen. Zur Vermeidung einer Kavitation muß die während der maximal erforderlichen Ein spritzdauer mögliche Leckage durch eine geeignete Passung für Hubkolben 205 und Hubstößel 206 so gering gehalten werden, daß der Druck PH in der Hydraulikkammer 204 beim schlagarti gen Zurückstellen des Druckkolbens 203 nicht ca. 1 bar unter schreitet. Dies ist problemlos möglich. Dem Auftreten einer Kavitation kann auch durch eine Anhebung des Standdrucks P0 auf ein höheres Druckniveau vorgebeugt werden.

Dieselbe Wirkung wie die gedrosselte Befüllzuleitung 210 läßt sich auch durch eine radiale Befüllbohrung erreichen, die in die primärseitige Bohrung 213 mündet. Eine Abstimmung der Drosselwirkung erfolgt in diesem Fall über die Länge und die Spaltbreite der Passung von Druckkolben 203 und Gehäuse 1, über die die Befüllbohrung mit der Hydraulikkammer 204 ver bunden ist.

Zur Begrenzung des während der Schaltphase des 3/2-Wege-Ven tils kurzzeitig auftretenden Verluststroms kann die Fluidzu leitung 401 gedrosselt ausgeführt sein.

Ein langsames Öffnen und ein schnelles Schließen der Düsenna del 707 sowie eine Begrenzung des Verluststroms kann auch durch ein Einfügen einer Konstantdrossel im Bereich des er sten Zulaufs 301 erfolgen. Ein ähnlicher Effekt kann auch durch eine unterschiedliche Gestaltung des ersten Ventilsit zes 306 und des zweiten Ventilsitzes 307 erreicht werden, beispielsweise durch unterschiedliche Winkel der beiden Ven tilsitze 306, 307. Wegen der notwendigen Stößel 206, 403 ist dieser Methode jedoch eine praktische Grenze gesetzt.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Stellantrieb

201

Piezoaktor

202

Kugelscheibe

203

Druckkolben

204

Hydraulikkammer

205

Hubkolben

206

Hubstößel

207

Absteuerkammer

208

Federelement

209

Dichtring

210

Befüllzuleitung

211

Befüllventil

212

Tellerfeder

213

primärseitige Bohrung

214

sekundärseitige Bohrung

215

zusätzliches Federelement

216

Entlüftungsschraube

217

Distanzscheibe

3

3/2-Wege-Ventil

301

erster Zulauf

302

zweiter Zulauf

303

dritter Zulauf

304

Ventilkammer

305

Dichtelement

306

erster Ventilsitz

307

zweiter Ventilsitz

4

Zufuhrvorrichtung für Fluid (F)

401

Fluidzuleitung

402

Federraum

403

Kolbenstange

404

Kolbenstangenbohrung

405

Druckfeder

5

Ablauf

6

Arbeitskammer

7

Arbeitskolben

701

Arbeitsbohrung

702

Nadelkammer

703

Nadelfeder

704

Arbeitskolbenstange

705

Einspritzkammer

706

Einspritzzuleitung

707

Düsennadel

708

Einspritzöffnung

709

Anschlag

710

Führung der Düsennadel (

707

)

711

Steuerfläche

8

Leckagerücklauf

801

Rücklaufventil

802

Tank

901

weitere Druckfeder
F Fluid
PA Druck des Fluids (F) in der Arbeitskammer (

6

)
PCR Zuleitungsdruck
PH Druck des Fluids (F) in der Hydraulikkammer (

204

)
P0 Standdruck

Claims

1. Dosiervorrichtung für Fluid, aufweisend einen mittels mindestens eines Piezoaktors (201) antreib baren Stellantrieb (2),

- eine mit Fluid (F) druckbeaufschlagbare Fluidzuleitung (401),
- eine Arbeitskammer (6),
- ein 3/2-Wege-Ventil (3), an dessen drei Zuläufen (301, 302, 303) die Fluidzuleitung (401), der Stellantrieb (2) und die Arbeitskammer (6) getrennt anschließbar sind,
wobei
- mittels eines Hubs des Stellantriebs (2) das 3/2-Wege-Ven til (3) so schaltbar ist, daß die Arbeitskammer (6) entwe der mit der Fluidzuleitung (401) oder mit einem Ablauf (5) hydraulisch in Verbindung steht,
- mittels des Drucks (PA) des Fluids (F) in der Arbeitskammer (6) eine Abgabe von Fluid (F) steuerbar ist.

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der das 3/2-Wege-Ventil (3) aus einer Ventilkammer (304) und den drei darin mündenden Zuläufen (301, 302, 303) besteht, wobei

- durch die Stellung eines in der Ventilkammer (304) befind lichen Dichtelementes (305) eine fluidische Verbindung zwi schen dem ersten Zulauf (301) und dem dritten Zulauf (303) oder dem zweiten Zulauf (302) und dem dritten Zulauf her stellbar ist, wobei
- der erste Zulauf (301) mit einem Abfluß (5) fluidisch in Verbindung steht,
- der zweite Zulauf (302) mit der Fluidzuleitung (401) flu idisch in Verbindung steht,
- der dritte Zulauf (303) mit der Arbeitskammer (6) fluidisch in Verbindung steht.

3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der das 3/2-Wege-Ventil (3) T-förmig ist, wobei

- der erste Zulauf (301) und der zweite Zulauf (302) gegen überliegend in die Ventilkammer (304) münden, und
- ein Teil des Stellantriebs (2) durch den ersten Zulauf (301) hindurch am Dichtelement (305) anliegt.

4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der

- die Mündung des ersten Zulaufs (301) in die Ventilkammer (304) in Form eines ersten Ventilsitzes (306) ausgeführt ist,
- die Mündung des zweiten Zulaufs (302) in die Ventilkammer (304) in Form eines zweiten Ventilsitzes (307) ausgeführt ist,
- das Dichtelement (305) sphärisch oder konisch ist und flui disch dichtend sowohl in den ersten Ventilsitz (306) als auch in den zweiten Ventilsitz (307) einpaßbar ist.

5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Form des ersten Ventilsitzes (306) und des zweiten Ven tilsitzes (307) unterschiedlich ausgestaltet ist.

6. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Hub des Piezoaktors (201) über eine mit dem Fluid (F) druckbeaufschlagte Hydraulikkammer (204) an einen in einer sekundärseitigen Bohrung (214) des Gehäuses (1) axialver schiebbar angeordneten Hubkolben (205) hydraulisch übertrag bar ist.

7. Dosiervorrichtung nach einem Anspruch 6, bei der der Hub des Piezoaktors (201) hubübersetzt auf den Hubkolben (205) übertragbar ist.

8. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, bei der der Stellantrieb (2) einen Druckkolben (203) zwischen dem Piezoaktor (201) und der Hydraulikkammer (204) aufweist, der am Piezoaktor (201) aufliegt und der in einer primärseitigen Bohrung (213) des Gehäuses (1) axialverschiebbar angeordnet ist, wobei der Hub des Piezoaktors (201) über den Druckkolben (203) und die Hydraulikkammer (204) an den Hubkolben (205) weiterleitbar ist.

9. Dosiervorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Hydraulikkammer (204) durch das Gehäuse (1), den Drück kolben (203) und den Hubkolben (205) begrenzt wird.

10. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, bei der der Piezoaktor (201) mechanisch druckvorgespannt ist.

11. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei der die Hydraulikkammer (204) über mindestens eine gedros selte oder mit einem Befüllventil (211) ausgestattete Befüll zuleitung (210) mit dem Fluid (F) druckbeaufschlagbar ist, welches leckagebehaftet aus der Hydraulikkammer (204) ableit bar ist.

12. Dosiervorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Fluid (F) über eine leckagebehaftete Passung zwischen Hubkolben (205) und Gehäuse (1) aus der Hydraulikkammer (204) zum Abfluß (5) ableitbar ist.

13. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei der ein Hubstößel (206) an der der Hydraulikkammer (204) ab gewandten Seite des Hubkolbens (205) vorhanden ist, der durch die erste Zuleitung (301) führt und der am Dichtelement (305) aufliegt.

14. Dosiervorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Hubstößel (206) durch eine Absteuerkammer (207) geführt wird, in die der Ablauf (5) mündet.

15. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, bei der zwischen der Fluidzuleitung (401) und dem zwei ten Zulauf (302) ein Rückstellfederraum (402) vorhanden ist, in dem eine Rückstellfeder (405) vorhanden ist, die durch den zweiten Zulauf (302) hindurch an das Dichtelement (305) preß bar ist.

16. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der bei der zwischen der Fluidzuleitung (401) und dem zweiten Zulauf (302) ein Rückstellfederraum (402) vorhanden ist, wo bei im Rückstellfederraum (402)

- eine fluidisch durchlässige Kolbenstange (403) axialver schiebbar eingebracht ist,
- eine Rückstellfeder (405) vorhanden ist, durch die die Kol benstange (403) durch den zweiten Zulauf (302) hindurch an das Dichtelement (305) preßbar ist.

17. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, bei der mittels des Drucks (PA) in der Arbeitskammer (6) ein Hub eines Arbeitskolbens (7) steuerbar ist, über den ein Abgabe von Fluid (F) steuerbar ist.

18. Dosiervorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Arbeits kammer (6) ein Teil einer Kolbenbohrung (701) ist, in der der Arbeitskolben (7) axialverschiebbar angebracht ist, wobei die Arbeitskammer (6) durch das Gehäuse (1) und eine Stirnfläche des Arbeitskolbens (7) begrenzt wird.

19. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, bei der der Arbeitskolben (7) an seiner der Arbeitskammer (6) abgewandten Fläche ein Dichtelement aufweist, durch welches mindestens eine nach Außen öffnende Einspritzöffnung (708) verschließbar ist.

20. Dosiervorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Arbeitskolben (7) an einer der Arbeitskammer (6) abge wandten Fläche mit einer Düsennadel (707) verbunden ist, mit tels der mindestens eine Einspritzöffnung (708) verschließbar ist.

21. Dosiervorrichtung nach Anspruch 20, bei der

- ein Teil der Arbeitsbohrung (701) eine Einspritzkammer (705) bildet, die mittels einer Einspritzzuleitung (706) mit Fluid (F) druckbeaufschlagbar ist,
- mindestens der Arbeitskolben (7) oder die Düsennadel (707) mindestens eine Steuerfläche (711) aufweisen, die durch das Fluid (F) in der Einspritzkammer (705) druckbeaufschlagbar ist,
wobei durch den Druck des Fluids (F) in der Einspritzkammer (705) eine dem Druck (PA) des Fluids (F) in der Arbeitskammer (6) entgegengesetzt wirkende Kraft auf den Arbeitskolben (7) ausübbar ist, so daß
- bei einer geöffneten Verbindung zwischen der Arbeitskammer (6) und dem Ablauf (5) der Arbeitskolben (7) und die Düsen nadel (707) in Richtung der Arbeitskammer (6) verschiebbar sind, wodurch Fluid (F) von der Einspritzkammer (705) über die Einspritzöffnung (708) dosiert in einen Außenraum ab gebbar ist.
- bei einer geöffneten Verbindung zwischen der Arbeitskammer (6) und der Fluidzuleitung (401) die Düsennadel mittels des Arbeitskolbens auf die Einspritzöffnung verschiebbar ist, wodurch eine Abgabe von Fluid (F) verhinderbar ist.

22. Dosiervorrichtung nach Anspruch 21, bei der zwischen der Arbeitskammer (6) und der Einspritzkammer (7) eine Nadelkam mer (702) an der Arbeitsbohrung (701) vorhanden ist,

- die einen Leckagerücklauf (8) aufweist, über den eine Leckage von Fluid (F) aus der Arbeitskammer (6) oder der Einspritzkammer (705) oder beidem ableitbar ist,
- in der eine Nadelfeder (703) vorhanden ist, die den Ar beitskolben (7) auf die Düsennadel (707) drückt.

23. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Einsatz in einem Kraftstoff-Einspritzer.

24. Verfahren zur Dosierung von Fluid, bei dem an einem 3/2-Wege-Ventil (3)

- ein mittels mindestens eines Piezoaktors (201) angetriebe ner Stellantrieb (2),
- eine mit Fluid (F) unter einem Druck (PCR) beaufschlagte Fluidzuleitung (401) und
- eine Arbeitskammer (6), getrennt angeschlossen werden, so daß
- mittels des Hubs des Stellantriebs (2) das 3/2-Wege-Ventil (3) so geschaltet wird, daß die Arbeitskammer (6) entweder mit der Fluidzuleitung (401) oder mit einem Ablauf (5) fluidisch verbunden wird,
- mittels des Drucks (PA) des Fluids (F) in der Arbeitskammer (6) eine dosierte Abgabe von Fluid (F) nach Außen gesteuert wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Piezoaktor (201) mechanisch druckvorgespannt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 25, bei dem als Stellantrieb (2)

- ein an dem Piezoaktor (201) anliegender, in einer primär seitigen Bohrung (213) des Gehäuses (1) axialverschiebbarer Druckkolben (203),
- ein in einer sekundärseitigen Bohrung (213) des Gehäuses (1) axialverschiebbarer Hubkolben (205) und
- eine im Kraftschluß zwischen Druckkolben (203) und Hubkol ben (205) vorhandene, mit einem Druck (PH) beaufschlagte Hydraulikkammer (204) zusammenwirken, wobei
- durch den Hub des Hubkolbens (205) über einen daran ange brachten Hubstößel (206) das 3/2-Wege-Ventil (3) gesteuert wird,
- in einer Ausgangsstellung der Druckkolben (203) von der Hydraulikkammer (204) weg verschoben ist, wodurch der Hub kolben (205) maximal in Richtung der Hydraulikkammer (204) verschoben ist,

während eines Hubvorgangs mittels einer Betätigung des Piezo aktors (201) der Druckkolben (203) so verschoben wird, daß der Druck (PH) in der Hydraulikkammer (204) ansteigt, wodurch der Hubkolben (205) hydraulisch hubtransformiert verschoben wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der Hubkolben (205) in einem Hubverhältnis von 1,5 : 1 bis 10 : 1 zum Druckkolben (203) verschoben wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 27, bei dem der Druckkolben (203) 10 bis 60 µm verschoben wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem die Hydraulikkammer (204) im Ausgangszustand mit einem Druck (PH) von 1 bis 25 bar druckbeaufschlagt wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, bei dem die Hydraulikkammer (204) über eine gedrosselte oder mit einem Befüllventil (211) ausgestattete Befüllzuleitung (210) mit Fluid (F) druckbeaufschlagt wird und das Fluid (F) in der Hydraulikkammer (204) leckagebehaftet abfließt, so daß sich in der Hydraulikkammer (204) ein Spülstrom von Fluid (F) er gibt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, bei dem das 3/2-Wege-Ventil (3) aus einer Ventilkammer (304) und drei darin mündenden Zuläufen (301,302,303) besteht, wobei

- durch die Stellung eines in der Ventilkammer (304) ver schiebbar angebrachten Dichtelementes (305) eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Zulauf (301) und einem dritten Zulauf (303) oder dem zweiten Zulauf (302) und dem dritten Zulauf hergestellt wird, wobei
- die Stellung des Dichtelementes (305) über den Hub des daran anliegenden Hubstößels (206) bestimmt wird,
- der erste Zulauf (301) mit einem Abfluß (5) fluidisch ver bunden wird,
- der zweite Zulauf (302) mit der Fluidzuleitung (401) flu idisch verbunden wird,
- der dritte Zulauf (303) mit der Arbeitskammer (6) fluidisch verbunden wird,

so daß

- in der Ausgangsstellung das Dichtelement (305) schließend auf den ersten Zulauf (301) gedrückt wird, wodurch eine fluidische Verbindung zwischen der Fluidzuleitung (401) und der Arbeitskammer (6) hergestellt wird, so daß der Druck (PA) in der Arbeitskammer (6) maximal wird,
- bei einem Hubvorgang das Dichtelement (305) durch den Hub stößel (206) schließend auf den zweiten Zulauf (302) ge drückt wird, wodurch eine fluidische Verbindung zwischen der Arbeitskammer (6) und dem Ablauf (5) hergestellt wird, so daß der Druck (PA) in der Arbeitskammer (6) verringert wird.

32. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem eine durch den zwei ten Zulauf reichende Druckfeder (405) auf das Dichtelement (305) drückt.

33. Verfahren nach Anspruch 32, bei im Kraftschluß zwischen der Druckfeder (405) und dem Dichtelement (305) zusätzlich eine verschiebbare Kolbenstange (403) vorhanden ist.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 33, bei dem der Druck (PCR) des Fluids (F) in der Fluidzuleitung (401) 100 bis 2500 bar beträgt.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 34, bei dem der Hub eines Arbeitskolbens (7) durch den Druck (PA) des Fluids (F) in der Arbeitskammer (6) gesteuert wird, wobei

- bei einer fluidischen Verbindung zwischen Arbeitskammer (6) und Fluidzuleitung (401) der Arbeitskolben (7) maximal von der Arbeitskammer (6) weg verschoben wird,
- bei einer fluidischen Verbindung zwischen Arbeitskammer (6) und Ablauf (5) der Arbeitskolben (7) maximal in Richtung der Arbeitskammer (6) verschoben wird,
- mittels des Hubs des Arbeitskolbens (7) die dosierte Abgabe von Fluid (F) über mindestens eine Einspritzöffnung (708) gesteuert wird.

36. Verfahren nach Anspruch 35, bei dem eine Einspritzkammer (705) über eine Einspritzzuleitung (706) mit dem Fluid (F) unter einem Druck (PCR) entsprechend dem Druck (PCR) in der Fluidzuleitung (401) beaufschlagt wird, wobei

- mindestens eine Steuerfläche (711) des Arbeitskolbens (7) dem Fluid (F) der Einspritzkammer (705) ausgesetzt wird, so daß eine dem Druck (PA) des Fluids (F) in der Arbeitskammer (6) entgegenwirkende Kraft auf den Arbeitskolben (7) ausge übt wird,
- die druckwirksame Fläche der Steuerflächen (711) kleiner ist als die dem Fluid (F) in der Arbeitskammer (6) ausge setzte druckwirksame Fläche des Arbeitskolbens (7)
- die Einspritzkammer (705) mit der Einspritzöffnung (708) fluidisch verbunden ist, so daß bei offener Einspritzöff nung (708) Fluid aus der Einspritzkammer (705) über die Einspritzöffnung (708) nach Außen abgegeben wird.

37. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, bei dem der Arbeits kolben (7) mit einer Düsennadel (707) verbunden ist, so daß

- im Ausgangszustand der Arbeitskolben (7) die Düsennadel (707) schließend auf die Einspritzöffnung (708) gedrückt wird,
- während eines Hubvorgangs die Düsennadel (707) von der Ein spritzöffnung (708) abgehoben wird.

38. Verfahren nach Anspruch 37, bei dem die Düsennadel (707) oder der Arbeitskolben (7) durch eine Nadelkammer (702), in die ein Leckagerücklauf (8) mündet, geführt werden, so daß aus der Einspritzkammer (707) oder der Arbeitskammer (6) oder beiden ein leckagebehafteter Strom von Fluid (F) in die Nadelkammer (702) fließt, und von dort über den Leckagerück lauf (8) abgeführt wird.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 38 zum Einsatz in einem Kraftstoff-Einspritzer.