DE19854508C1 - Dosiervorrichtung - Google Patents
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Abstract
Dosiervorrichtung, aufweisend DOLLAR A - ein Gehäuse (1) mit einem darin angebrachten Stellantrieb (2), DOLLAR A - eine mit einem Fluid (F) druckbeaufschlagbare Fluidkammer (3), DOLLAR A - mindestens eine mit der Fluidkammer (3) verbundene Einspritzöffnung (6), über welche das Fluid (7) von der Fluidkammer (3) nach außen abgebbar ist, DOLLAR A - eine vom Stellantrieb (2) antreibbare Ventilnadel (5), die durch die Fluidkammer (3) führt und mittels deren Hub ein Öffnen und Verschließen der Einspritzöffnung (6) steuerbar ist, DOLLAR A wobei DOLLAR A - die Ventilnadel (5) nach außen öffnend ausgeführt ist, DOLLAR A - axial druckwirksame Flächen der Ventilnadel (5) und des Gehäuses (1) vorhanden sind, die so ausgeführt sind, daß bei einer Änderung eines Drucks (P) des Fluids (F) die gleiche axiale Längenänderung an der Ventilnadel (5) und am Gehäuse (1) auftritt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
dosierten Abgabe von Fluid, wobei eine Ventilnadel nach außen
öffnet und der Hub des Ventils vom Druck des Fluids unabhän
gig ist.
Bei einem nach außen öffnenden Dosiervorrichtung entstehen
durch das Einbringen von Fluid unter hohem Druck (typischer
weise 100 bar bis 300 bar) hohe Kräfte an den druckbeauf
schlagten Flächen der Dosiervorrichtung. Diese Kräfte führen
zu einer Dehnung des Gehäuses der Dosiervorrichtung und zur
Dehnung der Ventilnadel. Herkömmlicherweise kompensieren sich
diese Dehnungen nicht gegenseitig, wodurch der Ventilhub ver
ändert wird. Falls die Dosiervorrichtung mit einem konstanten
Fluiddruck betrieben wird, ist die Druckdehnung kompensier
bar und im Anwendungsfall unproblematisch. Wird die Dosier
vorrichtung jedoch bei unterschiedlichen Druckniveaus betrie
ben, so ändert sich der Hub der Ventilnadel druckabhängig.
Bei einem sehr hohen Druck (typischerweise < 200 bar) kann es
zur ungewollten Leckage von Fluid und zum selbsttätigen Öff
nen der Dosiervorrichtung kommen. Bisher wird das selbsttäti
ge Öffnen der Dosiervorrichtung durch eine hinreichend starke
Rückstellfeder unterbunden. Die Verwendung immer höherer
Druckniveaus des Fluids macht diese Vorgehensweise aufwendig,
und bei einem nur geringen Stellweg des Primärantriebs un
brauchbar.
Aus der deutschen Patentanmeldung P 19839125.0 ist eine Vor
richtung zur Dosierung von Fluid bekannt, bei der eine nach
außen öffnende Dosiervorrichtung mittels eines piezoelektri
schen Stellantriebs und einer kolbenhydraulischen Übersetzung
arbeitet. Dabei wird ein Ventilstößel durch eine in einer
Fluidkammer befindliche Rückstellfeder dichtend gehalten.
Aus DE 43 25 904 A1 ist eine Kraftstoff-Einspritzanlage zur
Hochdruckeinspritzung von Dieselmotoren offenbart, bei der
die Düsennadel eine aktive Druck-Kompensationsvorrichtung
aufweist.
Aus DE 38 44 134 C2 ist ein Stellantrieb für ein Kraftstoff-
Einspritzventil einer Brennkraftmaschine beschrieben, deren
Aufgabe eine Verwendung von möglichst wenigen Bauteilen zur
möglichst gleichförmigen Belastung eines Piezoelementes ist.
Dabei ist der Piezoaktor mit einem Federelement ausgestattet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den
Einfluß des Drucks des Fluids auf das Öffnungsverhalten der
Dosiervorrichtung zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Un
teransprüchen entnehmbar.
Die Idee der Erfindung basiert im wesentlichen darauf, daß
die axial druckwirksamen Flächen der Ventilnadel und des Ge
häuses der Dosiervorrichtung so ausgeführt sind, daß bei ei
ner Änderung des Drucks des Fluids die gleiche Längenänderung
an der Ventilnadel und am Gehäuse auftritt.
Die Dosiervorrichtung weist dazu ein Gehäuse mit einem darin
angebrachten Stellantrieb auf sowie eine Fluidkammer, die mit
einem unter einem Druck stehenden Fluid befüllbar ist. Mit
der Fluidkammer ist mindestens eine Einspritzöffnung ver
bunden, über welche das Fluid von der Fluidkammer nach außen
abgebbar ist.
Weiterhin ist eine vom Stellantrieb antreibbare Ventilnadel
vorhanden, die durch die Fluidkammer führt und mittels deren
Hub ein Öffnen und Verschließen der Einspritzöffnung steuer
bar ist, wobei die Ventilnadel nach außen öffnend ausgeführt
ist. Die Ventilnadel und das Gehäuse weisen axial druckwirk
same, d. h. in axialer Richtung druckbeaufschlagte, Flächen
auf, die so ausgeführt sind, daß bei einer Änderung des
Drucks des Fluids die gleiche axiale Längenänderung an der
Ventilnadel (5) und am Gehäuse auftritt.
Es ergibt sich der Vorteil, daß eine so aufgebaute Dosiervor
richtung in ihrer Funktion unempfindlich gegenüber einer
Schwankung des Fluiddrucks ist.
Weiterhin ergibt sich vorteilhafterweise ein im Vergleich zur
Verwendung einer starken Rückstellfeder ein größerer Ventil
hub und ein sehr einfacher Aufbau.
Es ist vorteilhaft, wenn der Stellantrieb piezoelektrisch an
getrieben wird, beispielsweise mittels eines piezoelektri
schen Aktors. Ein piezoelektrischer Stellantrieb besitzt eine
sehr schnelle Schaltzeit und eine sehr kurze Antriebstotzeit.
In Verbindung mit einem piezoelektrischen Stellantrieb ist
die vorliegende Verbindung besonders vorteilhaft, weil der
piezoelektrische Stellantrieb einen vergleichsweise geringen
Hub besitzt (typischerweise 30 µm bis 40 µm), so daß ein un
gewolltes Öffnen der Dosiervorrichtung vergleichsweise früh
eintritt.
Außer einem piezoelektrischen Stellantrieb kann beispiels
weise auch ein elektrostriktiver oder magnetostriktiver Stel
lantrieb eingesetzt werden, welche beide ebenfalls eine gute
Schaltcharakteristik zeigen. Der magnetostriktive Antrieb be
sitzt allerdings den Nachteil, daß zum Betrieb eine ver
gleichsweise große Spule verwendet werden muß. Der elek
trostriktive Antrieb besitzt den Nachteil, daß die heutzutage
verfügbaren Materialien eine vergleichsweise geringe Curie
temperatur aufweisen, so daß der Betrieb eines elek
trostriktiven Antriebs bei einer erhöhten Temperatur, bei
spielsweise im Bereich eines Motors, nicht möglich ist.
Ebenso ist die Erfindung auch bei einem elektromagnetisch
oder elektrodynamisch angetriebenen Einspritzventil anwend
bar.
Es ist zum vereinfachten Aufbau der Dosiervorrichtung weiter
hin günstig, wenn der Stellantrieb gegen das Fluid abdichtbar
ist.
Unabhängig von der Art des Antriebs ist die Erfindung bei al
len Arten von Dosiervorrichtungen vorteilhaft anwendbar, bei
denen die Durchflußrate vom Hub der Ventilnadel abhängt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Ventilnadel mittels
einer Rückstellfeder auf die Einspritzöffnung preßbar ist.
Die vergleichsweise schwache Rückstellfeder dient zur Rück
stellung der Ventilnadel und dazu, ein ungewolltes Öffnen der
Dosiervorrichtung zu verhindern.
Es ist vorteilhaft, wenn der piezoelektrische Antrieb ein ke
ramischer Vielschicht-Piezoaktor ist. Dabei ist es vorteil
haft, wenn der keramische Aktor druckvorgespannt ist, weil
dadurch schädliche Zugspannungen am Aktor verhindert werden.
Aufgrund eines einfachen Einbaus ist es vorteilhaft, wenn der
Aktor mittels einer Rohrfeder vorgespannt wird. Beispielswei
se kann der keramische Aktor innerhalb einer zylinderförmigen
Rohrfeder angebracht sein. Es ist aber auch möglich mittels
einer oder mehrerer Federn, die parallel oder seriell
angebracht sind, den Piezoaktor unter einer Druckvorspannung
zu halten, beispielsweise mittels einer Tellerfeder.
Die Dosiervorrichtung ist besonders geeignet für die Ein
spritzung von Kraftstoff, beispielsweise in einen Verbren
nungsmotor. Dabei ist die Dosiervorrichtung in einem Druckbe
reich von 100 bar bis 400 bar insbesondere als Benzin-Direkt
einspritzer einsetzbar.
Die unterschiedliche Ausführung der druckwirksamen Flächen
von Ventilnadel und Gehäuse im Bereich ihrer druckbeauf
schlagten Flächen ist besonders günstig anwendbar in dem
Fall, in dem die Ventilnadel unterschiedliche Durchmesser be
sitzt und/oder ein unterschiedlicher Querschnitt derjenigen
Bohrung vorliegt, in der die Ventilnadel geführt wird.
Dabei werden zur Minimierung der Druckabhängigkeit einer Do
siervorrichtung die radialen Abmessungen, d. h. die Quer
schnitte, und die axialen Abmessungen, d. h. die Längen, von
Ventilnadel und Injektorkörper im druckbeaufschlagten Bereich
so konstruiert, daß der Druck des Fluids die gleiche Längen
änderung von Gehäuse und Ventilnadel bewirkt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine axialsym
metrische Dosiervorrichtung beschränkt.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die erfindungs
gemäße Dosiervorrichtung schematisch näher dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch eine herkömmliche nach außen öff
nende Dosiervorrichtung,
Fig. 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht schema
tisch ein Ausführungsbeispiel einer druckunabhängigen
Dosiervorrichtung,
Fig. 3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht schema
tisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dosier
vorrichtung mit druckunabhängigem Ventilhub.
In Fig. 1 ist ein bis auf die Fluidzuleitung 7 axialsymme
trischer Direkteinspritzer dargestellt. In einer Antriebskam
mer 11 innerhalb eines Gehäuses 1 ist ein Stellantrieb 2 in
Form eines Piezoaktors eingebracht. Der Piezoaktor befindet
sich innerhalb einer Rohrfeder 9, durch die der Piezoaktor
unter einer Druckvorspannung gehalten wird. An der dem Ge
häuse 1 abgewandten Seite der Rohrfeder 9 liegt eine Ventil
nadel 5 auf. Die Ventilnadel 5 führt von der Rohrfeder 9
durch eine Durchführung 12 und durch eine Fluidkammer 3 hin
durch zur Außenseite des Gehäuses 1.
Die Fluidkammer 3 wird über eine Kraftstoffzuleitung 7 mit
einem Fluid F unter einem Druck P gefüllt. Sie ist aus einem
Fluidreservoir 31 und einer Einspritzbohrung 32 aufgebaut.
Die Fluidkammer 3 ist so ausgeführt, daß sie an einer Ein
spritzöffnung 6 der Einspritzbohrung 32 in den Außenraum mün
det.
Die Ventilnadel 5 ist an ihrem nach außen führenden Ende, das
der Rohrfeder 9 gegenüber abgewandt ist, in Form eines Ven
tiltellers 51 ausgearbeitet. Durch den Ventilteller 51 ist
die Einspritzöffnung 6 verschließbar.
Innerhalb der Einspritzbohrung 32 ist eine Rückstellfeder 8
vorhanden, welche den Ventilteller 51 so auf das Gehäuse 1
drückt, so daß die Einspritzöffnung 6 verschlossen ist. Eine
Rückstellfeder 8 ist aber allerdings zu schwach, als daß ein
Anliegen des Ventiltellers 51 am Gehäuse 1 bei vollem Druck P
des Fluids F (typischerweise 100 bar bis 300 bar) sicher
stellbar ist.
Zur Abdichtung des in der Antriebskammer 11 befindlichen
Stellantriebs 2 und der Rohrfeder 9 gegenüber dem Fluid F ist
in der Durchführung 12 ein um die Ventilnadel 5 gelegter O-
Ring vorhanden.
Im Ausgangszustand ist der Piezoaktor entladen bzw. kurzge
schlossen und nimmt seine kleinste (axiale) Länge ein. Die
elektrischen Anschlüsse des Stellantriebs 2 sind nicht darge
stellt. Durch die Rohrfeder 9 wird der keramische Piezoaktor
immer unter einer Druckspannung gehalten, so daß keine schäd
lichen Zugspannungen, die Risse erzeugen könnten, auftreten.
Im Ausgangszustand besitzt auch die Rohrfeder 9 eine minimale
axiale Länge. Die Ventilnadel 5 ist maximal zurückgezogen, so
daß der Ventilteller 51 auf dem Gehäuse 1 aufliegt und die
Einspritzöffnung 6 verschließt. Der Verschluß der Ein
spritzöffnung 6 wird auch durch die Rückstellfeder 9 sicher
gestellt.
Während eines Öffnungsvorgangs wird ein elektrisches Signal
an den Stellantrieb 2 angelegt, so daß dieser in axialer
Richtung ausgedehnt wird. Der Stellantrieb 2 elongiert die
Rohrfeder 9, welche wiederum die Ventilnadel in die gleiche
Richtung verschiebt. Dadurch wird der Ventilteller 51 von dem
Gehäuse 1 abgehoben, so daß die Einspritzöffnung 6 geöffnet
ist. Dadurch wird Fluid F aus der Fluidkammer nach außen ab
gegeben.
Zur Beendigung des Öffnungsvorgangs wird der Stellantrieb in
axialer Richtung wieder kontrahiert, beispielsweise durch ein
Kurzschließen bzw. Entladen des Piezoaktors. Dadurch wird die
Ventilnadel 5 wieder zurückgezogen, so daß der Ventilteller
51 wieder die Einspritzöffnung 6 verschließt.
Fig. 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
direkt angetriebene, nach außen öffnende Dosiervorrichtung
mit druckunabhängigem Ventilhub.
Innerhalb der Antriebskammer 11 ist ein in einer Rohrfeder 9
eingebrachter keramischer Vielschicht-Piezoaktor vorhanden
(ohne Abbildung), wobei die Rohrfeder 9 am Gehäuse 1 befe
stigt ist. An der der Befestigung mit dem Gehäuse 1 entgegen
gesetzten Seite der Rohrfeder 9 befindet sich die Ventilnadel
5, welche entweder mit der Rohrfeder 9 in Kontakt steht oder
über einen im Ruhezustand 1 µm bis 3 µm breiten Spalt ge
trennt ist. Die Ventilnadel 5 führt von der Rohrfeder 9 durch
die Antriebskammer 11 durch die Durchführung 12 und durch die
Fluidkammer 3 an die Außenseite des Gehäuses 1. Die Ventilna
del 5 ist in der Durchführung 12 axial verschiebbar ange
bracht. Innerhalb der Antriebskammer 11 befindet sich die
Rückstellfeder 8, durch welche die Ventilnadel 5 an die Rohr
feder gedrückt wird. Die Rückstellfeder 8 stützt sich am Ge
häuse und an einem an der Ventilnadel 5 befestigten Seeger-
Ring ab. Die Durchführung 12 ist gegen die Fluidkammer 3 aus
Sicherheitsgründen mittels zweier Dichtringe fluidisch abge
dichtet.
Zur weiteren Sicherstellung, daß kein Fluid F von der Fluid
kammer 3 in die Antriebskammer 11 gelangt, mündet in die
Durchführung 12 ein Ablauf 32, durch den möglicherweise in
die Durchführung 12 gelangtes Fluid abgeführt wird, bei
spielsweise in einen Tank. Auf der der Antriebskammer 11 ent
gegengesetzten Seite mündet die Durchführung 12 in die Fluid
kammer 3. Die Fluidkammer 3 wird mittels einer Fluidzuleitung
7 mit Fluid F, hier: Benzin, befüllt. Die Fluidkammer 3 ist
als eine Bohrung mit zwei unterschiedlichen Durchmessern in
radialer Richtung ausgeführt. Der Teil der Fluidkammer 3 mit
dem größeren Durchmesser d4 entspricht dem Fluidreservoir 31,
der Teil der Fluidkammer 3 mit dem kleineren Durchmesser d1
entspricht der Einspritzbohrung 32.
Die Ventilnadel 5 ist als ein Stück aus einem Basisteil 52
mit einem Durchmesser d2 und einem darin zentriert übergehen
dem Spitzenteil 53 mit einem kleineren Durchmesser d3 aufge
baut. Das von der Rohrfeder 9 angetriebene Basisteil 52 der
Ventilnadel 5 wird durch die Durchführung 12 geführt. Im
Fluidreservoir 31 kommt es zu einer Querschnittsverengung der
Ventilnadel 5 auf einen kleineren Durchmesser d3. Am nach au
ßen führenden Ende des Spitzenteils 53 der Ventilnadel 5 ist
diese als Ventilteller 51 ausgeführt.
Die (axiale) Bohrungslänge l1 der Einspritzbohrung 32 reicht
vom Aufsatz des Ventiltellers 51 bis zum Fluidreservoir 31,
welches eine Reservoirlänge l2 aufweist. Die Spitzenlänge l4
des Spitzenteils 53 reicht vom Aufsatz der Ventilnadel 5 auf
dem Gehäuse 1 bis zur Querschnittsverengung, d. h. dem Über
gang vom kleineren zum größeren Querschnitt der Ventilnadel 5
im Ausgangszustand, während die Basislänge l3 diejenige des
Basisteils 52 wiedergibt.
Mit Dichtsitzdurchmesser d1 wird der Durchmesser der Ein
spritzbohrung 32 bezeichnet, und mit dem Basisdurchmesser d2
der Durchmesser des Basisteils 52. Mit d3 wird der Durchmes
ser des Spitzenteils 53 bezeichnet, und mit d4 der Durchmes
ser des Fluidreservoirs 31. d5 bezeichnet den Außendurchmes
ser des Gehäuses 1 im Bereich des Fluidreservoirs 31.
Die Längen l1 bis l4 und die Durchmesser d1 bis d5 sind der
gestalt ausgeführt, daß d1 = d2 gilt, also daß der Dichtsitz
durchmesser d1 dem Basisdurchmesser d2 entspricht. Dadurch
wird erreicht, daß durch den Druck P des Kraftstoffs keine
zusätzliche Kraft auf die Rückstellfeder 8 und den Ventilsitz
ausgeübt wird. Die Längen l1 und l3 sind annähernd unabhängig
vom Druck P, wohingegen die Längen l2 und l4 druckabhängig
sind.
Auf die axial druckwirksamen Ringflächen, die das Spitzenteil
53 der Ventilnadel 5 begrenzen, wird - bedingt durch den
Druck P - eine Kraft
ausgeübt, durch die das Spitzenteil 53 gestreckt wird, d. h.,
daß durch den Einfluß des Drucks die Länge l4 wächst. Die
Federkonstante k1 des Spitzenteils 53 errechnet sich zu
mit E: Elastizitätsmodul.
Die druckbedingte Dehnung Δl4 ergibt sich somit zu
Für die Dehnung des Gehäuses 1 gilt näherungsweise eine ana
loge Überschlagsrechnung. Auf die axial druckwirksamen
Ringflächen, die das Fluidreservoir 31 begrenzen, wirkt die
Kraft
Die entsprechende Federkonstante k2 berechnet sich zu
Die druckbedingte Dehnung des Fluidreservoirs 31 ergibt sich
somit zu
Damit sich die Druckänderungen nicht auf den Hub der Ventil
nadel 5 auswirken, wird die Dosiervorrichtung so ausgelegt,
daß gilt:
Diese Abschätzungen sind nur näherungsweise gültig, da die
radiale Dehnung des Fluidreservoirs 31 nicht berücksichtigt
wurde, die sich ebenfalls in Form einer Änderung der Länge l2
des Fluidreservoirs 31 auswirkt. Eine genauere Abstimmung zum
Erreichen der Druckunabhängigkeit ist beispielsweise mit
Hilfe der Methode der finiten Elemente möglich.
Eine solche direkt angetriebene, nach außen öffnende Dosier
vorrichtung ist besonders zur Direkteinspritzung von Benzin
in einen Verbrennungsmotor geeignet.
Fig. 3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
weitere Ausgestaltung einer Dosiervorrichtung mit druckunab
hängigem Ventilhub.
Bei zu Fig. 2 analoger Bezeichnung ist nun eine dazu unter
schiedliche Ausgestaltung von Ventilnadel 5 und Fluidkammer 3
vorgenommen worden. Ein druckunabhängiger Hub der Ventilnadel
5 durch eine geeignete Anpassung von Länge l1 und Querschnitt
d3 des Spitzenteils 53 und/oder durch eine geeignete
Ausgestaltung des Durchmessers d4 des Fluidreservoirs 31 und
des Außendurchmessers d5 des Gehäuses 1 im Bereich des Fluid
reservoirs 31 erreicht. Hierbei muß wieder gelten, daß der
Dichtsitzdurchmesser d1 dem Basisdurchmesser d2 entspricht,
damit durch den Druck P des Fluids F keine Kraft auf die
Rückstellfeder 8 oder den Ventilsitz verursacht wird. Die ge
naue Auslegung kann in diesem Fall nur sinnvoll mit Hilfe von
Simulationsrechnungen ermittelt werden.
Claims (17)
1. Dosiervorrichtung, aufweisend
- 1. ein Gehäuse (1) mit einem darin angebrachten Stellantrieb (2)
- 2. eine mit einem Fluid (F) druckbeaufschlagbare Fluidkammer (3),
- 3. mindestens eine mit der Fluidkammer (3) verbundene Ein spritzöffnung (6), über welche das Fluid (7) von der Fluid kammer (3) nach außen abgebbar ist,
- 4. eine vom Stellantrieb (2) antreibbare Ventilnadel (5), die durch die Fluidkammer (3) führt und mittels deren Hub ein Öffnen und Verschließen der Einspritzöffnung (6) steuerbar ist,
- 1. die Ventilnadel (5) nach außen öffnend ausgeführt ist,
- 2. axial druckwirksame Flächen der Ventilnadel (5) und des Ge häuses (1) an der Fluidkammer vorhanden sind, die so ausgeführt sind, daß bei einer Änderung eines Drucks (P) des Fluids (F) die gleiche axiale Längenänderung an der Ventilnadel (5) und am Gehäuse (1) auftritt.
2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der
- 1. die Fluidkammer (3) aus einem zylinderförmigen Fluidreser voir (31) einer daran axial und zentriert anschließenden zylinderförmigen Einspritzbohrung (32) besteht,
- 2. die Ventilnadel (5) aus einem zylinderförmigen Basisteil (52) und einem daran axial und zentriert anschließenden zylinderförmigen Spitzenteil (53) besteht,
- 3. das Basisteil (52) und teilweise das Spitzenteil (53) durch das Fluidreservoir (31) führbar sind,
- 4. das Spitzenteil (53) durch die Einspritzbohrung (32) führ bar ist und an seinem dem Basisteil (52) entgegengesetzten Ende mit einem Ventilteller (51) versehen ist, durch den die Einspritzöffnung (6) verschließbar ist,
3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 2, bei der
die Beziehung
mit l2 = Reservoirlänge, l4 = Spitzenlänge, d3 = Spitzen durchmesser, d4 = Reservoirdurchmesser und d5 = Außendurch messer des Gehäuses (1) im Bereich des Fluidreservoirs (31) gilt.
mit l2 = Reservoirlänge, l4 = Spitzenlänge, d3 = Spitzen durchmesser, d4 = Reservoirdurchmesser und d5 = Außendurch messer des Gehäuses (1) im Bereich des Fluidreservoirs (31) gilt.
4. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der Stellantrieb (2) mittels eines piezoelektrischen,
eines elektrostriktiven oder eines magnetostriktiven Aktors
antreibbar ist.
5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Aktor mit
tels einer Rohrfeder (9) druckvorspannbar ist.
6. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der mittels einer Rückstellfeder die Ventilnadel (5) auf
die Einspritzöffnung (6) preßbar ist.
7. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der das Fluid (F) Benzin ist.
8. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7 zur
Verwendung in einem Verbrennungsmotor.
9. Verfahren zur Dosierung von Fluid, bei dem
- 1. mittels eines in einem Gehäuse (1) angebrachten Stellan triebs (2) der Hub einer durch eine Fluidkammer (3) geführ ten Ventilnadel (5) gesteuert wird,
- 2. die Fluidkammer (3) mit einem Fluid (F) druckbeaufschlagt wird,
- 3. axial druckwirksame Flächen der Ventilnadel (5) und des Ge häuses (1) an der Fluidkammer vorhanden sind, die so ausgeführt sind, daß bei einer Änderung des Drucks (P) des Fluids (F) die gleiche Längenänderung an der Ventilnadel (5) und am Gehäuse (1) auftritt,
- 1. im Ausgangszustand mindestens eine mit der Fluidkammer (3) verbundene Einspritzöffnung (6) mittels der Ventilnadel (5) verschlossen wird,
- 2. während eines Öffnungsvorgangs durch eine Betätigung des Stellantriebs (2) die Ventilnadel (5) nach außen von der Einspritzöffnung (6) abgehoben wird, und Fluid (F) aus der Fluidkammer (3) dosiert nach außen abgegeben wird,
- 3. während des Rückstellvorgangs mittels des Stellantriebs (2) die Ventilnadel (5) dichtend auf die Einspritzöffnung (6) verschoben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem
d1 = d2
gilt mit d1 = Dichtsitzdurchmesser und d2 = Basisdurchmesser.
- 1. als Fluidkammer (3) ein zylinderförmiges Fluidreservoir (31) zusammen mit einer daran axial und zentriert anschlie ßenden zylinderförmigen Einspritzbohrung (32) verwendet wird,
- 2. die Ventilnadel (5) aus einem zylinderförmigen Basisteil (52) und einem daran axial und zentriert anschließenden zy linderförmigen Spitzenteil (53) zusammengesetzt wird,
- 3. das Basisteil (52) und teilweise das Spitzenteil (53) durch das Fluidreservoir (31) geführt werden,
- 4. das Spitzenteil (53) durch die Einspritzbohrung (32) ge führt wird und an seinem dem Basisteil (52) entgegengesetz ten Ende mit einem Ventilteller (51) versehen wird, durch den die Einspritzöffnung (6) verschließbar ist,
d1 = d2
gilt mit d1 = Dichtsitzdurchmesser und d2 = Basisdurchmesser.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem
die Beziehung
mit l2 = Reservoirlänge, l4 = Spitzenlänge, d3 = Spitzen durchmesser, d4 = Reservoirdurchmesser und d5 = Außendurch messer des Gehäuses (1) im Bereich des Fluidreservoirs (31) gilt.
mit l2 = Reservoirlänge, l4 = Spitzenlänge, d3 = Spitzen durchmesser, d4 = Reservoirdurchmesser und d5 = Außendurch messer des Gehäuses (1) im Bereich des Fluidreservoirs (31) gilt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem
mittels einer Rückstellfeder eine Kraft auf die Ventilnadel
(5) ausgeübt wird, welche einer nach Außen gerichteten Bewe
gung der Ventilnadel (5) entgegengesetzt ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei
der
der Stellantrieb (2) mittels eines piezoelektrischen, eines
elektrostriktiven oder eines magnetostriktiven Aktors ange
trieben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem
der Aktor druckvorgespannt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem der
Druck (P) des Fluids (F) 100 bar bis 300 bar beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem
als Fluid (F) Benzin verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, das
in einem Verbrennungsmotor angewandt wird.
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