DE4306072A1 - Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen einer in einem Gehäuse vorhandenen Durchtrittsöffnung - Google Patents

Description

Das Betriebsverhalten eines Verbrennungsmotors hängt in ent­ scheidender Weise von der Qualität der Gemischaufbereitung ab. So lassen sich die Schadstoffemission und der Kraftstoffver­ brauch des Motors durch eine dem jeweiligen Betriebszustand angepaßte Zumessung des Kraftstoffes zur Ansaugluft erheblich verringern. Dies gilt in besonderem Maße für einen mit geregeltem Dreiwegekatalysator ausgestatteten Kfz-Verbren­ nungsmotor. Der der Reduzierung der Schadstoffemission die­ nende Katalysator arbeitet nur in einem sehr kleinen Luft­ zahlbereich mit einem hohen Wirkungsgrad. Um einen maximalen Konversionsgrad zu gewährleisten, darf das Luft-/Kraftstoff­ verhältnis in jedem Betriebszustand des Motors daher nur um wenige Prozent von einem das jeweilige Optimum repräsentie­ renden Sollwert abweichen.

Elektromagnetisch angetriebene Einspritzventile erlauben keine optimale Gemischaufbereitung, da sie aufgrund der Mas­ senträgheit der bewegten Teile und der Eigeninduktivität des Elektromagneten nur minimale Ventilöffnungs- und Schließzei­ ten von etwa 1 bis 2 ms zulassen. Die minimale Öffnungszeit bestimmt aber die kleinste dosierbare Kraftstoffmenge, so daß die Einhaltung der korrekten Luftzahl λ insbesondere in in­ stationären Betriebszuständen des Motors, im Teillastbereich und im Lehrlauf mit den zur Zeit am Markt erhältlichen Ein­ spritzventilen nicht möglich ist. Um erhebliche Fehldosierun­ gen zu vermeiden, benötigt man daher Ventile, deren Öffnungs- und Schließzeiten im Bereich von etwa 0,1 bis 0,2 ms liegen.

Das Prinzip der Druckstoßeinspritzung basiert auf der durch schnelles Schließen eines Absperrventils hervorgerufenen Um­ wandlung von kinetischer Energie in Druckenergie. Infolge der abrupten Verzögerung des in der Schwungleitung einer Druck­ stoß-Einspritzanlage strömenden Kraftstoffs entsteht eine Druckwelle, die sich mit Schallgeschwindigkeit bis zu einer nach Art eines Überdruckventils ausgeführten Einspritzdüse fortpflanzt und dort die Kraftstoffabspritzung bewirkt.

Mit Hilfe der Druckstoß-Einspritztechnik lassen sich auch bei einer primärseitig in Niederdrucktechnik ausgelegten Kraft­ stoffversorgung hohe Einspritzdrücke und sehr gute Aerosole erzeugen. Sie eignet sich insbesondere auch für Anwendungen in modernen Schichtladungsmotoren, da sie die Direkteinsprit­ zung ermöglicht und für eine hohe Geschwindigkeit der Strahl­ front des Kraftstoff-Luftgemischs im Brennraum sorgt. Mit der Druckstroßeinspritzung kann auch der Ausstoß gasförmiger Schadstoffe und der Kraftstoffverbrauch von Zweitakt- und Viertaktmotoren deutlich verringert und deren Drehmomentver­ lauf verbessert werden. Diese Vorteile lassen sich in der Praxis allerdings nicht vollständig nutzen, da die im Bereich von 1 bis 2 ms liegende Ansprechzeit der in konventionellen Anlagen verwendeten Absperrventile um etwa einen Faktor 10 zu groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakt aufge­ baute, betriebssichere und verschleißarme Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen einer in einem Gehäuse vorhandenen Durchtrittsöffnung anzugeben. Die Vorrichtung soll sehr gute dynamische Eigenschaften besitzen und auch bei hohen Be­ triebsfrequenzen sehr kurze Öffnungs- und Verschließzeiten ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst.

Die Erfindung ermöglicht den Bau von Kraftstoffeinspritzven­ tilen, die auch bei hohen Betriebsfrequenzen von f < 500 Hz Öffnungs- und Schließzeiten im Bereich von τ < 0,1 ms. er­ möglichen. Mit diesen Ventilen lassen sich daher auch klein­ ste Kraftstoffmengen exakt und gut reproduzierbar dosieren. Außerdem gewährleisten die sehr kurzen Öffnungs- und Schließ­ zeiten einen definierten Strahlaufbau und -abriß. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung läßt sich insbesondere auch als Ab­ sperrventil in einer Druckstoß-Einspritzanlage verwenden.

Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildun­ gen und Ausgestaltungen der im folgenden anhand der Zeichnung erläuterten Erfindung. Hierbei zeigt:

Fig. 1, 3 und 4 Ausführungsbeispiele eines Kraftstoff-Ein­ spritzventils,

Fig. 2 den hydraulischen Hubtransformator des Einspritzven­ tils,

Fig. 5 die Kolben des hydraulischen Hubtransformators,

Fig. 6 den schematischen Aufbau einer Druckstoß-Einspritzan­ lage,

Fig. 7 und 8 Absperrventile der Druckstoß-Einspritzanlage.

Die Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Kraftstoff- Einspritzventils, das einen auf einen hydraulischen Hubtrans­ formator DK, KA, FL, HK wirkenden piezoelektrischen Aktor P als Antriebseinheit enthält. Zur Erzeugung relativ großer Primärhübe bei moderaten Betriebsspannungen eignen sich pie­ zoelektrische Multilayerstacks in besonderer Weise, da sie relative Längenänderungen von etwa Δl/l = 1·10⁻³ bei An­ triebskräften von typischerweise F = 100 bis 10 000 N ermögli­ chen.

Bedingt durch die hohe mechanische Steifigkeit der piezoelek­ trischen Sinterkörper liegt deren elektromechanische Resonanz im Bereich von 10 bis 1000 kHz, so daß sich Ansprechzeiten von etwa 0,001 bis 0,1 ms prinzipiell erzielen lassen. Die im praktischen Betrieb realisierbaren Ansprechzeiten sind allerdings größer und hängen unter anderem von der elektri­ schen Ansteuerung und Beschaltung des Piezostacks sowie von der Größe der zu bewegenden Massen ab. Da die elektrische Kapazität C_P des Piezostacks typischerweise im Bereich von etwa C_P = 1 bis 10 µF liegt und der Innenwiderstand R_i der dem Stack zugeordneten Spannungsquelle etwa R_i ≈ 1 bis 10 Ω beträgt, ergeben sich für die durch τ = C_P×R_i definierte Ladezeitkonstante Werte von etwa τ = 1 bis 100 µs. Die An­ sprechzeiten des Piezostacks liegen also um 1 bis 2 Größen­ ordnungen unter denen vergleichbarer elektromagnetischer An­ triebe, was in Verbindung mit einem kompakten Ventilaufbau und kleinen bewegten Massen extrem kurze Ventilöffnungs- und -schließzeiten ermöglicht.

Die Einspritzung des über die Zuleitung Z herangeführten Kraftstoffs K in einen nicht dargestellten Motorraum erfolgt durch Abheben des Ventiltellers VT von den im Gehäuse VG vor­ handenen Ventildichtsitz VD. Dies geschieht durch elektrische Ansteuerung des Piezoaktors P, dessen axiale Längenänderung sich auf den in einer Gehäusebohrung gedichtet eingebauten Kolben DK überträgt und der dadurch in der mit einer Hydrau­ likflüssigkeit FL gefüllten Kammer KA einen Überdruck er­ zeugt. Ist die durch die Hydraulikflüssigkeit FL auf den in einer zweiten Zylinderbohrung verschiebbar angeordneten Hub­ kolben HK übertragene Kraft größer als die durch eine Schließfeder SF ausgeübte Rückstellkraft, so hebt der mit dem Hubkolben HK verbundene Stößel VS den Ventilteller VT vom Dichtsitz VD ab und der Einspritzvorgang beginnt. Beendet wird die Kraftstoffeinspritzung durch die elektrische Entla­ dung des Piezoaktors P. Infolge der damit einhergehenden Kon­ traktion des Aktors P bewegt sich der Druckkolben DK unter dem Zwang der von einer starken Tellerfeder TF ausgeübten Rückstellkraft wieder nach unten in seine Ruhelage, was in der Hydraulikkammer KA einen Unterdruck hervorruft. Unter­ stützt durch die Schließfeder SF führen der Hubkolben HL und der Stößel VS somit ebenfalls eine nach unten gerichtete Be­ wegung aus, wodurch sich der Ventilteller VT wieder auf den Dichtsitz VD absenkt.

Um eine möglichst lineare Ventilcharakteristik zu erhalten, läßt man den O-Ring gedichteten Ventilstößel VS nur mit einem definierten Hub arbeiten, wobei der Ventildichtsitz VD und die Decke A der Kammer AK als hubbegrenzende Anschläge wir­ ken. Die mit einem unter Überdruck stehenden Medium gefüllte Kammer AK nimmt auch die Schließfeder SF auf, die man vor­ zugsweise zwischen der Kammerdecke A und einer auf einem Seeger-Ring SR aufliegenden Paßscheibe PS montiert. Der See­ ger-Ring SR dient auch als Lager für die zwischen dem Ventil­ stößel VS und dem Kammerboden eingeklemmte Membran M, die ei­ ne Vermischung des in der Kammer AK vorhandenen Druckmediums mit der aus dem Hubtransformator austretenden Hydraulikflüs­ sigkeit FL verhindert.

Im einzelnen zeichnet sich das erfindungsgemäße Einspritzven­ til durch die folgenden Eigenschaften und konstruktiven Merk­ male aus:

Wie in Fig. 1 dargestellt, liegt der nur kleine axiale Län­ genänderungen aus führende Aktor P mit seinen Endflächen am Druckkolben DK bzw. am Abstützlager PL des Gehäuses VG an. Um Hubeinbußen aufgrund herstellungsbedingter Nichtparallelität der Piezoendflächen weitgehend zu vermeiden, ist das Lager PL in Form einer Kugelscheiben/Kegelpfannenanordnung ausgeführt. Das Lager PL kann hierbei am Gehäuse VG oder am Druckkolben DK angebracht sein.

Die vom Aktor P ausgeübte Kraft wird auf den in der Hydrau­ likkammer KA gedichtet eingebauten Druckkolben DK übertragen. Für die Abdichtung des Druckkolbens DK sorgt hierbei ein han­ delsübliches Dichtelement, beispielsweise ein O-Ring OR. Es können aber auch Membranabdichtungen aus Metall oder Gummi Verwendung finden, da der Druckkolben DK nur den vom Aktor P erzeugten kleinen Primärhub von wenigen um ausgeführt.

Die geforderte transiente Arbeitsweise des Ventils macht es erforderlich, den Piezoaktor P mit Hilfe eines Federelements TF mechanisch vorzuspannen. Als Federelement TF findet in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Tellerfeder Verwendung, da sich mit ihr die benötigten Vorspannkräfte auf kleinstem Raum erzeugen lassen. Im Hinblick auf die Ventildynamik sollten alle angetriebenen Teile, also insbesondere auch das Feder­ element TF, eine möglichst geringe Masse besitzen. Diesem Er­ fordernis kann man durch Verwendung von Aluminium oder Titan anstelle von Stahl und/oder durch eine geeignete Formgebung der jeweiligen Teile Rechnung tragen. Da man die Federmasse zu etwa einem Drittel der anzutreibenden Masse hinzurechnen muß, sind Tellerfedern auch in dieser Hinsicht den wesentlich schwereren Spiraldruckfedern vorzuziehen. Da die Tellerfeder TF sowohl die mechanische Vorspannung für den Piezoaktor P erzeugen als auch die Rückführung des Druckkolbens DK in sei­ ner Ruhelage unterstützen soll, ist sie vorzugsweise zwischen einem am Druckkolben DK vorhandenen Seeger-Ring mit auflie­ gender Paßscheibe SR′, PS′ und einem Vorsprung der Gehäuse­ wand eingespannt. Die Öffnungs- und Schließzeiten des Ventils lassen sich durch eine Abstimmung der mechanischen Ei­ genschaften der Tellerfeder TF und der für die Rückführung des Hubkolbens HK eingesetzten Spiraldruckfeder SF weitgehend symmetrisieren. Eine Abstimmung der Federkonstanten hat au­ ßerdem den Vorteil, daß auch die beim Schließen des Ventils in der Hydraulikflüssigkeit FL auftretenden Zugspannungen mi­ nimiert werden, was wiederum die Gefahr des Auftretens von Kavitation verringert.

Es wäre prinzipiell möglich, den vom Aktor P erzeugten Hub direkt auf den Ventilstößel VS zu übertragen. Diese Konstruk­ tion hätte allerdings eine Reihe von Nachteilen. So wäre es aufgrund der starren Verbindung zwischen dem Antriebselement P und dem Ventilstößel VS sehr schwierig, eine ausreichende Dichtheit des Ventils bei temperaturbedingten Längenänderun­ gen und herstellungsbedingten Toleranzen der Bauteile über den angestrebten Arbeitstemperaturbereich zu gewährleisten und gleichzeitig auch noch für eine ausreichend hohe Vorspan­ nung des Piezostacks P zu sorgen. Außerdem wären zur Erzeu­ gung des für einen großen linearen Arbeitsbereich des Ventils benötigten Hubes von ca. 0,1 bis 0,5 mm ein sehr langer Pie­ zoaktor P erforderlich. In dem erfindungsgemäßen Einspritz­ ventil ist deshalb ein aus der EP-A-477 400 bekannter hydrau­ lischer Hubtransformator mit integrierten adaptiven Toleranz­ ausgleich zur Verstärkung des Aktorhubes eingebaut. Das Über­ setzungsverhältnis des in Fig. 2 dargestellten Hubtransforma­ tors ist hierbei in guter Näherung durch das Verhältnis η: = (AD/AH) der Querschnittsflächen AD und AH von Druckkolben DK und Hubkolben HK gegeben und läßt sich den gewünschten Ventilhüben x_H = η·X_D ≈ 100 µm (x_D: Hub des Druckkolbens DK) in weiten Grenzen anpassen.

Im Vergleich zu einer rein mechanischen Übersetzung (Hebelsystem) erlaubt der hydraulische Hubtransformator einen sehr kompakten rotationssymmetrischen Aufbau, große Überset­ zungsverhältnisse und die Übertragung sehr großer Kräfte. Aufgrund der kleinen bewegten Massen weist er auch ein gutes dynamisches Verhalten auf. Ein solcher Antrieb ist bei Ver­ wendung geeigneter Hydraulikflüssigkeiten FL äußerst be­ triebssicher und weitgehend wartungsfrei. Zudem ermöglicht die hydraulische Kraftübertragung die Integration eines adap­ tiven Toleranzausgleichs, der das System unanfällig macht ge­ genüber den durch Temperatur, Druck, Vibrationen usw. hervor­ gerufenen Drifterscheinungen.

Wie die Fig. 2 zeigt, läßt sich der mechanische Toleranzaus­ gleich in einfacher Weise dadurch verwirklichen, daß der Hub­ kolben HK in einer Spielpassung geführt und lediglich der Druckkolben DK mittels eines O-Ringes OR hermetisch dicht eingebaut wird. Der zwischen dem Hubkolben HK und der Zylin­ derbohrung verbleibende Spalt SP stellt bei geeigneter Dimen­ sionierung der Spaltlänge 1 und der Spaltbreite s dann einen großen Strömungswiderstand dar. Er läßt die durch thermische Ausdehnungen bzw. Kontraktionen der Hydraulikflüssigkeit FL, des Gehäuses VG oder andere Bauteile hervorgerufenen Aus­ gleichsvorgänge zwischen der Hydraulikflüssigkeit FL inner­ halb und außerhalb der Hydraulikkammer KA zu, ohne die Funk­ tionsweise des Ventilantriebes zu beeinträchtigen.

Aufgrund der während der Öffnungsdauer des Ventils auftreten­ den Spaltverluste (Ausströmen von Hydraulikflüssigkeit FL aus der Kammer KA in das von der Membran M gebildete Ölreser­ voir), kann der Ventilstößel VS nicht beliebig lange statisch geöffnet gehalten werden. Dies wirkt sich in der Praxis al­ lerdings nicht störend aus, da die maximalen Öffnungszeiten von Kfz-Kraftstoff-Einspritzventilen im Bereich von etwa 10 ms liegen. Außerdem läßt sich die maximale Öffnungszeit entsprechend den jeweiligen Anforderungen in einem weiten Bereich von wenigen Millisekunden bis hin zu einigen Minuten einstellen, indem man die Hubkolbenlänge 1, die Spaltbreite s, die Federkonstante der Schließfeder SF und die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit FL aufeinander abstimmt.

Gasblasen in der Hydraulikflüssigkeit FL des Hubtransforma­ tors würden die maximale Arbeitsfrequenz des Einspritzventils stark herabsetzen, da ein neuer Einspritzvorgang jeweils erst nach der vollständigen Auflösung der Gasblasen eingeleitet werden könnte. In dem erfindungsgemäßen Einspritzventil sind daher Maßnahmen zur Vermeidung der im allgemeinen nur beim Schließen des Ventils durch Zugkräfte in der Hydraulikflüs­ sigkeit FL ausgelösten Kavitationsblasen vorgesehen.

Durch Druckbeaufschlagung der Hydraulikflüssigkeit FL lassen sich Kavitationsblasen in allen auftretenden Betriebszustän­ den vollständig vermeiden, wobei je nach Anwendungsfall Drücke in der Größenordnung von 0,01 MPa bis 1000 MPa erforder­ lich sind. Den Überdruck in der Hydraulikflüssigkeit FL er­ zeugt man vorteilhafterweise mit Hilfe der Kammer AK, die über den Anschluß AS mit einem Druckgasspeicher verbunden ist (s. Fig. 1). Als Druckgase kommen insbesondere Inertgase wie z. B. Argon (Ar), Stickstoff (N₂) oder chemisch wenig reakti­ ve Gasgemische wie Kohlendioxyd (CO₂) oder Fluorchlorkohlen­ wasserstoffe (FCKWs) in Betracht. Die in der Kammer AK zwi­ schen dem Ventilstößel VS und dem Kammerboden angeordnete Membran M stellt sicher, daß sich das Druckgas nicht in der Hydraulikflüssigkeit FL löst. Außerdem verhindert sie ein Auslaufen der Hydraulikflüssigkeit FL.

Bei ausreichender Dichtheit des Systems kann die Kammer AK auch unter Überdruck von der Gaszufuhr abgetrennt und der An­ schluß AS dicht verschlossen werden. Die unter Überdruck ste­ hende Kammer AS übt dann zusammen mit der Membran M selbst die Funktion eines Gasdruckspeichers aus.

Es ist auch ohne weiteres möglich, die Kammer AK an den ohne­ hin vorhandenen Druckölkreislauf des Motors anzuschließen. In diesem Fall kann die Membrane M unter Umständen auch entfal­ len oder durch ein Partikelfilter ersetzt werden. Zum Aus­ treiben von eventuell noch vorhandenen Gasblasen ist es dann zweckmäßig, zusätzlich einen als Abfluß dienenden zweiten An­ schluß in der Kammer AK vorzusehen und einen kontinuierlichen Ölstrom durch die Kammer AK zu leiten.

Eine Vereinfachung des Einspritzventils läßt sich durch den Anschluß der Kammer AK an die Kraftstoff-Niederdruckversor­ gung erreichen. Bei diesem in Fig. 3 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist keine Stößeldichtung SD erforderlich. Au­ ßerdem entfällt die separate Kraftstoffzuführung Z.

Die Anordnung eines kompressiblen Körpers (Gasdruckspeicher) in der Kammer AK kommt dann in Betracht, wenn diese vollstän­ dig mit einem flüssigen Druckmedium (Kraftstoff, Öl) gefüllt ist. Durch diese Maßnahme verbessert sich das dynamische Ver­ halten des Ventils, da die vom Hubkolben HK verdrängte Flüs­ sigkeit lediglich eine geringfügige Kompression des Gas­ druckspeichers bewirkt und nicht zu hohe Gegendrücke in der Hydraulikflüssigkeit FL bzw. Gegenkräfte auf den Hubkolben HK erzeugt. Als Gasdruckspeicher eignen sich insbesondere ge­ schlossenzellige, öl-, kraftstoff- und temperaturbeständige Schaumstoffe auf Polyurethan-, Polyethan-, Polyester-, Natur­ kautschuk-, Chlorbutadien-, Vinyl-, Polyvinylchlorid-, Polyi­ mid-Basis oder Verbundschaumstoffe aus diesen Komponenten so­ wie Gummiblasen. Es ist auch möglich, den Gasdruckspeicher durch eine in der Wand der Kammer AK integrierte federbela­ stete Membran zu realisieren.

Abhängig von der Höhe des in der Kammer AK erzeugten Über­ drucks kann die Tellerfeder TF unter Umständen entfallen bzw. schwächer dimensioniert werden, da die Kammerflüssigkeit be­ reits die Rückführung des Druckkolbens DK in die Ausgangslage bewirkt und den Aktor P unter eine mechanische Vorspannung setzt.

Eine deutliche Verringerung der Masse des Druckkolbens DK läßt sich durch eine Verlagerung der Tellerfeder TF in die Hydraulikkammer KA erreichen (s. Fig. 4). Um einen Flüssig­ keitsaustausch zwischen den durch die Tellerfeder TF ge­ trennten Kammerbereichen zu ermöglichen, müssen Ausgleichs­ kanäle oder Bohrungen an den Auflageflächen der Tellerfeder TF am Kammerboden oder am Druckkolben DK vorhanden sein. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine durchbohrte Tel­ lerfeder TF zu verwenden.

Die vorgeschlagenen konstruktiven Maßnahmen stellen erhöhte Anforderungen an die Axialsymmetrie der einzelnen Ventilkom­ ponenten, da es ansonsten zu einer Klemmung der Kolben DK, HK kommen kann. Dies gilt im besonderen Maße für den mehrfach geführten Stößel VS des in Fig. 1 dargestellten Einspritz­ ventils. Derartige Effekte lassen sich aber weitgehend ver­ meiden, wenn man Kolben mit konvex gekrümmten Seitenflächen anstelle von zylindrischen Kolben verwendet (s. Fig. 5). Diese Maßnahme gewährleistet, daß auch größere Dezentrierun­ gen der bewegten Komponenten in Bezug auf die Gehäusebohrun­ gen und Führungen die Funktionsweise des Ventils nicht be­ einträchtigen.

Eine wesentliche Komponente der in Fig. 6 schematisch darge­ stellten Druckstoß-Einspritzanlage ist das Absperrventil AV, dessen durch ein Antriebselement gesteuerte Öffnung den Ein­ spritzvorgang einleitet. Hierdurch wird der von der Druckver­ sorgungseinheit DV über die Rohrleitung SG aus dem Vorratsbe­ hälter KR angesaugte Kraftstoff K in der Schwungleitung SL beschleunigt, um nach dem Durchlaufen des Absperrventils AV über die Drossel DR und die Rohrleitung RL wieder in den Vor­ ratsbehälter KR zurückzuströmen. Das schnelle Schließen des Absperrventils AV hat zur Folge, daß sich ein von der momen­ tanten Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs K in der Schwungleitung SL abhängiger Druckstoß aufbaut, welcher sich über die Einspritzleitung EL zur Einspritzdüse ED fortpflanzt und bei Überschreitung des Schließdruckes der federbelasteten Ventilnadel zum Abspritzen von Kraftstoff K führt. Der soge­ nannte Schwingungstilger ST dient der Unterdrückung uner­ wünscht er Reflexionsdruckwellen.

Das in Fig. 7 dargestellte Absperrventil der Druckstoß-Ein­ spritzanlage besteht im wesentlichen aus dem in Form eines Durchflußrohres ausgebildeten Ventilkörper VG, einem steuer­ bar verschließbaren Abflußkanal R und weiteren Komponenten, deren Aufbau und Wirkungsweise bereits anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben wurden. So kann der Ventilteller VT durch elek­ trische Ansteuerung des Piezoaktors P unter Vermittlung des hydraulischen Hubtransformators und des am Hubkolben HK befe­ stigten Stößels VS vom Ventilsitz VD abgehoben und der mit der Kammer AK verbundene Abflußkanal R freigegeben werden. Das Absperrventil gestattet ein sehr schnelles Verschließen des Abflußkanals R, wobei die Verschlußzeiten im Bereich von Bruchteilen einer Millisekunde liegen. Als Folge der schlag­ artigen Verzögerung des Kraftstoffs entsteht ein Druckstoß DS, der sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet und den Ventilkörper VG in Richtung der Einspritzdüse ED verläßt.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform eines Ab­ sperrventils ist der Kanal R für den Kraftstoffabfluß von der mit einem unter Druck stehenden Hydrauliköl gefüllten Kammer AK mittels einer O-Ring-gedichteten Stößeldurchführung SD vollständig getrennt. In diesem Fall besitzt die Kammer AK einen separaten Anschluß AS für eine externe Öldruckversor­ gung, beispielsweise des Kfz-eigenen Ölschmiersystems. Auf diese Weise lassen sich Leckverluste der Stößeldurchführung und der Druckkolbendichtung OR ausgleichen. Außerdem kann auf eine Abdichtung (Membran M) zwischen der Hydraulikkammer KA und dem Hubtransformator verzichtet werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschrie­ benen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann man anstelle eines piezoelektrischen Aktors auch elektrostriktive oder ma­ gnetostriktive Aktoren als Antriebselemente verwenden. Alle beschriebenen Ausführungsformen besitzen einen rotations­ bzw. axialsymmetrischen Aufbau. Hiervon kann selbstverständ­ lich auch abgewichen werden, indem man den Hubtransformator aus räumlich verteilten und über Flüssigkeitsleitungen mit­ einander verbundenen Druckkammern aufbaut. Hierbei muß aller­ dings ein Verlust an Funktionalität in Kauf genommen werden.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen einer in einem Ge­ häuse vorhandenen Durchtrittsöffnung gekennzeichnet durch

• - eine von einer ersten Bohrung und einem in der ersten Boh­ rung verschiebbar angeordneten ersten Kolben (DK) gebil­ dete erste Gehäusekammer (KA), wobei die erste Gehäusekam­ mer (KA) mit einer Hydraulikflüssigkeit (FL) gefüllt ist,
• - ein auf den gedichtet eingebauten ersten Kolben (DK) wir­ kendes Antriebselement (P),
• - eine mit einem unter Überdruck stehenden Medium gefüllte zweite Gehäusekammer (AK),
• - eine die erste und die zweite Gehäusekammer (KA, AK) ver­ bindende zweite Bohrung,
• - einen in der zweiten Bohrung verschiebbar angeordneten zweiten Kolben (HK), dessen Querschnittsfläche kleiner ist als die entsprechende Querschnittsfläche des ersten Kol­ bens (DK) und
• - ein Stößelelement (VS), das eine durch das Antriebselement (P) und den ersten Kolben (GK) hervorgerufene Verschiebung des zweiten Kolbens (HK) auf ein Rückstellelement (SF) und eine der Durchtrittsöffnung zugeordnetes Schließelement (VT) überträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusekammern (KA, AK), die Kolben (DK, HK) und die zweite Bohrung jeweils einen axialsymmetrischen Aufbau besit­ zen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen die erste und die zweite Gehäusekammer (KA, AK) verbin­ denden Spalt (SP) oder Kanal.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein auf der antriebsseitigen Wandung der zweiten Gehäusekam­ mer (AK) aufliegendes Dichtelement (M).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Membran (M) als Dichtelement.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Überdruck stehende Medium ein Gas oder eine Flüssigkeit ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Überdruck stehende Flüssigkeit ein Hydrauliköl oder ein Kraftstoff ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gehäusekammer (AK) einen Anschluß (AS) zur Zu­ führung des unter Überdruck stehenden Mediums und die Durch­ trittsöffnung aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine in der zweiten Gehäusekammer (AK) angeordneten Druck­ speicher.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostrik­ tiven Aktor (P) als Antriebselement.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein aus einer Kugelscheiben-/Kegelpfannenanordnung bestehen­ des Aktorlager (PL).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine auf das Antriebselement (P) und/oder den ersten Kolben (DK) wirkendes Federelement (TF).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (TF) in der ersten Gehäusekammer (KA) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Tellerfeder (TF).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung mit einem Zu- oder -Abflußkanal (R) für eine Flüssigkeit verbunden ist.

16. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 als Kraftstoff-Einspritzventil.

17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 als Absperrventil in einer Druckstoß-Einspritzanlage.