EP0947690B1 - Fluid control valve - Google Patents
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- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
- F02M63/0012—Valves
- F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
- F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
- F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
-
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- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
- F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
- F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus
-
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- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
- F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
Definitions
- the invention relates to a valve for controlling liquids according to the preamble of claim 1.
- a valve for controlling liquids according to the preamble of claim 1.
- Actuating piston of the valve member in one in diameter smaller part of a stepped bore is arranged so that it can be moved, whereas a piston with a larger diameter, with the piezo actuator is moved in a larger diameter Part of the stepped bore is arranged.
- a piston with a larger diameter, with the piezo actuator is moved in a larger diameter Part of the stepped bore is arranged.
- Between the two A hydraulic space is clamped in the piston, such that when the larger piston through the actuator by a certain Distance is moved, the actuating piston of the valve member one around the gear ratio of the stepped bore diameter enlarged stroke makes.
- the piston and the piezo actuator lie on a common axis behind each other.
- the valve according to the invention with the characteristic features of claim 1 has the advantage that the pressure chamber does not lose any liquid.
- A is disadvantageous change in length of the entire device avoided, even if the piezo actuator, the valve or the housing its length changes, for example, when heated.
- the facility has a simple structure, and it a safe and reliable seal is created.
- the valve according to the invention is used in a Fuel injection valve, which in the main in Section is shown in Figure 1.
- This injector has a valve housing 1, in which in a longitudinal bore 2 a valve needle 3 is guided. On her one The end is the valve needle with a conical sealing surface 4 provided at the tip 5 projecting into the combustion chamber of the valve housing cooperates with a seat from which Discharge injection openings that lead into the interior of the injection valve, here the valve needle 3 surrounding, below Injection standing fuel filled annular space 7 and connect it to the combustion chamber to create one To perform injection when the valve needle of her Has lifted the seat.
- the annulus is with another Pressure chamber 8 connected, which is constantly in connection with a Pressure line 10 is through which the fuel injector from a high-pressure fuel reservoir not shown Fuel is supplied under injection pressure.
- This high fuel pressure also acts in the pressure chamber 8 and there on a pressure shoulder 11, over which in known Way the valve needle in suitable conditions of their Valve seat can be lifted off.
- valve needle At the other end of the valve needle is in a cylinder bore 12 out there and closes with its end face 14 a control pressure chamber 15, which via a throttle connection 16 is permanently connected to an annular space 17 which, like the pressure chamber 8, continuously with the high-pressure fuel accumulator communicates.
- Axial leads from the control pressure chamber 15 a throttle bore 19 from to a valve seat 20 of a control valve 21.
- the valve seat 20 acts Valve member 22 of the control valve 21 together, which is in the off State a connection between the control pressure chamber 15 and a spring chamber 18, which in turn constantly is connected to a relief room.
- valve member 22 loading in the closing direction Compression spring 23 arranged, the valve member 22 on the Valve seat 20 acted out so that in the normal position of the Control valve 21 this connection of the control pressure chamber 15th is closed. Because the face of the valve needle 3 in the area of the control pressure chamber 15 is greater than that Surface of the pressure shoulder 11 holds the same fuel pressure in the control pressure chamber, which also prevails in the pressure chamber 8, now the valve needle 3 in the closed position. If the valve member 22 is lifted off, however, the pressure in the control pressure chamber decoupled via the throttle connection 16 15 relieved. With the now missing closing force opens the valve needle 3 quickly and on the other hand can be in the closed position be brought as soon as the valve member 22 again comes into the closed position. From that point on, it builds up then quickly over the throttle 16 of the original high Fuel pressure in the control pressure chamber 15 again.
- the valve according to the invention has as an actuator a piezo actuator 24, which has a hydraulic Translator 25 with a hydraulic pressure chamber 26 engages on a shaft 27 of the valve member 22.
- the Pressure chamber 26 is on the one hand by a piston 28 of the piezo actuator 24 limited, on the other hand it has a piston 29 as movable wall that communicates with the valve member shaft 27 stands.
- control chamber 32 and 33 Seen from the pressure chamber 26 on the back 30 or 31 of each piston 28 and 29 form a control chamber 32 and 33, the actuator or valve side of a membrane 34 or 35 is tightly closed.
- the pressure chamber 26 is in the Work of the injector under high pressure, which over the Piston guides of the two pistons 28 and 29 a small Leakage oil flow in the control rooms 32 and 33 causes. Thereby these control rooms 32 and 33 are filled with leak oil, which but the pressure chamber 26 must be returned to the hydraulic translator 25 to keep constant length.
- each control room 32 or 33 there is one at its other Throttle bore 36 or 37 closed with a ball connected.
- the throttle bores 36 and 37 have over a drain hole 40 connection to a not shown Low pressure source.
- Each throttle bore 36 or 37 is in Relief direction with a sharp-edged transition 38 and provided with a rounded transition 39 in the filling direction. This measure ensures that a liquid flow, the entrance on the sharp-edged transition 38 hits, is throttled more than a liquid flow, the return flow over the rounded transition 39 flows, which means that a drain from the control rooms 32nd and 33 is more hampered than refilling the Pressure chamber 26 serving inflow.
- the piezo actuator stroke is smaller, it generates depending on the larger the valve lift.
- FIG. 5 shows an initial one using a pressure curve 41 great pressure in the control room 32, the one with the piezo stroke begins and then drops with the movement of the valve piston 29. If the piezo is switched off and thus enables one Return stroke, a pressure drop occurs at 42 until the Valve piston followed the piezo. About this pressure change the control chamber 32 is refilled.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten
gemäß der Gattung des Patentanspruches 1. Durch die
EP 0 477 400 A1 ist ein solches Ventil bekannt, Dort ist der
Betätigungskolben des Ventilgliedes in einem im Durchmesser
kleineren Teil einer Stufenbohrung dicht verschiebbar angeordnet,
wogegen ein im Durchmesser größerer Kolben, der mit
dem Piezoaktor bewegt wird, in einem im Durchmesser größeren
Teil der Stufenbohrung angeordnet ist. Zwischen den beiden
Kolben ist ein hydraulischer Raum eingespannt, derart, daß,
wenn der größere Kolben durch den Aktor um eine bestimmte
Wegstrecke bewegt wird, der Betätigungskolben des Ventilgliedes
einen um das Übersetzungsverhältnis des Stufenbohrungsdurchmesser
vergrößerten Hub macht. Das Ventilglied,
der Betätigungskolben, der im Durchmesser größere
Kolben und der Piezoaktor liegen auf einer gemeinsamen Achse
hintereinander.The invention relates to a valve for controlling liquids
according to the preamble of
Bei solchen Ventilen besteht das Problem, Längenänderungen des Piezoaktors, des Ventils oder des Ventilgehäuses durch den hydraulischen Kopplungsraum, der im folgenden kurz Druckraum genannt wird, auszugleichen. Da der Piezoaktor zum Öffnen des Ventils im Druckraum einen Druck erzeugt, führt dieser Druck auch zu einem Verlust an Druckraum-Flüssigkeit. Um ein Leerpumpen des Druckraumes zu verhindern, ist eine Wiederbefüllung notwendig. Einrichtungen, die dieses Problem lösen, sind zwar bereits bekannt, dabei ist aber weder ein Ventil zur Überwachung der Nachfüllung vorgesehen, noch ist ausgesagt, ob das Vorratsmittel nachlieferbar ist.The problem with such valves is length changes of the piezo actuator, the valve or the valve housing the hydraulic coupling space, briefly below Pressure room is called to balance. Since the piezo actuator for Opening the valve in the pressure chamber creates a pressure, leads this pressure also leads to a loss of pressure chamber fluid. To prevent the pressure chamber from being emptied, one is Refill necessary. Bodies that have this problem solve, are already known, but there is neither Valve for monitoring the refill is still provided stated whether the inventory can be replenished.
Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß
der Druckraum keinen Flüssigkeitsverlust erleidet. Eine
nachteilige Längenänderung der Gesamteinrichtung ist damit
vermieden, auch wenn der Piezoaktor, das Ventil oder das Gehäuse
seine Länge zum Beispiel bei Erwärmung ändert. Des
weiteren hat die Einrichtung einen einfachen Aufbau, und es
ist eine sichere und zuverlässige Abdichtung geschaffen.The valve according to the invention with the characteristic features
of
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Das erfindungsgemäße Ventil findet Anwendung bei einem
Kraftstoffeinspritzventil, das in wesentlichen Teilen im
Schnitt in der Figur 1 wiedergegeben ist. Dieses Einspritzventil
weist ein Ventilgehäuse 1 auf, in dem in einer Längsbohrung
2 eine Ventilnadel 3 geführt ist. An ihrem einen
Ende ist die Ventilnadel mit einer kegelförmigen Dichtfläche
4 versehen, die an der in den Brennraum ragenden Spitze 5
des Ventilgehäuses mit einem Sitz zusammenwirkt, von dem aus
Einspritzöffnungen abführen, die in das Innere des Einspritzventils,
hier den die Ventilnadel 3 umgebenden, unter
Einspritzdruck stehendem Kraftstoff gefüllten Ringraum 7
führen und diesen mit dem Brennraum verbinden, um so eine
Einspritzung zu vollziehen, wenn die Ventilnadel von ihrem
Sitz abgehoben hat. Der Ringraum ist mit einem weiteren
Druckraum 8 verbunden, der ständig in Verbindung mit einer
Druckleitung 10 steht, über die dem Kraftstoffeinspritzventil
von einem nicht weiter gezeigten Kraftstoffhochdruckspeicher
Kraftstoff unter Einspritzdruck zugeführt wird.
Dieser hohe Kraftstoffdruck wirkt auch in dem Druckraum 8
und dort auf eine Druckschulter 11, über die in bekannter
Weise die Ventilnadel bei geeigneten Bedingungen von ihrem
Ventilsitz abgehoben werden kann.The valve according to the invention is used in a
Fuel injection valve, which in the main in
Section is shown in Figure 1. This injector
has a
Am anderen Ende der Ventilnadel ist diese in einer Zylinderbohrung
12 geführt und schließt dort mit ihrer Stirnseite 14
einen Steuerdruckraum 15 ein, der über eine Drosselverbindung
16 ständig mit einem Ringraum 17 verbunden ist, der,
wie auch der Druckraum 8, fortwährend mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher
in Verbindung steht. Axial führt vom Steuerdruckraum
15 eine Drosselbohrung 19 ab zu einem Ventilsitz
20 eines Steuerventils 21. Mit dem Ventilsitz 20 wirkt ein
Ventilglied 22 des Steuerventils 21 zusammen, das in abgehobenem
Zustand eine Verbindung zwischen dem Steuerdruckraum
15 und einem Federraum 18 herstellt, der wiederum ständig
mit einem Entlastungsraum verbunden ist. In dem Federraum 18
ist eine das Ventilglied 22 in Schließrichtung belastende
Druckfeder 23 angeordnet, die das Ventilglied 22 auf den
Ventilsitz 20 hin beaufschlagt, so daß in Normalstellung des
Steuerventils 21 diese Verbindung des Steuerdruckraumes 15
verschlossen ist. Da die stirnseitige Fläche der Ventilnadel
3 im Bereich des Steuerdruckraumes 15 größer ist als die
Fläche der Druckschulter 11, hält derselbe Kraftstoffdruck
im Steuerdruckraum, der auch in dem Druckraum 8 vorherrscht,
nun die Ventilnadel 3 in geschlossener Stellung.
Ist das Ventilglied 22 jedoch abgehoben, so wird der Druck
im über die Drosselverbindung 16 abgekoppelten Steuerdruckraum
15 entlastet. Bei der nun fehlenden Schließkraft öffnet
die Ventilnadel 3 schnell und kann andererseits in Schließstellung
gebracht werden, sobald das Ventilglied 22 wieder
in Schließstellung kommt. Von diesem Zeitpunkt an baut sich
dann schnell über die Drossel 16 der ursprüngliche hohe
Kraftstoffdruck im Steuerdruckraum 15 wieder auf.At the other end of the valve needle is in a cylinder bore
12 out there and closes with its end face 14
a
Wie die Figur 2 erkennen läßt, hat das erfindungsgemäße Ventil
als Betätiger einen Piezoaktor 24, der über einen hydraulischen
Übersetzer 25 mit einem hydraulischen Druckraum
26 an einem Schaft 27 des Ventilgliedes 22 angreift. Der
Druckraum 26 wird einerseits von einem Kolben 28 des Piezoaktors
24 begrenzt, andererseits hat er einen Kolben 29 als
bewegliche Wand, der mit dem Ventilgliedschaft 27 in Verbindung
steht.As can be seen in FIG. 2, the valve according to the invention has
as an actuator a
Vom Druckraum 26 aus gesehen ist auf der Rückseite 30 bzw.
31 jedes Kolbens 28 bzw. 29 ein Steuerraum 32 bzw. 33 gebildet,
der aktor- bzw. ventilseitig von einer Membran 34 bzw.
35 dicht abgeschlossen ist. Der Druckraum 26 steht bei der
Arbeit des Einspritzventils unter hohem Druck, der über die
Kolbenführungen der beiden Kolben 28 und 29 einen geringen
Leckölstrom in die Steuerräume 32 und 33 bewirkt. Dadurch
sind diese Steuerräume 32 und 33 mit Lecköl gefüllt, das
aber dem Druckraum 26 wieder zugeführt werden muß, um den
hydraulischen Übersetzer 25 auf konstanter Länge zu halten.Seen from the
An jeden Steuerraum 32 bzw. 33 ist eine an ihrem anderen
Ende mit einer Kugel verschlossene Drosselbohrung 36 bzw. 37
angeschlossen. Die Drosselbohrungen 36 und 37 haben über
eine Leckölbohrung 40 Verbindung zu einer nicht dargestellten
Niederdruckquelle. Jede Drosselbohrung 36 bzw. 37 ist in
Entlastungsrichtung mit einem scharfkantigen Übergang 38 und
in Füllrichtung mit einem gerundeten Übergang 39 versehen.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß ein Flüssigkeitsstrom,
der eingangsseitig auf den scharfkantigen Übergang
38 trifft, stärker gedrosselt wird als ein Flüssigkeitsstrom,
der im Rückfluß über den gerundeten Übergang 39
fließt, was bedeutet, daß ein Abfluß aus den Steuerräumen 32
und 33 mehr behindert wird als ein der Wiederbefüllung des
Druckraumes 26 dienender Zufluß.At each
In den beiden Steuerräumen 32 und 33 wird beim Hub der Kolben
28 und 29 über die Restflächen der Membranen 34 und 35
ein Gegendruck erzeugt. Beim Öffnen des Einspritzventils
wirkt der Steuerraum 32, und beim Schließen des Einspritzventils
wirkt der Steuerraum 33. Gleichzeitig werden in umgekehrter
Arbeitsweise die Steuerräume 32 und 33 über die
Drosselbohrungen 36 und 37 wieder befüllt. Über die lichte
Weite des Drosselbohrungen 36 und 37 sowie über eine entsprechende
Auslegung der scharfkantigen bzw. gerundeten
Übergänge 38 und 39 kann in den Steuerräumen 32 und 33 der
richtige Druck eingestellt werden, der gewährleistet, daß
jeweils ein zum Wiederbefüllen des Druckraumes 26 ausreichender
Mindestdruck zur Verfügung steht. Damit ist ein
gleichbleibendes Volumen in dem Druckraum 26 sichergestellt,
womit auch gewährleistet ist, daß beispielsweise durch Erwärmung
auftretende Längeveränderungen ausgeglichen werden.
Die Figuren 4 bis 7 zeigen zusammenhängende Diagramme, bei
denen auf der Abzisse jeweils die Zeit aufgetragen ist. Und
diese Zeitwerte sind mit gestrichelten Linien über die Gesamtdarstellung
der Figuren 4 bis 7 vergleichend dargestellt.In the two
In dem Diagramm nach der Figur 4 sind auf der Ordinaten die
Hübe des Piezoaktors 24 und des Ventil-Kolbens 29 aufgetragen.
Der Piezoaktor-Hub ist kleiner, er erzeugt abhängig von
der Übersetzung den größeren Ventilhub.In the diagram according to FIG. 4, the are on the ordinate
Strokes of the
Die Figur 5 zeigt anhand einer Druck-Kurve 41 einen anfänglichen
großen Druck im Steuerraum 32, der mit dem Piezohub
beginnt und dann mit der Bewegung des Ventilkolbens 29 abfällt.
Wird der Piezo abgeschaltet und ermöglicht somit einen
Rückhub, entsteht bei 42 eine Druckabsenkung bis der
Ventilkolben dem Piezo gefolgt ist. Über diese Druckänderung
wird die Wiederbefüllung des Steuerraumes 32 durchgeführt.FIG. 5 shows an initial one using a
Umgekehrte Verhältnisse herrschen dabei - wie das Diagramm
nach der Figur 6 belegt - in dem Steuerraum 33. Dort verläuft
eine Druckkurve 43 zunächst in ein Tal 44, wo eine Befüllung
des Steuerraumes 33 durchgeführt wird. Anschließend
folgt eine Druckspitze am Ende des Ventilhubes. Zum Schluß
verläuft die Druckkurve 43 im Lecköldruckniveau.The opposite is true - like the diagram
according to FIG. 6 occupied - in the control room 33
a
Schließlich ist in dem Diagramm nach der Figur 7 die Druckübersetzung
des hydraulischen Übersetzers 25 dargestellt,
die bei großen Hüben auf hohem Niveau liegt und nach der
Schaltarbeit des Ventils ein niedrigeres Niveau erreicht.Finally, in the diagram of Figure 7 is the pressure ratio
of the
Obwohl beim Ausführungsbeispiel zwei Drosselbohrungen 36 und
37 und zwei Steuerräume 32 und 33 beschrieben sind, ist es
auch denkbar, diese Einrichtungen nur auf einer Seite des
Druckraumes 26 vorzusehen. Although in the exemplary embodiment two throttle bores 36 and
37 and two
- 11
- Ventilgehäusevalve housing
- 22
- Längsbohrunglongitudinal bore
- 33
- Ventilnadelvalve needle
- 44
- Dichtflächesealing surface
- 55
- Spitzetop
- 66
- --
- 77
- Ringraumannulus
- 88th
- Druckraumpressure chamber
- 99
- --
- 1010
- Druckleitungpressure line
- 1111
- Druckschulterpressure shoulder
- 1212
- Zylinderbohrungbore
- 1313
- --
- 1414
- Stirnseitefront
- 1515
- SteuerdruckraumControl pressure chamber
- 1616
- Drosselverbindungthrottle connection
- 1717
- Ringraumannulus
- 1818
- --
- 1919
- Drosselbohrungthrottle bore
- 2020
- Ventilsitzvalve seat
- 2121
- Steuerventilcontrol valve
- 2222
- Ventilgliedvalve member
- 2323
- Druckfedercompression spring
- 2424
- Piezoaktorpiezo actuator
- 2525
- hydraulischer Übersetzerhydraulic translator
- 2626
- Druckraumpressure chamber
- 2727
- Schaftshaft
- 2828
- Kolbenpiston
- 2929
- Kolbenpiston
- 3030
- Rückseiteback
- 3131
- Rückseiteback
- 3232
- Steuerraumcontrol room
- 3333
- Steuerraumcontrol room
- 3434
- Membranmembrane
- 3535
- Membranmembrane
- 3636
- Drosselbohrungthrottle bore
- 3737
- Drosselbohrungthrottle bore
- 3838
- Übergangcrossing
- 3939
- Übergangcrossing
- 4040
- LeckölbohrungLeak oil bore
- 4141
- Druckkurvepressure curve
- 4242
- Talvalley
- 4343
- Druckkurvepressure curve
- 4444
- Talvalley
Claims (2)
- Valve for the control of liquids, with a valve member (22) which is actuable via a hydraulic intensifier (25) and is loaded in the closing direction onto its valve seat (20) by a compression spring (23), the hydraulic intensifier (25) having a pressure space (26) which, on the one hand, is delimited by a piston (28) of a piezoelectric actuator (24), the movement of the said piston giving rise in the pressure space (26) to a pressure change which, on the other hand, acts on a piston (29), likewise delimiting the pressure space (26), of the valve member (22), by means of which piston (29) the valve member (22) can be adjusted in the opening direction counter to the force of the compression spring (23), characterized in that on the rear side of at least the one piston (28 or 29) is formed a control space (32 or 33) which is closed off sealingly on the actuator side and/or valve side by a diaphragm (34 or 35) and which is filled with leakage oil from the pressure space (26), and in that a throttle bore (36 or 37) connected to a low-pressure source issues into the control space (32 or 33).
- Valve according to Claim 1, characterized in that the throttle bore (36 or 37) has a sharp-edged transition (38) in the relieving direction and a rounded transition (39) in the filling direction.
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