EP1135595B1 - Ventil zum steuern von flüssigkeiten - Google Patents

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EP1135595B1
EP1135595B1 EP00975772A EP00975772A EP1135595B1 EP 1135595 B1 EP1135595 B1 EP 1135595B1 EP 00975772 A EP00975772 A EP 00975772A EP 00975772 A EP00975772 A EP 00975772A EP 1135595 B1 EP1135595 B1 EP 1135595B1
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valve
piezoelectric unit
valve according
tolerance
compensating
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • F02M2200/70—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.
  • Such a valve is known from EP 0 477 400 A1 can be actuated via a piezoelectric actuator, already known.
  • This known valve has an arrangement for an adaptive, mechanical acting in the stroke direction Tolerance compensation for a path transformer of the piezoelectric Actuator on which the deflection of the piezoelectric Actuator is transmitted via a hydraulic chamber.
  • the hydraulic chamber which is called a hydraulic Translation works, closes them between two delimiting pistons, one of which has a piston is formed smaller and with a is to be controlled valve member and the other Piston is formed with a larger diameter and is connected to the piezoelectric actuator, a common Compensation volume.
  • the hydraulic chamber is between the two pistons clamped that the actuating piston of the valve member, in its rest position using one or more springs is held relative to a predetermined position, a around the ratio of the piston diameter makes increased stroke when the larger piston through the piezoelectric actuator moved by a certain distance becomes.
  • the valve member, the pistons and the piezoelectric Actuators lie one behind the other on a common axis.
  • the invention has for its object a valve for Control of liquids with a piezoelectric To create unit in which a tolerance compensation element to compensate for elongation tolerances of the piezoelectric unit and / or other valve components with little space requirement with a simple construction is realized.
  • valve according to the invention for controlling liquids with the characterizing features of claim 1 the advantage that it works with a high natural frequency, because a direct power transmission via the deflection element without a translation with which the natural frequency is quadratic decreases, is provided.
  • valve with the arrangement according to the invention of piezoelectric unit, deflection element and tolerance compensation element has a compact structure.
  • the tolerance compensation element for in particular Elongation tolerances due to temperature changes are included inexpensive according to the invention with simple mechanical means realized.
  • the embodiment shown in the figure shows a preferred use of the valve according to the invention in a fuel injection valve 1 for internal combustion engines of motor vehicles.
  • the fuel injector 1 is present as a common rail injector Injection of diesel fuel trained.
  • an injection duration and an injection quantity over force relationships in the Fuel injection valve 1 becomes a valve member 2 a piezoelectric unit 3 with a piezoelectric Actuator 4, which is on a remote from the combustion chamber Side of the valve member 2 arranged in a piezo chamber 5 which is in turn in a valve body or valve housing 6 is formed.
  • the piston-shaped valve member 2 is axially displaceable in a bore 7 of the valve body designed as a longitudinal bore 6 arranged and has on its combustion chamber side End of a valve head 8 forming a valve closing member on.
  • the valve member 2 is in the present case as a 2/2 valve formed, the valve head 8 with one on the Valve body 6 formed first seat 9 and second seat 10 cooperates. Doing so will take off State of the valve head 8 connects to a Spring chamber 11 with a restoring force on the externally opening valve head 8 exerting spring device 12 manufactured.
  • valve member as a 2/3 valve works with a middle position.
  • the spring chamber 11 is connected to the combustion chamber Flow restrictor 13, which leads to a valve control chamber 14 leads in which one only symbolically indicated in the figure Injection line 15 opens, which in turn from one common high pressure storage space for all fuel injection valves (Common Rail) 16 leads away.
  • the high pressure storage room 16 is in a known manner from one High pressure fuel delivery pump with high pressure fuel filled from a storage tank.
  • the piezoelectric actuator 4 for actuating the valve member 2 is made up of several thin layers and has a piezo head on the side facing the combustion chamber 17 and one on its side facing away from the combustion chamber Piezo foot with an electrical contact 19.
  • the Piezo head 17 is provided with a deflection element 20, by means of which a deflection of the piezoelectric actuator 4 on the Valve member 2 is transferable, connected, the piezoelectric unit 3 in the direction of movement Valve member 2 with its piezo head 17 facing it within a longitudinal extent of the deflecting element 20 is arranged.
  • the deflecting element 20 represents a essentially closed and an interior 21 delimiting Deflection sleeve.
  • the piezoelectric actuator 4 is with the deflection sleeve 20 via a tolerance compensation element 22 to compensate for Elongation tolerances of the piezoelectric unit 3 or other valve components such as of the valve member 2 or of the valve body 6 connected.
  • the tolerance compensation element 22 is parallel to the piezoelectric unit 3 arranged, on the one hand with the piezo head 17 and on the other hand with a support 23 on the deflection sleeve 20 in an area connected to the piezo foot 18 is.
  • the tolerance compensation element with a different number of compensating bolts or is designed, for example, like a sleeve.
  • the tolerance compensation element 22 has one in comparison the piezoelectric unit 3 similar tolerance-related Elongation behavior on without one on the Position of the valve member 2 acting movement of the To cause deflecting elements 20.
  • the tolerance compensation element 20 approximately a length and one Coefficient of thermal expansion of the piezoelectric Actuator 4 on.
  • the piezoelectric unit 3 is opposite to that Valve member 2 receiving bore 7 and located therein Fuel sealed, for which a sealing element 25 is provided is, which is designed here as a sealing plate, which in the two-part valve body at this point 6 is stored.
  • the sealing plate 25 has for contacting of the deflecting element 20 with the valve member 2 in each case with a sealing device 26, which is an O-ring or Membrane is provided through openings 27. By the passage openings 27 extend on the deflection element 20 provided through bolts 28 into the bore 7.
  • valve member 2 For contacting the passage bolts 28 of the deflecting element 20 is the valve member 2 with a plate 29 formed, the diameter of which is essentially that of Deflection elements 20 corresponds.
  • the valve member 2 or its plate 29 is not in the activated state of the piezoelectric actuator 4 by an air gap 30 separated from the deflecting element 20.
  • This air gap 30 is dimensioned such that at one possible temperature compensation movements of the deflecting element can be compensated by a few micrometers.
  • the fuel injection valve 1 according to the figure operates in described below.
  • the balance bolts 24 of the Tolerance compensation element 22 in the same way as that piezoelectric actuator 4 so that the deflecting element 20 is not is moved or experiences only a minimal deflection, which is less than the width of the air gap 30. In in any case, this has no effect on the closing and Open position of the valve member 2 and the fuel valve 1 in total.
  • valve member 2 has in the force balanced designed fuel injector 1 result in that a valve control piston 33 in the valve control chamber 14 after is moved up and fuel is released by a now Injection nozzle in the combustion chamber, not shown is injected.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Aus der EP 0 477 400 A1 ist ein derartiges Ventil, welches über einen piezoelektrischen Aktor betätigbar ist, bereits bekannt. Dieses bekannte Ventil weist eine Anordnung für einen in Hubrichtung wirkenden adaptiven, mechanischen Toleranzausgleich für einen Wegtransformator des piezoelektrischen Aktors auf, bei der die Auslenkung des piezoelektrischen Aktors über eine Hydraulikkammer übertragen wird.
Die Hydraulikkammer, welche als eine sogenannte hydraulische Übersetzung arbeitet, schließt zwischen zwei sie begrenzenden Kolben, von denen ein Kolben mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet ist und mit einem anzusteuernden Ventilglied verbunden ist und der andere Kolben mit einem größeren Durchmesser ausgebildet ist und mit dem piezoelektrischen Aktor verbunden ist, ein gemeinsames Ausgleichsvolumen ein.
Die Hydraulikkammer ist derart zwischen den beiden Kolben eingespannt, daß der Betätigungskolben des Ventilgliedes, das in seiner Ruhelage mittels einer oder mehrerer Federn relativ zu einer vorgegebenen Position gehalten ist, einen um das Übersetzungsverhältnis des Kolbendurchmessers vergrößerten Hub macht, wenn der größere Kolben durch den piezoelektrischen Aktor um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird. Das Ventilglied, die Kolben und der piezoelektrische Aktor liegen dabei auf einer gemeinsamen Achse hintereinander.
Über das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer können Toleranzen aufgrund von Temperaturgradienten im Bauteil oder unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien sowie eventuelle Setzeffekte ausgeglichen werden, ohne daß dadurch eine Änderung der Position des anzusteuernden Ventilgliedes auftritt.
Ein Ausgleich von Längenänderungen des piezoelektrischen Aktors, des Ventilgliedes oder des Ventilgehäuses durch die zwischen zwei Kolben angeordnete Hydraulikkammer erf ordert jedoch eine aufwendige Konstruktion und ist hinsichtlich der auftretenden Leckageverluste und der Wiederbefüllung der Hydraulikkammer problematisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten mit einer piezoelektrischen Einheit zu schaffen, bei dem ein Toleranzausgleichselement zum Ausgleich von Längungstoleranzen der piezoelektrischen Einheit und/oder weiterer Ventilbauteile mit geringem Bauraumbedarf bei einem einfachen Aufbau realisiert ist.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß es mit einer hohen Eigenfrequenz arbeitet, da eine direkte Kraftübertragung über das Umlenkelement ohne eine Übersetzung, mit der die Eigenfrequenz quadratisch abnimmt, vorgesehen ist.
Ein bedeutender Vorteil der Erfindung besteht des weiteren darin, daß das Ventil mit der erfindungsgemäßen Anordnung von piezoelektrischer Einheit, Umlenkelement und Toleranzausgleichselement einen kompakten Aufbau aufweist.
Das Toleranzausgleichselement für insbesondere durch Temperaturänderungen bedingte Längungstoleranzen ist dabei erfindungsgemäß mit einfachen mechanischen Mitteln kostengünstig realisiert.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils zur Steuerung von Flüssigkeiten ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils bei einem Kraftstoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist dabei vorliegend als ein Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Dieselkraftstoff ausgebildet.
Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer und einer Einspritzmenge über Kräfteverhältnisse in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 wird ein Ventilglied 2 über eine piezoelektrische Einheit 3 mit einem piezoelektrischen Aktor 4 angesteuert, welcher auf einer brennraumabgewandten Seite des Ventilgliedes 2 in einer Piezokammer 5 angeordnet ist, die wiederum in einem Ventilkörper bzw. Ventilgehäuse 6 ausgebildet ist.
Das kolbenförmige Ventilglied 2 ist axial verschiebbar in einer als Längsbohrung ausgeführten Bohrung 7 des Ventilkörpers 6 angeordnet und weist an seinem brennraumseitigen Ende einen ein Ventilschließglied bildenden Ventilkopf 8 auf. Das Ventilglied 2 ist vorliegend als 2/2-Ventil ausgebildet, wobei der Ventilkopf 8 mit einem an dem Ventilkörper 6 ausgebildeten ersten Sitz 9 und einem zweiten Sitz 10 zusammenwirkt. Dabei wird in abgehobenem Zustand des Ventilkopfes 8 eine Verbindung zu einem Federraum 11 mit einer eine Rückstellkraft auf den nach außen öffnenden Ventilkopf 8 ausübenden Federeinrichtung 12 hergestellt.
Selbstverständlich kann in einer alternativen Ausführung auch vorgesehen sein, daß das Ventilglied als 2/3-Ventil mit einer Mittelstellung arbeitet.
An den Federraum 11 schließt sich brennraumseitig eine Ablaufdrossel 13 an, die zu einem Ventilsteuerraum 14 führt, in welchen eine in der Figur nur symbolisch angedeutete Einspritzleitung 15 mündet, die ihrerseits von einem für alle Kraftstoffeinspritzventile gemeinsamen Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) 16 abführt. Der Hochdruckspeicherraum 16 wird dabei in bekannter Weise von einer Kraftstoffhochdruckförderpumpe mit Kraftstoff hohen Druckes aus einem Vorratstank befüllt.
Der piezoelektrische Aktor 4 zur Betätigung des Ventilglieds 2 ist aus mehreren dünnen Schichten aufgebaut und weist auf seiner brennraumzugewandten Seite einen Piezokopf 17 sowie auf seiner brennraumabgewandten Seite einen Piezofuß mit einer elektrischen Kontaktierung 19 auf. Der Piezokopf 17 ist mit einem Umlenkelement 20, mittels dem eine Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 4 auf das Ventilglied 2 übertragbar ist, verbunden, wobei die piezoelektrische Einheit 3 in Bewegungsrichtung des Ventilglieds 2 mit ihrem Piezokopf 17 diesem zugewandt innerhalb einer Längserstreckung des Umlenkelements 20 angeordnet ist. Das Umlenkelement 20 stellt dabei eine im wesentlichen geschlossene und einen Innenraum 21 begrenzende Umlenkhülse dar.
Der piezoelektrische Aktor 4 ist mit der Umlenkhülse 20 über ein Toleranzausgleichselement 22 zum Ausgleich von Längungstoleranzen der piezoelektrischen Einheit 3 oder weiterer Ventilbauteile wie z.B. des Ventilglieds 2 oder des Ventilkörpers 6 verbunden. Das Toleranzausgleichselement 22 ist dabei parallel zu der piezoelektrischen Einheit 3 angeordnet, wobei es einerseits mit dem Piezokopf 17 und andererseits mit einem Auflager 23 an der Umlenkhülse 20 in einem an den Piezofuß 18 angrenzenden Bereich verbunden ist.
Wie der Figur zu entnehmen ist, ist das Toleranzausgleichselement 22 mit zwei sich parallel zu der piezoelektrischen Einheit 3 erstreckenden Ausgleichsbolzen 24 ausgebildet, welche an dem auflagerartig über den Durchmesser des piezoelektrischen Aktors 4 überkragenden Piezokopf 17 befestigt sind.
Selbstverständlich kann in einer alternativen Ausführung auch vorgesehen sein, daß das Toleranzausgleichselement mit einer hiervon abweichenden Anzahl an Ausgleichsbolzen oder beispielsweise hülsenartig ausgebildet ist.
Das Toleranzausgleichselement 22 weist ein im Vergleich zu der piezoelektrischen Einheit 3 gleichartiges toleranzbedingtes Längenänderungsverhalten auf, ohne eine auf die Stellung des Ventilglieds 2 einwirkende Bewegung des Umlenkelements 20 zu verursachen. Hierzu weist das Toleranzausgleichselement 20 annähernd eine Länge und einen Temperaturausdehnungskoeffizienten des piezoelektrischen Aktors 4 auf.
Da zum Temperaturausgleich eine gut leitende Wärmebrücke zwischen dem piezoelektrischen Aktor und dem Toleranzausgleichselement 20 nötig ist, ist der diese umgebende Innenraum 21 des Umlenkelements 20 mit einem Wärmeleitmedium 32 befüllt, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dabei dient das Umlenkelement 20 gleichsam als Behälter für das Wärmeleitmedium 32.
In der vorliegenden Ausführung ist als Wärmeleitmedium eine Wärmeleitpaste aus Silikonöl gewählt, jedoch bieten sich hierfür auch andere Medien, insbesondere aus synthetischem Öl an.
Die piezoelektrische Einheit 3 ist gegenüber der das Ventilglied 2 aufnehmenden Bohrung 7 und darin befindlichem Kraftstoff abgedichtet, wozu ein Dichtelement 25 vorgesehen ist, das hier als eine Dichtplatte ausgebildet ist, welche in dem an dieser Stelle zweiteilig ausgeführten Ventilkörper 6 gelagert ist. Die Dichtplatte 25 weist zur Kontaktierung des Umlenkelements 20 mit dem Ventilglied 2 jeweils mit einer Dichteinrichtung 26, welche ein O-Ring oder eine Membran ist, versehene Durchtrittsöffnungen 27 auf. Durch die Durchtrittsöffnungen 27 reichen an dem Umlenkelement 20 vorgesehene Durchtrittsbolzen 28 in die Bohrung 7 hinein.
Zur Kontaktierung mit den Durchtrittsbolzen 28 des Umlenkelements 20 ist das Ventilglied 2 mit einem Teller 29 ausgebildet, dessen Durchmesser im wesentlichen dem des Umlenkelements 20 entspricht.
Das Ventilglied 2 bzw. dessen Teller 29 ist im nicht aktivierten Zustand des piezoelektrischen Aktors 4 durch einen Lüftspalt 30 von dem Umlenkelement 20 getrennt. Dieser Luftspalt 30 ist derart dimensioniert, daß bei einem möglichen Temperaturausgleich Bewegungen des Umlenkelements von einigen wenigen Mikrometern ausgeglichen werden können.
Zwischen der Dichtplatte 25 und dem Piezokopf 17 ist eine Federeinrichtung 31 vorgespannt eingebaut, welche als Vorspannelement für den aus mehreren Schichten in "Multilayer"-Bauart aufgebauten piezoelektrischen Aktor 4 vorgesehen ist und verhindert, daß sich dessen Schichten bei einer Bestromung voneinander lösen.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der Figur arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
In geschlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1, d.h. bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor 4, wird der Ventilkopf 8 des Ventilglieds 2 in Anlage an den ihm zugeordneten ersten Sitz 9 gehalten, so daß kein Kraftstoff aus dem mit dem Hochdruckspeicherraum 16 verbundenen Ventilsteuerraum 14 in den Bereich der Längsbohrung 7 gelangen kann. Der piezoelektrische Aktor 4 ist dabei durch die Federeinrichtung 31 zwischen dem Piezokopf 17 und dem Piezofuß 18 eingespannt, und das mit dem Piezokopf 17 über das Toleranzausgleichselement 22 verbundene Umlenkelement 20 ist durch den Lüftspalt 30 auf Distanz zu dem Ventilglied 2 gehalten.
Im Falle einer langsamen Betätigung, wie sie bei einer temperaturbedingten Längenänderung des piezoelektrischen Aktors 4 auftritt, längen sich die Ausgleichsbolzen 24 des Toleranzausgleichelements 22 in gleicher Weise wie der piezoelektrische Aktor 4, so daß das Umlenkelement 20 nicht bewegt wird oder nur eine minimale Auslenkung erfährt, welche geringer ist als die Breite des Lüftspalts 30. In jedem Fall hat dies keine Auswirkung auf die Schließ- und Öffnungsstellung des Ventilglieds 2 und des Kraftstoffventils 1 insgesamt.
Wenn eine Einspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 1 erfolgen soll, wird der piezoelektrische Aktor 4 bestromt, wodurch dieser seine axiale Ausdehnung schlagartig vergrößert. Bei einer derartigen schnellen Betätigung des piezoelektrischen Aktors 4 wird das mit dem Piezokopf 17 verbundene Umlenkelement 20 ebenso stark in Richtung des Ventilgliedes 2 verschoben, so daß das Umlenkelement: 20 auf den Teller 29 des Ventilgliedes 2 auftrifft und das Ventilglied 2 von seinem ersten Sitz 9 abhebt und in eine geöffnete Stellung an dessen zweitem Sitz 10 bringt. Somit kann aus dem Ventilsteuerraum 14 Kraftstoff in die Längsbohrung 7 des Ventilkörpers 6 eintreten, wobei der eingetretene Kraftstoff durch eine Leckageablaufleitung 34 wieder entweichen kann.
Die Öffnung des Ventilglieds 2 hat in dem kraftausgeglichen ausgestalteten Kraftstoffeinspritzventil 1 zur Folge, daß ein Ventilsteuerkolben 33 in dem Ventilsteuerraum 14 nach oben bewegt wird und Kraftstoff durch eine nun freigebende Einspritzdüse in den nicht weiter dargestellten Brennraum eingespritzt wird.
Bei Deaktivierung des piezoelektrischen Aktors 4 schrumpft dessen Länge wieder auf seine Ausgangslänge zurück, und das 'Ventilglied 2 wird durch die Rückstellkraft der Federeinrichtung 12 an den ersten Sitz 9 an dem Ventilkörper 6 gedrückt.

Claims (13)

  1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einem in einer Bohrung (7) eines Ventilkörpers (6) axial verschiebbaren Ventilglied (2), das an einem Ende ein Ventilschließglied (8) aufweist, das mit einem an dem ventilkörper (6) vorgesehenen Sitz (9, 10) zum Öffnen und Schließen des Ventils (1) zusammenwirkt, mit einer piezoelektrischen Einheit (3) zur Betätigung des Ventilglieds (2), sowie mit einem Toleranzausgleichselement (22) zum Ausgleich von Längungstoleranzen der piezoelektrischen Einheit (3) und/oder weiterer Ventilbauteile (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung der piezoelektrischen Einheit (3) über ein Umlenkelement (20) auf das Ventilglied (2) übertragbar ist, wobei die piezoelektrische Einheit (3) in Bewegungsrichtung des Ventilglieds (2) mit ihrem Piezokopf (17) diesem zugewandt im wesentlichen innerhalb einer Längserstreckung des Umlenkelements (20) angeordnet ist und mit diesem über das Toleranzausgleichselement (22) verbunden ist, welches parallel zu der piezoelektrischen Einheit (3) angeordnet ist und ein hierzu gleichartiges toleranzbedingtes Längenänderungsverhalten ohne eine auf die Stellung des Ventilglieds (2) einwirkende Bewegung des Umlenkelements (20) aufweist.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Toleranzausgleichselement (20) wenigstens annähernd eine Länge und einen Temperaturausdehnungskoeffizienten der wenigstens einen piezoelektrischen Aktor (4) umfassenden piezoelektrischen Einheit (3) aufweist.
  3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Toleranzausgleichselement (22) einerseits mit dem Piezokopf (17) und andererseits mit einem Auflager (23) an dem Umlenkelement (20) in einem an einen Piezofuß (18) angrenzenden Bereich verbunden ist.
  4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die piezoelektrische Einheit (3) und das Toleranzausgleichselement (22) umgebende Bereich (21) mit einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Wärmeleitmedium (32) befüllt ist.
  5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitmedium (32) eine Wärmeleitpaste, insbesondere aus synthetischem Öl, darstellt.
  6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Toleranzausgleichselement (22) mit sich parallel zu der piezoelektrischen Einheit (3) erstreckenden Ausgleichsbolzen (24) ausgebildet ist, welche einerseits an dem auflagerartig über den Durchmesser der piezoelektrischen Einheit (3) überkragenden Piezokopf (17) befestigt sind.
  7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (20) als eine wenigstens teilweise geschlossene und einen Innenraum (21) begrenzende Umlenkhülse ausgebildet ist.
  8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Einheit (3) gegenüber der das Ventilglied (2) aufnehmenden Bohrung (7) abgedichtet ist.
  9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Einheit (3) gegenüber der das Ventilglied (2) aufnehmenden Bohrung (7) mittels einem Dichtelement (25) abgedichtet ist, welches zur Kontaktierung des Umlenkelements (20) mit dem Ventilglied (2) wenigstens eine abgedichtete Durchtrittsöffnung (27) aufweist.
  10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkelement (20) durch das als Dichtplatte ausgebildete Dichtelement (25) in die das Ventilglied (2) aufnehmende Bohrung (7) reicht, wobei das Umlenkelement (20) im Bereich der wenigstens einen Durchtrittsöffnung (27) durch die Dichtplatte (25) Durchtrittsbolzen (28) aufweist.
  11. Ventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorspannelement für die piezoelektrische Einheit (3) eine an dem Dichtelement (25) abgestützte Federeinrichtung (31) vorgesehen ist.
  12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (2) zur Kontaktierung mit dem Umlenkelement (20) mit einem Teller (29) ausgebildet ist, dessen Durchmesser im wesentlichen dem des Umlenkelements (20) entspricht.
  13. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Bestandteil eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen, insbesondere eines Common-Rail-Injektors (1).
EP00975772A 1999-09-30 2000-09-16 Ventil zum steuern von flüssigkeiten Expired - Lifetime EP1135595B1 (de)

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DE19946841A DE19946841A1 (de) 1999-09-30 1999-09-30 Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten
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EP1135595A1 EP1135595A1 (de) 2001-09-26
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EP (1) EP1135595B1 (de)
JP (1) JP2003510508A (de)
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