EP1276983B1 - Valve for controlling liquids - Google Patents
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- EP1276983B1 EP1276983B1 EP01921223A EP01921223A EP1276983B1 EP 1276983 B1 EP1276983 B1 EP 1276983B1 EP 01921223 A EP01921223 A EP 01921223A EP 01921223 A EP01921223 A EP 01921223A EP 1276983 B1 EP1276983 B1 EP 1276983B1
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- 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
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- 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
- F02M2200/704—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with actuator and actuated element moving in different directions, e.g. in opposite directions
Definitions
- the invention is based on a valve for controlling Liquids according to the detail defined in claim 1 Sort of out.
- the hydraulic chamber is in such a way between the two Clamped piston, that the actuating piston of the Valve member one to the gear ratio of Piston diameter makes increased stroke when the larger piston by the piezoelectric actuator to a certain distance is moved.
- the valve member, the pistons and the piezoelectric actuator are thereby on a common axis in a row.
- valves in particular the great length, which extends through the longitudinal direction successively arranged piston results and at low available installation space very hindering is.
- the inventive valve for controlling fluids according to the features of claim 1 with an actuating piston, which in a blind bore the adjusting piston is arranged, and with at least one Reduction element for the realization of the translation advantageously requires only a very small Installation space.
- the leakage from the hydraulic chamber significantly reduce, as by the solution according to the invention parallel sealing gaps between control pistons, Actuating piston and reducing much less Liquid can escape than over the inevitable larger peripheral surfaces of serially one behind the other arranged actuating and actuating piston.
- the transmission ratio is constructive in the inventive Valve in a particularly simple manner about the area ratios between the cross-sectional area of the actuator piston on the hydraulic chamber, i. the base area of the blind bore, and the cross-sectional area, which is the cross section of the actuating piston and the cross section of the at least one Reduzierettis composed, realized.
- the actuating piston together with the at least one reducing element for a first part length of its maximum stroke displaceable is, and that the actuating piston from reaching the stop for the at least one reducing element in the Bore the valve body a remaining stroke performs.
- the piezoelectric Although actuator provides a large reserve of power as long as the Aktorhub is small, but that the maximum Stroke piezoelectric actuators is also small. It is with a step ratio according to the invention but advantageously possible, a great force on the valve closure member for a first part length of maximum stroke, since the gear ratio 1: 1 relative to the actuating piston. In order to can the valve closure member against a very high Print to be opened. After the reducer its Stop has reached, the actuating piston depending on the dimensions of a remaining stroke with less Overcome power.
- valve can also be the piezoelectric actuator on to be downsized as to the execution of the required Stroke the maximum actuator power only for a small stroke is required.
- valve in a special way as a servo valve for control a fuel injection valve for internal combustion engines, in particular a common rail injector, in which a very limited space for Is available and in which the servo valve against a high rail pressure must be opened so that a through an injection needle predetermined flow through the Valve seat of the valve closure member is made possible.
- valve according to the invention for controlling fluids is in the drawing and will become more apparent in the following description explained.
- the single figure shows a schematic, fragmentary Representation of an embodiment of the invention in a fuel injection valve for internal combustion engines in longitudinal section.
- the embodiment shown in the figure shows a use of the valve according to the invention in a Fuel injection valve 1 for internal combustion engines of Motor vehicles.
- the fuel injection valve 1 is presently designed as a common rail injector, the injection of diesel fuel over the Pressure level in a valve control chamber 12, which with a high pressure supply is connected, controlled becomes.
- a multi-part valve member 2 via a piezoelectric actuator 3 formed as a piezoelectric Unit driven, the piezoelectric Actuator 3 on the valve control room and combustion chamber facing away Side of the valve member 2 is arranged.
- the known per se of several layers constructed piezoelectric actuator 3 has on his the valve member 2 side facing an actuator head. 4 on and relies on the valve member facing away Side on a valve body 5 from.
- On the actuator head 4 is via a support 6, a control piston 7 of the valve member 2 on.
- the valve member 2 is in a longitudinal bore executed bore 8 of the Ventilkorpers. 5 axially displaceable and includes next to the actuating piston. 7 nor a valve closure member 9 actuated actuating piston 10, wherein the actuating piston 7 and the actuating piston 10 by means of a hydraulic transmission coupled together.
- the hydraulic transmission is with a hydraulic chamber 11 formed over which the deflection of the piezoelectric Actuator 3 is transmitted.
- the hydraulic chamber 11 is in an open in valve seat direction Blind bore 13 of the actuating piston 7 is formed in which the actuating piston 10 slidably mounted is and the hydraulic chamber 11 in the valve seat direction limited.
- the gear ratio results thereby from the relationship between the to the hydraulic chamber 11 adjacent cross-sectional area A0 of the actuating piston 7 on the one hand and the smaller cross-sectional area A1 of the actuating piston 10 on the other.
- Length of the bolt 14 is greater than the length of an area 10A of the actuating piston 10 with the at the compensation volume the hydraulic chamber 11 adjacent cross-sectional area A1 selected.
- the cross section of the actuating piston 10 tapers from this area 10A against a contact surface 16 for the valve closure member 9th
- the reducing element 14 in the valve seat direction be made a little shorter, so that a stepped translation is possible, in which the actuating piston 10 initially together with the Reduzierelement 14 for a first part length of its maximum stroke is displaceable, namely until the reducing element at which preferably divided at a dividing surface of executed valve body 5 trained stop 15th comes to the concern.
- 1 Coupling can be a great force on the valve closure member 9 are applied, while in the subsequent sole movement of the actuating piston 10 a large residual stroke can be performed, the one stable operation of the fuel injection valve 1 ensures, on the one hand the valve position clearly and on the other a typical for common rail injectors Outflow throttle 18 can safely cavitate.
- valve closure member 9 which in the present case with spherical caps is formed and on the valve control chamber side End of the valve member 2 is provided acts with formed on the valve body 5 valve seats 19, 20 together, the lower valve seat 20 a Spring device 21 is associated with the valve closing member 9 at discharge of the valve control chamber 12th at the upper valve seat 19 stops.
- the valve seats 19, 20 are in a first formed in the valve body 5
- Valve chamber 22 is formed, which with a leakage drainage channel 23 and with one to a valve system pressure chamber 24 leading equalization channel 25 a filling device 26 is connected.
- valve closure member 9 which in an alternative Of course, also with only one valve seat can interact, separates a low pressure area 27 with a system pressure from a high pressure area 28 with a high pressure or rail pressure.
- a second valve chamber 29 which on the one hand by the valve body 5 and on the other by a with the adjusting piston 7 and the valve body 5 connected sealing element 30 is limited wherein the sealing element 30 in the present case as a bellows-like Membrane is formed and prevents the piezoelectric actuator 3 with the in the low pressure region 27 contained fuel comes into contact.
- the fuel injection valve 1 works in the manner described below.
- valve closing member For fuel injection, the valve closing member must be 9 against the flow direction and thus against the Rail pressure in the high pressure area 28 are opened.
- valve closure member 9 in a middle position placed between the two valve seats 19, 20 and then in a closed position to the lower Valve seat 20 moves, causing no more fuel the valve control chamber 12 into the first valve chamber 22 passes.
- Valve closure member 9 When the energization of the piezoelectric actuator 3 is interrupted becomes shorter again, and that Valve closure member 9 is in the middle position between brought the two valve seats 19, 20, wherein a re-fuel injection takes place. After this Pressure reduction in the valve chamber 22 through the leakage drainage channel 23, the valve closing member 9 moves in its closed position to the upper valve seat 19, in the it is held by the spring means 21.
- the embodiment is not a power balanced fuel injector, Of course, the invention can also be balanced with force designed valves are used.
- the invention is not limited to fuel injectors limited, but it is suitable for everyone Valves with a piezoelectric actuator, at where a valve closure member is a high pressure area of separates a low pressure region, such as in pumps.
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Abstract
Description
Die Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern von
Flüssigkeiten gemäß der in Patentanspruch 1 näher definierten
Art aus.The invention is based on a valve for controlling
Liquids according to the detail defined in
Aus der EP 0 477 400 A1 ist ein 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 einer als Betätigungskolben mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet ist und mit einem anzusteuernden Ventilschließglied verbunden ist und der andere Kolben als Stellkolben mit einem größeren Durchmesser ausgebildet ist und mit dem piezoelektrischen Aktor verbunden ist, ein gemeinsames Ausgleichsvolumen ein. Über dieses können Toleranzen aufgrund von Temperaturgradienten im Bauteil sowie eventuelle Setzeffekte ausgeglichen werden, ohne daß dadurch eine Änderung der Position des anzusteuernden Ventilgliedes auftritt.From EP 0 477 400 A1 is a valve which over a piezoelectric actuator is actuated 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, in which the deflection the piezoelectric actuator via a hydraulic chamber is transmitted. The hydraulic chamber, which as a so-called hydraulic translation works, closes between two limiting pistons, one of which as actuating piston with a smaller diameter is formed and with a valve closure member to be controlled is connected and the other piston than Control piston formed with a larger diameter is and is connected to the piezoelectric actuator, a common compensation volume. About this can Tolerances due to temperature gradients in the Component as well as possible setting effects are compensated without thereby changing the position of the to be controlled valve member occurs.
Die Hydraulikkammer ist dabei derart zwischen den beiden Kolben eingespannt, daß der Betätigungskolben des Ventilgliedes 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.The hydraulic chamber is in such a way between the two Clamped piston, that the actuating piston of the Valve member one to the gear ratio of Piston diameter makes increased stroke when the larger piston by the piezoelectric actuator to a certain distance is moved. The valve member, the pistons and the piezoelectric actuator are thereby on a common axis in a row.
Nachteilig ist bei derartigen Ventilen insbesondere die große Baulänge, welche sich durch die in Längsrichtung hintereinander angeordneten Kolben ergibt und bei geringem zur Verfügung stehenden Einbauraum sehr hinderlich ist.A disadvantage of such valves in particular the great length, which extends through the longitudinal direction successively arranged piston results and at low available installation space very hindering is.
Des weiteren sind bei solchen Ventilen die Leckageverluste aus der Hydraulikkammer entlang eines den Stellkolben bzw. den Betatigungskolben umgebenden Spaltes problematisch, da diese Verluste zu einer empfindlichen Verschlechterung des Wirkungsgrades führen können.Furthermore, in such valves, the leakage losses from the hydraulic chamber along a the actuator piston or the actuating piston surrounding gap problematic, since these losses become a sensitive one Deterioration of the efficiency can lead.
Die beschriebenen Nachteile der bekannten Lösungen treffen vor allem auf Servoventile zur Ansteuerung von als Common-Rail-Injektoren ausgebildeten Kraftstoffeinspritzventilen zu, bei denen ein hoher Wirkungsgrad erwünscht ist sowie ein nur sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung steht.The described disadvantages of the known solutions especially on servo valves to control designed as common rail injectors fuel injection valves to, where a high efficiency desired is as well as a very limited space for Available.
Das erfindungsgemäße Ventil zur Steuerung von Flussigkeiten
gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 mit
einem Betätigungskolben, welcher in einer Sackbohrung
des Stellkolbens angeordnet ist, und mit wenigstens einem
Reduzierelement zur Realisierung der Übersetzung
benötigt in vorteilhafter Weise einen nur sehr kleinen
Einbauraum.The inventive valve for controlling fluids
according to the features of
Des weiteren lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Ventil die Leckverluste aus der Hydraulikkammer deutlich reduzieren, da durch die bei der erfindungsgemäßen Lösung parallel verlaufenden Dichtspalte zwischen Stellkolben, Betätigungskolben und Reduzierelement weit weniger Flüssigkeit entweichen kann als über die zwangsläufig größeren Umfangsflächen von seriell hintereinander angeordneten Stell- und Betätigungskolben.Furthermore, can be with the valve according to the invention the leakage from the hydraulic chamber significantly reduce, as by the solution according to the invention parallel sealing gaps between control pistons, Actuating piston and reducing much less Liquid can escape than over the inevitable larger peripheral surfaces of serially one behind the other arranged actuating and actuating piston.
Aufgrund der geringeren Leckverluste insbesondere bei kleinen Übersetzungen wird ein besserer Wirkungsgrad realisiert. Zudem kann ein kleinerer bzw. kürzerer piezoelektrischer Aktor eingesetzt werden, wodurch die Fertigungskosten für das erfindungsgemäße Ventil deutlich gesenkt werden können, da die Dimensionierung des piezoelektrischen Aktors ein bedeutender Kostenfaktor ist. Due to the lower leakage especially at small translations will be a better efficiency realized. In addition, a smaller or shorter piezoelectric Actuator be used, causing the Production costs for the valve according to the invention clearly can be lowered because the sizing of the piezoelectric actuator a significant cost factor is.
Das Übersetzungsverhältnis wird konstruktiv bei dem erfindungsgemäßen Ventil auf besonders einfache Weise über die Flächenverhältnisse zwischen der Querschnittsflache des Stellkolbens an der Hydraulikkammer, d.h. der Grundfläche der Sackbohrung, und der Querschnittsfläche, welche sich aus dem Querschnitt des Betätigungskolbens und dem Querschnitt des wenigstens einen Reduzierelementes zusammensetzt, realisiert.The transmission ratio is constructive in the inventive Valve in a particularly simple manner about the area ratios between the cross-sectional area of the actuator piston on the hydraulic chamber, i. the base area of the blind bore, and the cross-sectional area, which is the cross section of the actuating piston and the cross section of the at least one Reduzierelementes composed, realized.
In einer sehr vorteilhaften Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Betätigungskolben zusammen mit dem wenigstens einen Reduzierelement für eine erste Teillänge seines maximalen Hubweges verschiebbar ist, und daß der Betätigungskolben ab Erreichen des Anschlags fur das wenigstens eine Reduzierelement in der Bohrung des Ventilkörpers einen verbleibenden Hubweg ausführt.In a very advantageous continuation of the invention can be provided that the actuating piston together with the at least one reducing element for a first part length of its maximum stroke displaceable is, and that the actuating piston from reaching the stop for the at least one reducing element in the Bore the valve body a remaining stroke performs.
Damit wird die Erkenntnis berücksichtigt, daß der piezoelektrische Aktor zwar eine große Kraftreserve liefert solange der Aktorhub klein ist, daß aber der maximale Hub piezoelektrischer Aktoren ebenfalls klein ist. Mit einer erfindungsgemäßen Stufenübersetzung ist es aber in vorteilhafter Weise möglich, eine große Kraft auf das Ventilschließglied fur eine erste Teillänge des maximalen Hubweges aufzubringen, da das Übersetzungsverhältnis gegenüber dem Stellkolben 1:1 beträgt. Damit kann das Ventilschließglied gegen einen sehr hohen Druck geöffnet werden. Nachdem das Reduzierelement seinen Anschlag erreicht hat, kann der Betätigungskolben je nach Dimensionierung einen restlichen Hubweg mit geringerer Kraft überwinden.Thus, the knowledge is taken into account that the piezoelectric Although actuator provides a large reserve of power as long as the Aktorhub is small, but that the maximum Stroke piezoelectric actuators is also small. It is with a step ratio according to the invention but advantageously possible, a great force on the valve closure member for a first part length of maximum stroke, since the gear ratio 1: 1 relative to the actuating piston. In order to can the valve closure member against a very high Print to be opened. After the reducer its Stop has reached, the actuating piston depending on the dimensions of a remaining stroke with less Overcome power.
Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Ventils kann zudem der piezoelektrische Aktor weiter verkleinert werden, da zur Ausführung des erforderlichen Hubweges die maximale Aktorkraft nur noch für einen geringen Hubweg erforderlich ist.With such an inventive embodiment the valve can also be the piezoelectric actuator on to be downsized as to the execution of the required Stroke the maximum actuator power only for a small stroke is required.
Mit seiner erfindungsgemäßen Ausgestaltung eignet sich das Ventil in besonderer Weise als Servoventil zur Ansteuerung eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen, insbesondere eines Common-Rail-Injektors, bei dem ein nur sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung steht und bei dem das Servoventil gegen einen hohen Raildruck geöffnet werden muß, damit ein durch eine Einspritznadel vorgegebener Durchfluß durch den Ventilsitz des Ventilschließgliedes ermöglicht wird.With its inventive design is suitable the valve in a special way as a servo valve for control a fuel injection valve for internal combustion engines, in particular a common rail injector, in which a very limited space for Is available and in which the servo valve against a high rail pressure must be opened so that a through an injection needle predetermined flow through the Valve seat of the valve closure member is made possible.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of Subject of the invention are the description that Drawing and claims removed.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils zur Steuerung von Flüssigkeiten ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert. An embodiment of the valve according to the invention for controlling fluids is in the drawing and will become more apparent in the following description explained.
Die einzige Figur zeigt eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt.The single figure shows a schematic, fragmentary Representation of an embodiment of the invention in a fuel injection valve for internal combustion engines in longitudinal section.
Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt
eine Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils bei einem
Kraftstoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen von
Kraftfahrzeugen. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist
vorliegend als ein Common-Rail-Injektor ausgebildet,
wobei die Einspritzung von Dieselkraftstoff über das
Druckniveau in einem Ventilsteuerraum 12, welcher mit
einer Hochdruckversorgung verbunden ist, gesteuert
wird.The embodiment shown in the figure shows
a use of the valve according to the invention in a
Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer
und einer Einspritzmenge in dem vorliegend
nicht kraftausgeglichen ausgestalteten Kraftstoffeinspritzventil
1 wird ein mehrteiliges Ventilglied 2 über
eine als piezoelektrischer Aktor 3 ausgebildete piezoelektrische
Einheit angesteuert, wobei der piezoelektrische
Aktor 3 auf der ventilsteuerraum- und brennraumabgewandten
Seite des Ventilgliedes 2 angeordnet ist.For setting an injection start, an injection duration
and an injection amount in the present
not force balanced designed
Der auf an sich bekannte Weise aus mehreren Schichten
aufgebaute piezoelektrische Aktor 3 weist auf seiner
dem Ventilglied 2 zugewandten Seite einen Aktorkopf 4
auf und stützt sich auf der dem Ventilglied abgewandten
Seite an einem Ventilkörper 5 ab. An dem Aktorkopf 4
liegt über ein Auflager 6 ein Stellkolben 7 des Ventilgliedes
2 an. Das Ventilglied 2 ist in einer als Längsbohrung
ausgeführten Bohrung 8 des Ventilkorpers 5
axial verschiebbar und umfaßt neben dem Stellkolben 7
noch einen ein Ventilschließglied 9 betätigenden Betätigungskolben
10, wobei der Stellkolben 7 und der Betätigungskolben
10 mittels einer hydraulischen Übersetzung
miteinander gekoppelt sind.The known per se of several layers
constructed
Die hydraulische Übersetzung ist mit einer Hydraulikkammer
11 ausgebildet, über die die Auslenkung des piezoelektrischen
Aktors 3 übertragen wird. Die Hydraulikkammer
11 ist dabei in einer in Ventilsitzrichtung offenen
Sackbohrung 13 des Stellkolbens 7 ausgebildet, in
welcher der Betätigungskolben 10 verschiebbar gelagert
ist und dabei die Hydraulikkammer 11 in Ventilsitzrichtung
begrenzt. Das Übersetzungsverhältnis ergibt sich
dabei aus dem Verhältnis zwischen der an die Hydraulikkammer
11 grenzenden Querschnittsfläche A0 des Stellkolbens
7 einerseits und der kleineren Querschnittsfläche
A1 des Betätigungskolbens 10 andererseits.The hydraulic transmission is with a
Zum Ausgleich der Differenz zwischen der Querschnittsfläche
A1 des Betätigungskolbens 10 und der größeren
Querschnittsfläche A0 an dem Stellkolben 7 ist seitens
des Betätigungskolbens 10 ein als Bolzen ausgebildetes
Reduzierelement 14 vorgesehen, welches in eine axial in
dem Betätigungskolben 10 ausgebildeten Durchgangsbohrung
17 eingesetzt ist und mit einer Querschnittsfläche
A2 an die Hydraulikkammer 11 grenzt. Die Querschnittsfläche
A1 des Betätigungskolbens 10 und die Querschnittsfläche
A2 des Reduzierelementes 14 ergeben zusammen
unter Vernachlässigung von Spaltflächen die an
die Hydraulikkammer 11 grenzende Querschnittsfläche A0
des Stellkolbens 7. Damit ist bei Betätigung des Stellkolbens
7 über die Hydraulikkammer 11 ein Verschieben
des Betätigungskolbens 10 in Ventilsitzrichtung über
wenigstens eine Teillänge seines maximalen Hubweges
moglich, während der als Reduzierelement vorgesehene
Bolzen 14 an einem Anschlag 15 in der Bohrung 8 abgestützt
ist.To compensate for the difference between the cross-sectional area
A1 of the actuating
Bei der in der Figur dargestellten Ausführung ist die
Länge des Bolzens 14 größer als die Länge eines Bereiches
10A des Betätigungskolbens 10 mit der an das Ausgleichsvolumen
der Hydraulikkammer 11 grenzenden Querschnittsfläche
A1 gewahlt. Der Querschnitt des Betätigungskolbens
10 verjüngt sich von diesem Bereich 10A
entgegen einer Anlagefläche 16 für das Ventilschließglied
9.In the embodiment shown in the figure is the
Length of the
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungen kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, daß als Reduzierelement mehrere Bolzen vorhanden sind oder daß das Reduzierelement eine andere Form, wie z.B. eine Ringform, aufweist.In other embodiments of the invention may of course also be provided that as a reducing several bolts are present or that the reducing element another form, e.g. a ring shape, having.
Des weiteren kann das Reduzierelement 14 in Ventilsitzrichtung
auch etwas kürzer ausgeführt sein, so daß eine
gestufte Übersetzung möglich ist, bei der der Betätigungskolben
10 zunächst zusammen mit dem Reduzierelement
14 für eine erste Teillänge seines maximalen Hubweges
verschiebbar ist, nämlich bis das Reduzierelement
an dem vorzugsweise an einer Teilungsfläche des geteilt
ausgeführten Ventilkörpers 5 ausgebildeten Anschlag 15
zum Anliegen kommt. Mit der bis dahin wirkenden 1:1
Kopplung kann eine große Kraft auf das Ventilschließglied
9 aufgebracht werden, während bei der anschließenden
alleinigen Fortbewegung des Betätigungskolbens
10 ein großer Resthub durchgeführt werden kann, der einen
stabilen Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 1
sicherstellt, da zum einen die Ventilstellung eindeutig
ist und zum anderen eine für Common-Rail-Injektoren typische
Ablaufdrossel 18 sicher kavitieren kann.Furthermore, the reducing
Zur Erzielung dieses Effekts kann es ausreichend sein,
das Reduzierelement 14 gegenuber der zuvor beschriebenen
Ausführung in einer so geringen Größenordnung zu
verkürzen, daß sich diese Variante bei den gegebenen
Größenverhältnissen von der in der Figur gezeigten Ausführung
zeichnerisch unmerklich unterscheidet.To achieve this effect, it may be sufficient
the reducing
Das Ventilschließglied 9, welches vorliegend mit Kugelkappen
ausgebildet ist und an dem ventilsteuerraumseitigen
Ende des Ventilgliedes 2 vorgesehen ist, wirkt
mit an dem Ventilkörper 5 ausgebildeten Ventilsitzen
19, 20 zusammen, wobei dem unteren Ventilsitz 20 eine
Federeinrichtung 21 zugeordnet ist, die das Ventilschließglied
9 bei Entlastung des Ventilsteuerraumes 12
am oberen Ventilsitz 19 hält. Die Ventilsitze 19, 20
sind in einem in dem Ventilkörper 5 gebildeten ersten
Ventilraum 22 ausgebildet, der mit einem Leckageablaufkanal
23 und mit einem zu einem Ventilsystemdruckraum
24 führenden Ausgleichkanal 25 einer Befülleinrichtung
26 verbunden ist.The
Das Ventilschließglied 9, welches in einer alternativen
Ausführung selbstverständlich auch mit nur einem Ventilsitz
zusammenwirken kann, trennt einen Niederdruckbereich
27 mit einem Systemdruck von einem Hochdruckbereich
28 mit einem Hochdruck bzw. Raildruck.The
An dem piezoseitigen Ende des Ventilglieds 2 schließt
sich an die Anbohrung 8 ein zweiter Ventilraum 29 an,
welcher einerseits durch den Ventilkörper 5 und andererseits
durch ein mit dem Stellkolben 7 und dem Ventilkörper
5 verbundenes Dichtelement 30 begrenzt ist,
wobei das Dichtelement 30 vorliegend als faltenbalgartige
Membran ausgebildet ist und verhindert, daß der
piezoelektrische Aktor 3 mit dem in dem Niederdruckbereich
27 enthaltenen Kraftstoff in Kontakt kommt.At the piezoseitigen end of the
Über die Befülleinrichtung 26 wird die Hydraulikkammer
11 während einer Ansteuer- bzw. Bestromungspause des
piezoelektrischen Aktors 3 zum Ausgleich einer Leckagemenge
des Niederdruckbereiches 27 mit Hydraulikflüssigkeit
aus dem Hochdruckbereich 28 wiederbefüllt. Hierzu
mündet ein kanalartiger Hohlraum 31 in den Systemdruckraum
24 des Niederdruckbereiches 27, welcher als Bohrung
in einem den Betätigungskolben 10 umgebenden Bereich
7A des Stellkolbens 7 zwischen einem den Stellkolben
7 umgebenden Spalt 32 und einem den Betätigungskolben
10 umgebenden Spalt 33 ausgeführt ist. About the
Es versteht sich, daß auch andere konstruktive Ausgestaltungen
des Systemdruckraumes denkbar sind und daß
die Befülleinrichtung 26 eine geeignete Drosselung gegenüber
dem Hochdruckbereich 28 sowie eine geeignete
Vorrichtung zum Ablassen eines Überdruckes aufweisen
kann.It is understood that other structural configurations
the system pressure chamber are conceivable and that
the
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der Figur arbeitet
in nachfolgend beschriebener Weise.The
In geschlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils
1, d.h. bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor 3,
wird das Ventilschließglied 9 des Ventilglieds 2 durch
den Hochdruck bzw. Raildruck in dem Hochdruckbereich 28
in Anlage an dem oberen Ventilsitz 19 gehalten, so daß
kein Kraftstoff aus dem mit einem für mehrere Kraftstoffeinspritzventile
gemeinsamen Hochdruckspeicherraum
(Common-Rail) verbundenen Ventilsteuerraum 12 in den
ersten Ventilraum 22 gelangen und dann durch den Leckageablaufkanal
23 entweichen kann.In the closed state of the
Bei einer langsamen Betätigung, wie sie bei einer temperaturbedingten
Langenänderung des piezoelektrischen
Aktors 3 oder weiterer Ventilbauteile auftritt, drückt
der Stellkolben 7 unter Verkleinerung des Ausgleichsvolumens
der Hydraulikkammer 11 in Ventilsitzrichtung und
zieht sich bei Temperaturabsenkung entsprechend zurück,
ohne daß dies Auswirkungen auf die Schließ- und Öffnungsstellung
des Ventilgliedes 2 und des Kraftstoffventils
1 insgesamt hat. In a slow operation, as in a temperature-related
Longitudinal change of the
Zur Kraftstoffeinspritzung muß das Ventilschließglied 9
gegen die Strömungsrichtung und damit gegen den
Raildruck im Hochdruckbereich 28 geöffnet werden. Die
hierzu erforderliche Aktorkraft wird durch den piezoelektrischen
Aktor 3 erzeugt, welcher sich bei Bestromung
schlagartig axial ausdehnt und durch Verschiebung
des Stellkolbens 7 in Ventilsitzrichtung einen bestimmten
Druck in der Hydraulikkammer 11 aufbaut. Damit wird
über die Hydraulikkammer 11 auf den Betätigungskolben
10 sowie das Reduzierelement bzw. den Bolzen 14 eine
hydraulische Kraft ausgeübt, welche der Kraft des piezoelektrischen
Aktors 3 entspricht. Da bei der gezeigten
Ausführung das Reduzierelement 14 an dem Absatz 15
in der Bohrung 8 des Ventilkörpers 5 abgestützt ist,
wird lediglich der Betätigungskolben 10 um einen umso
größeren Hub bewegt, je größer die Querschnittsfläche
A2 des Reduzierelements 14 im Vergleich zu der Querschnittsfläche
A1 des Betätigungskolbens 10 ist.For fuel injection, the valve closing member must be 9
against the flow direction and thus against the
Rail pressure in the
Bei dem in der Figur gezeigten Doppelsitzventil wird
dabei das Ventilschließglied 9 in eine Mittelstellung
zwischen den beiden Ventilsitzen 19, 20 gebracht und
anschließend in eine Schließstellung an den unteren
Ventilsitz 20 bewegt, wodurch kein Kraftstoff mehr aus
dem Ventilsteuerraum 12 in den ersten Ventilraum 22 gelangt.In the double-seat valve shown in the figure
while the
Wenn die Bestromung des piezoelektrischen Aktors 3 unterbrochen
wird, verkürzt sich dieser wieder, und das
Ventilschließglied 9 wird in die Mittelstellung zwischen
die beiden Ventilsitze 19, 20 gebracht, wobei eine
erneute Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Nach dem
Druckabbau in dem Ventilraum 22 durch den Leckageablaufkanal
23 bewegt sich das Ventilschließglied 9 in
seine Schließstellung zum oberen Ventilsitz 19, in der
es durch die Federeinrichtung 21 gehalten wird.When the energization of the
Bei jeder Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 3
wird eine Kraftstoffeinspritzung und eine erforderliche
Wiederbefüllung der Hydraulikkammer 11 bei dem erfindungsgemäßen
Ventil 1 durchgeführt, wobei im Hochdruckbereich
28 durch axiale Bewegungen eines Ventilsteuerkolbens
in dem Ventilsteuerraum 12 eine Einspritzdüse
auf an sich bekannte Art mit Kraftstoff versorgt wird.Each time the
Wenngleich sich das Ausführungsbeispiel auf ein nicht kraftausgegliches Kraftstoffeinspritzventil bezieht, kann die Erfindung selbstverständlich auch bei kraftausgeglichen gestalteten Ventilen Verwendung finden. Die Erfindung ist auch nicht auf Kraftstoffeinspritzventile beschränkt, sondern sie eignet sich bei allen Ventilen mit einer piezoelektrischen Aktuatorik, bei denen ein Ventilschließglied einen Hochdruckbereich von einem Niederdruckbereich trennt, wie z.B. in Pumpen.Although the embodiment is not a power balanced fuel injector, Of course, the invention can also be balanced with force designed valves are used. The invention is not limited to fuel injectors limited, but it is suitable for everyone Valves with a piezoelectric actuator, at where a valve closure member is a high pressure area of separates a low pressure region, such as in pumps.
Claims (11)
- Valve for controlling liquids, having a piezoelectric unit (3) for actuating a valve member (2), which can be displaced in a bore (8) of a valve body (5) and has at least one adjusting piston (7) and at least one actuating piston (10) for actuating a valve-closing member (9), which interacts with at least one valve seat (19, 20), which is provided on the valve body (5), in order to open and close the valve (1), and having a hydraulic chamber (11), which operates as a tolerance-compensating member and as a hydraulic transmission, between the adjusting piston (7) and actuating piston (10), characterized in that the adjusting piston (7) has a blind bore (12), which is open in the valve seat direction and in which the actuating piston (10) is mounted displaceably and bound in the hydraulic chamber (11), a cross-sectional surface (A0) of the adjusting piston (7), which surface is adjacent in each case to the hydraulic chamber (11), corresponding at least approximately to a smaller cross-sectional surface (A1) of the actuating piston (10) together with a cross-sectional surface (A2) of at least one reducing member (14), and a transmission being provided in such a manner that the actuating piston (10) can be displaced in the valve seat direction for at least a partial length of its maximum stroke travel while the at least one reducing member (14) is supported on a stop (15) in the bore (8).
- Valve according to Claim 1, characterized in that a stepped transmission is provided in such a manner that the actuating piston (10) together with the at least one reducing member (14) can be displaced for a first partial length of its maximum stroke travel, and in that the actuating piston (10), after reaching the stop (15) for the at least one reducing member (14), executes a remaining stroke travel.
- Valve according to Claim 1 or 2, characterized in that the at least one reducing member is designed as a pin (14) which is inserted into a passage bore (17) formed axially in the actuating piston (10).
- Valve according to Claim 3, characterized in that the length of the pin or of the pins (14) is greater than the length of the region (10A) of the actuating piston (10) with its cross-sectional surface (A1).
- Valve according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the cross section of the actuating piston (10) tapers counter to a bearing surface (16) for the valve-closing member (9).
- Valve according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the stop (15) for the reducing member or the reducing members (14) is designed as a step in the bore (8) of the valve body (5), preferably on a dividing surface of the valve body (5).
- Valve according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the actuating piston (10) is adjacent to a first valve space (22), in which the at least one seat (19, 20) for the valve-closing member (9) is provided, the valve-closing member (9) separating a low-pressure region (27) in the valve (1) from a high-pressure region (28), and in that the adjusting piston (7) is surrounded by a second valve space (29) in a region adjoining the bore (8) of the valve body (5).
- Valve according to Claim 7, characterized in that a filling device (26) is provided to compensate for an amount of leakage from the low-pressure region (27) due to removal of hydraulic fluid from the high-pressure region (28), the filling device (26) being formed in the valve body (5) with a channel-like cavity (31) which opens into a system pressure space (24) of the low-pressure region (27), preferably into a gap (32, 33) surrounding the adjusting piston (7) and/or the actuating piston (10), and which, on the high-pressure side, preferably opens into the first valve space (22).
- Valve according to Claim 8, characterized in that the system pressure space (24) is designed as a bore in a region (7A) of the adjusting piston (7), which region surrounds the actuating piston (10), the system pressure space (24) opening into the gap (33) surrounding the actuating piston (10).
- Valve according to one of Claims 1 to 9, characterized in that it is designed to be inherently not force-compensated.
- Valve according to one of Claims 1 to 10, characterized by its use as part of a fuel injection valve for internal combustion engines, in particular of a common-rail injector (1).
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