EP1276986A1 - Ventil zum steuern von flüssigkeiten - Google Patents

Ventil zum steuern von flüssigkeiten

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EP1276986A1
EP1276986A1 EP01919220A EP01919220A EP1276986A1 EP 1276986 A1 EP1276986 A1 EP 1276986A1 EP 01919220 A EP01919220 A EP 01919220A EP 01919220 A EP01919220 A EP 01919220A EP 1276986 A1 EP1276986 A1 EP 1276986A1
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EP
European Patent Office
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valve
pressure
hydraulic chamber
cavity
solid body
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01919220A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Stoecklein
Dietmar Schmieder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1276986A1 publication Critical patent/EP1276986A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/705—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for filling or emptying hydraulic chamber, e.g. for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • valves are used to control liquids in which a valve closing member separates a low pressure area in the valve from a high pressure area, e.g. in fuel injectors, in particular common rail injectors, or pumps of motor vehicles are well known.
  • the valve according to the invention for controlling liquids with the features of claim 1 has the advantage that the system pressure in the hydraulic chamber is variable, its pressure level being dependent on the pressure prevailing in the high pressure range. This means that at high pressure levels in the high pressure range Increasing the system pressure in the hydraulic chamber possible, which supports the actuating piston to open the valve closing member against the high pressure. In this way, a reduced control voltage of the piezoelectric unit is sufficient compared to a valve with a constant system pressure, which is why the valve according to the invention can be equipped with a smaller and less expensive piezoelectric unit.
  • the solution according to the invention is characterized by its structurally simple nature, which allows the variable system pressure in the hydraulic chamber to be defined by easily adjustable geometric variables such as the longitudinal section of the solid body of the refilling device surrounded by gap flow between the high-pressure feed and a branch to the hydraulic chamber ,
  • valve for controlling liquids according to the invention Some embodiments of the valve for controlling liquids according to the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it
  • FIG. 1 shows a schematic, partial representation of a first exemplary embodiment of the invention in a fuel injection valve for internal combustion engines in longitudinal section
  • FIG. 2 shows a diagram with a greatly simplified course of a system pressure in the low-pressure area as a function of the pressure in the high-pressure area
  • FIG. 8 shows a schematic cross section through the embodiment according to FIG. 7,
  • FIG. 1 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 designed as a common rail injector for injecting diesel fuel, the fuel injection being based on the pressure level in a valve control chamber 2, which is associated with connected to a high pressure supply is controlled.
  • a valve member 3 is activated via a piezoelectric unit designed as a piezoelectric actuator 4, which is arranged on the side of the valve member 3 facing away from the valve control chamber and combustion chamber.
  • the piezoelectric actuator 4 is constructed in the usual manner from several layers and has an actuator head 5 on its side facing the valve member 3 and an actuator base 6 on its side facing away from the valve member 3, which is supported on a wall of a valve body 7.
  • valve member 3 which is axially displaceably arranged in a longitudinal bore 10 of the valve body 7, comprises a second piston 11, which actuates a valve closing member 12 and is therefore also referred to as an actuating piston.
  • valve seats 14, 15 formed on the valve body 7, the valve closing member 12 separating a low pressure region 16 with the system pressure p_sys from a high pressure region 17 with a high pressure or rail pressure p_R.
  • the valve seats 14, 15 are formed in a valve chamber 18 formed by the valve body 7, from which a leakage drain channel 19 leads away on the side of the valve seat 14 facing the piezoelectric actuator 4, and the high-pressure side via the second valve seat 15 and an outlet throttle 20 with the Valve control chamber 2 of the high pressure area 17 is connectable.
  • valve control chamber 2 which is only indicated in FIG. 1, a movable valve control piston is arranged, which is not shown in the drawing.
  • the injection behavior of the fuel valve 1 is increased by axial movements of the valve control piston in the valve control chamber 2, which is usually connected to an injection line, which is connected to a high-pressure storage chamber (common rail) common to several fuel injection valves and supplies an injection nozzle with fuel controlled in a manner known per se.
  • a high-pressure storage chamber common rail
  • FIG. 2 shows the dependence of the system pressure p_sys on the rail pressure p_R in an extremely schematic manner.
  • the system pressure p_sys can be assumed as a product of the high pressure p_R and the distance 1_B between the branch 28 to the hydraulic chamber 13 and the end 25B of the solid or pin 25, at which the leakage line 27 opens into the cavity 24, based on the total length of the pin 25.
  • the static system pressure p sys in the hydraulic chamber 13, which represents the coupler pressure can thus be determined in terms of formula:
  • the spring force F_F is on Further parameters for geometrically determining the branch 28 of the line 29 to the hydraulic chamber 13.
  • the maximum permissible system pressure p_sys_max which is shown in FIG. 2, can thus be represented in a simplified manner as follows:
  • the line 26 branching off from the high-pressure region 17 is connected in the present embodiment to a high-pressure inlet 31 from a high-pressure pump 32 to the valve control chamber 2 in the high-pressure region 17.
  • the line 29 leading from the branch 28 to the hydraulic chamber 13 is divided into a first line 29A and a second line 29B, the mouth region of which is formed in the gap 36 or gap 37 as a filling groove 38, 39 ,
  • the filling grooves 38, 39 can be supplied individually or together with the pressure supplied via the pin 25.
  • valve closing member 12 In the closed state of the fuel injection valve 1, that is to say when the piezoelectric actuator 4 is not energized, the valve closing member 12 lies against the one assigned to it upper valve seat 14 and is loaded by the spring 30 with the spring preload F_F. Above all, the rail pressure p_R is applied to the valve closing member 12, which presses the valve closing member against the first valve seat 14.
  • valve 1 is therefore the pin 25 of the feed device 23 is used, by means of which the pressure in the hydraulic chamber 13 is also increased accordingly at high rail pressure p_R. In this way, the piezo-side force on the valve closing member 12 is increased at the same voltage on the piezoelectric actuator 4, as shown in Figure 3.
  • FIG. 3 shows the course of the force F_A of the piezoelectric actuator 4 on the valve closing element 12 for a first voltage U1 and for a second lower voltage U2 with a dashed line, with variable system pressure p_sys according to the invention and with a solid line at conventional static system pressure p_sys , It shows that with the variable system pressure p_sys according to the invention, the piezoelectric actuator with one and the same voltage when moving the valve closing member 12 from a position S1 on the first valve seat 14 to a position S2 on the second valve seat 15 exerts a greater force, whereby the increase in force ⁇ F results from the system pressure p_sys in the hydraulic chamber 13 and the diameter AI of the second piston 11.
  • the increase in force .DELTA.F corresponds to a substantially higher voltage which would have to be applied to the piezoelectric actuator, since the gain in force can be, for example, 20% compared to a valve with a constant system pressure.
  • This gained power reserve can be used in the design of the valve, for example, to reduce the size of the piezoelectric actuator.
  • FIG. 5 a section of a further exemplary embodiment of the fuel injection valve is shown, which works in principle like the fuel injection valve described for FIGS. 1 and 4. For reasons of clarity, functionally identical components are identified by the reference numerals used in FIG. 1.
  • the solid body or pin 25 acting like a “pressure divider pin” is here by means of a mechanical adjustment device 32 is axially adjustable in the cavity 24.
  • the pin 25 can be displaced in the cavity 24 by means of the mechanical adjustment device 32, which is implemented in the embodiment according to Figure 5 with adjusting washers 33 at its end 25B facing the leakage line 27 the system pressure p_sys branched off from the pin 25 to the hydraulic chamber 13 is changed since the aspect ratios on the pin 25 shift. If the piezoelectric actuator 4 is energized in the embodiment according to FIG.
  • the change in length leads, as described above, to an increase in the pressure in the hydraulic chamber 13, the pressure build-up in the hydraulic chamber 13 in turn being dependent on various factors, such as a control gradient, the volume of the hydraulic chamber 13 and the scattering of the actuator ceramic depends.
  • pre-injections are often carried out with small injection quantities, which should be dosed as precisely as possible. Since the real pre-injection quantity often does not exactly match the pre-calculated pre-injection quantity due to different tolerance influences, a correction of the pre-injection quantity during the movement of the valve closing member from its first valve seat 14 against the second valve seat 15 can be made in this embodiment in such a way that by varying the system pressure p_sys the injection time or the start of injection is changed.
  • FIG. 6 shows an embodiment variant of the embodiment according to FIG. 5, the mechanical adjusting device 32 for the axial displacement of the pin 25 in the cavity 24 of the feed device 23 being designed with an adjusting screw 34 which can be set externally in a thread 35 by means of a suitable screwdriver is.
  • FIGS. 7 to 13 show further embodiment variants of the invention, with the pin 25 in each case here a positioning device 40 is arranged in the cavity 24.
  • the pin 25 is inserted into the bore of the cavity 24 with a certain amount of play, the exact position of the pin 25 remaining unknown.
  • the radial arrangement of the pin 25 in the cavity 24 has an influence, which should not be underestimated, on the gap flow rate and the exact function of the fuel injection valve.
  • the division ratio between the lengths on the pin 25 with regard to the arrangement of the branch 28 is e.g. with an imbalance of the pin 25 imprecise.
  • the flow rate also varies and can be 2.5 times higher when the pin 25 is completely eccentric than when the pin 25 is arranged exactly in the center.
  • the positioning device 40 according to the invention enables the pin 25 to be arranged in a defined manner. the division ratio is adhered to exactly and the function of the injector is therefore more precise.
  • the pin 25 is arranged eccentrically by at least one spring element in such a way that its longitudinal side is supported on the wall of the cavity 24.
  • the pin 25 can be provided with a groove 41 for this purpose.
  • this groove 41 there is a sheet metal strip 42 made of resilient material as a spring element, which is against the bore wall of the hollow room 24 supports.
  • the spring element 42 produces a force which presses the pin 25 against the wall.
  • the pin 25 is thus defined eccentrically. The flow is now defined solely by the play between pin 25 and the bore.
  • FIG. 9 essentially corresponds to the embodiment according to FIGS. 7 and 8, however the spring element here represents a helical spring 43 which lies in the groove 41 and presses against a ball 44.
  • the positioning device 40 can also be designed as a pressure shoulder 47, 48 or 49, 50 arranged at one end of the pin 25, as shown by the embodiment variants in FIGS. 12 and 13.
  • the pressure shoulders 47, 48 and 49, 50 are each offset by 180 ° to one another and represent bevels which, as in FIG. 12, can be formed on the pin 25 or on the cavity 24 as in FIG. 13.
  • the resulting hydraulic force is used by two bends at the end of the pin 25 which are rotated by 180 °.
  • the fuel flows from the bottom up when a pressure p_l below is greater than a pressure p_0 above. Without the bends, the pen surface would appear Set linear pressure curve from p_l to p_0.
  • FIG. 14 shows such an embodiment variant with two pins 25 and 25 N, wherein two cavities 24, 24 'with lines 26, 26' and leakage lines 27, 27 'which respectively supply high pressure are arranged in series such that a line 29 leading to the hydraulic chamber 13 'from the upstream cavity 24' at the same time forms the line 26 leading from the high pressure region 17, which opens into the downstream cavity 24.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einer piezoelektrischen Einheit (4) zur Betätigung eines Ventilglieds (3), dem ein Ventilschliessglied (12) zugeordnet ist, welches einen Niederdruckbereich (16) mit Systemdruck von einem Hochdruckbereich (17) trennt. Das Ventilglied (3) weist wenigstens einen ersten Kolben (9) und einen zweiten Kolben (11) auf, zwischen denen eine Hydraulikkammer (13) ausgebildet ist. Zum Ausgleich von Leckverlusten dient eine mit dem Hochdruckbereich (17) verbindbare Befülleinrichtung (23), die wenigstens einen kanalartigen Hohlraum (24) aufweist, in dem ein Festkörper (25) mit einem ihn umgebenden Spalt derart angeordnet ist, dass in den Hohlraum (24) an einem Ende (25A) des Festkörpers (25) eine von dem Hochdruckbereich (17) abzweigende Leitung (26) und an seinem entgegengesetzten Ende (25B) eine Leckageleitung (27) mündet, und dass eine zu der Hydraulikkammer (13) führende Leitung (29) entlang der Längserstreckung des Festkörpers (25) abzweigt, wobei der Systemdruck (p_sys) in der Hydraulikkammer (13) durch geometrische Festlegung der Abzweigung (28) einstellbar ist.

Description

Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß der in Patentanspruch 1 näher definierten Art aus.
Aus der Praxis sind Ventile zum Steuern von Flüssigkeiten, bei denen ein Ventilschließglied einen Niederdruckbereich in dem Ventil von einem Hochdruckbereich trennt, z.B. bei Kraftstoffinjektoren, insbesondere Common-Rail-Injektoren, oder Pumpen von Kraftfahrzeugen hinlänglich bekannt.
Auch die EP 0 477 400 AI beschreibt ein derartiges Ventil, wobei dieses über einen piezoelektrischen Aktor betätigbar ist und eine Anordnung für einen in Hubrichtung wirkenden Wegtransformator des piezoelektrischen Aktors aufweist, bei der die Auslenkung des Aktors über eine Hydraulikkammer übertragen wird, welche als hydraulische Übersetzung bzw. Kopplung und Toleranzausgleichselement arbeitet. Die Hydraulikkammer schließt zwischen zwei sie begrenzenden Kolben, von denen ein Kolben mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet ist und mit einem anzusteuernden Ventilschließglied 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 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. Über das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer können Toleranzen aufgrund von Temperaturgradienten bzw. unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien sowie eventuelle Setzeffekte ausgeglichen werden, ohne daß dadurch eine Änderung der Position des anzusteuernden Ventilschließgliedes auftritt.
Das hydraulische System im Niederdruckbereich, insbesondere der hydraulische Koppler, benötigt einen Systemdruck, welcher aufgrund von Leckage abfällt, falls keine ausreichende Nachfüllung mit Hydraulikflüssigkeit stattfindet.
Hierzu sind aus der Praxis für Common-Rail-Injektoren Lösungen bekannt, bei denen der Systemdruck, welcher zweckmäßig im Ventil selbst erzeugt wird und auch bei einem Systemstart möglichst konstant sein soll, durch Zuführung von Hydraulikflüssigkeit aus dem Hochdruckbereich des zu steuernden Kraftstoffs in den Niederdruckbereich mit dem Systemdruck sichergestellt wird. Dies geschieht häufig mit Hilfe von Leckspalten, die durch Leck- bzw. Befüllstifte dargestellt werden. Der System- druck wird in der Regel durch ein Ventil eingestellt, wobei der Systemdruck z.B. auch für mehrere Common- Rail-Ventile konstant gehalten werden kann.
Bei einem im wesentlichen konstanten Systemdruck in der Hydraulikkammer, welcher zumindest weitgehend unabhängig von dem vorherrschenden Hochdruck im Hochdruckbereich ist, besteht jedoch das Problem, daß bei hohen Druckwerten eine große Aktorkraft zur Öffnung des Ventilschließgliedes entgegen der Hochdruckrichtung erforderlich ist, was wiederum eine entsprechend große und kostenintensive Dimensionierung der piezoelektrischen Einheit zur Folge hat. Darüber hinaus ist bei hohem Druck im Hochdruckbereich die Verdrängung von Hydraulikvolumen aus der Hydraulikkammer über die die angrenzenden Kolben umgebenden Spalte entsprechend verstärkt, wodurch die Wiederbefüllzeit zum Aufbau und Halten des Systemdrucks auf der Niederdruckseite unter Umständen derart verlängert wird, daß mangels vollständiger Wie- derbefüllung bei einer kurz darauffolgenden Betätigung des Ventils ein kürzerer Ventilhub ausgeführt wird, der das Öffnungsverhalten des gesamten Ventils gegebenenfalls negativ beeinflussen kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß der Systemdruck in der Hydraulikkammer variabel ist, wobei sein Druckniveau von dem im Hochdruckbereich vorherrschenden Druck abhängig ist. Damit ist bei hohem Druckniveau im Hochdruckbereich eine Er- höhung des Systemdrucks in der Hydraulikkammer möglich, wodurch der Betätigungskolben zur Öffnung des Ventilschließgliedes entgegen dem anstehenden Hochdruck unterstützt wird. Auf diese Weise ist eine verringerte Ansteuerspannung der piezoelektrischen Einheit gegenüber einem Ventil mit konstantem Systemdruck ausreichend, weshalb das erfindungsgemäße Ventil mit einer kleineren und kostengünstigeren piezoelektrischen Einheit ausgestattet werden kann.
Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung eine definierte Wiederbefüllung des Niederdruckbereiches, insbesondere der Hydraulikkammer. Bei steigendem Druck im Hochdruckbereich kann dabei mit dem variablen Systemdruck die Wiederbefüllzeit verkürzt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch ihre konstruktiv einfache Art aus, die es erlaubt, den variablen Systemdruck in der Hydraulikkammer durch leicht einstellbare geometrische Größen wie dem Längsabschnitt des von Spaltströmung umgebenen Festkörpers der Wieder- befülleinrichtung zwischen der Hochdruckzuführung und einer Abzweigung zu der Hydraulikkammer zu definierten.
Der Festkörper kann dabei in einem kanalartigen Hohlraum der BefüUeinrichtung im wesentlichen axial unbeweglich angeordnet sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann auch vorgesehen sein, daß der Festkörper in dem Hohlraum mittels einer mechanischen Versteileinrichtung axial verstellbar angeordnet ist, wodurch Toleranzeinflüsse von Ventilbauteilen, und zwar sowohl ein Einzeltoleranzeinfluß sowie der Summeneinfluß verschiedener Bauteile, mechanisch korrigiert werden können. Das derart ausgebildete erfindungsgemäße Ventil kann in vorteilhafter Weise zusammengebaut werden, ohne daß alle Bauteilmaße exakt einzuhalten sind.
Bei einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Ventils als Kraftstoffeinspritzventil ist es darüber hinaus möglich, der Forderung nach einer möglichst genauen Voreinspritzmenge einfach nachzukommen, indem die Voreinspritzmenge nach der Montage kontrolliert wird und bei einer Abweichung von der Sollmenge eine mechanische Korrektur über die Längsbeweglichkeit des Festkörpers der BefüUeinrichtung vorgenommen wird. Dabei erübrigt sich in vorteilhafter Weise ein aufwendiger und kostenintensiver Teileaustausch.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung , der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ventils zur Steuerung von Flüssigkeiten sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines erstes Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt, Figur 2 ein Diagramm mit einem stark vereinfachten Verlauf eines Systemdruckes des Niederdruckbereiches in Abhängigkeit des Druckes im Hochdruckbereich,
Figur 3 ein Diagramm mit stark vereinfachten Verläufen einer ventilseitigen Kraft einer piezoelektrischen Einheit des erfindungsgemäßen Ventils im Vergleich zum Kraftverlauf bei einem Ventil mit konstantem Systemdruck im Niederdruckbereich,
Figuren 4 bis 7 jeweils eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung im Längsschnitt,
Figur 8 einen schematischen Querschnitt durch die Ausführung gemäß Figur 7,
Figuren 9 und 10 jeweils eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung im Längsschnitt,
Figur 11 einen schematischen Querschnitt durch die Ausführung gemäß Figur 10, und
Figuren 12 bis 14 jeweils vereinfachte, ausschnittsweise Darstellungen weiterer Ausführungen der Erfindung im Längsschnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils bei einem Kraftstoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen. In der vorliegenden Ausführung ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 als ein Common-Rail- Injektor zur Einspritzung von Dieselkraftstoff ausgebildet, wobei die Kraftstoffeinspritzung über das Druckniveau in einem Ventilsteuerraum 2, welcher mit einer Hochdruckversorgung verbunden ist, gesteuert wird.
Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer und einer Einspritzmenge über Kräfteverhältnisse in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 wird ein Ventilglied 3 über eine als piezoelektrischer Aktor 4 ausgebildete piezoelektrische Einheit angesteuert, welche auf der ventilsteuerraum- und brennraumabgewandten Seite des Ventilgliedes 3 angeordnet ist. Der piezoelektrische Aktor 4 ist in üblicher Weise aus mehreren Schichten aufgebaut und weist auf seiner dem Ventilglied 3 zugewandten Seite einen Aktorkopf 5 und auf seiner dem Ventilglied 3 abgewandten Seite einen Aktorfuß 6 auf, der sich an einer Wand eines Ventilkörpers 7 abstützt. An dem Aktorkopf 5 liegt über ein Auflager 8 ein erster Kolben 9 des Ventilgliedes 3 an, welcher auch als Stellkolben bezeichnet wird.
Neben dem ersten Kolben 9 umfaßt das Ventilglied 3, welches axial in einer Längsbohrung 10 des Ventilkörpers 7 verschiebbar angeordnet ist, einen zweiten Kolben 11, welcher ein Ventilschließglied 12 betätigt und daher auch als Betätigungskolben bezeichnet wird.
Die Kolben 9 und 11 sind mittels einer hydraulischen Übersetzung miteinander gekoppelt. Die hydraulische Übersetzung ist als Hydraulikkammer 13 ausgebildet, die die Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 3 überträgt. Die Hydraulikkammer 13 schließt zwischen den beiden sie begrenzenden Kolben 9 und 11, bei denen der Durchmesser AI des zweiten Kolbens 11 kleiner ist als der Durchmesser des ersten Kolbens 9, ein gemeinsames Ausgleichsvolumen ein, in dem ein Systemdruck p_sys herrscht. Die Hydraulikkammer 13 ist dabei derart zwischen den Kolben 9 und 11 eingespannt, daß der zweite Kolben 11 des Ventilgliedes 3 einen um das Übersetzungsverhältnis des Kolbendurchmessers vergrößerten Hub macht, wenn der größere erste Kolben 9 durch den piezoelektrischen Aktor 4 um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird. Das Ventilglied 3, seine Kolben 9 und 11 und der piezoelektrische Aktor 4 liegen dabei auf einer gemeinsamen Achse hintereinander.
Über das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer 13 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 Ventilschließgliedes 12 auftritt.
An dem ventilsteuerraumseitigen Ende des Ventilgliedes 3 wirkt das kugelartige Ventilschließglied 12 mit an dem Ventilkörper 7 ausgebildeten Ventilsitzen 14, 15 zusammen, wobei das Ventilschließglied 12 einen Niederdruckbereich 16 mit dem Systemdruck p_sys von einem Hochdruckbereich 17 mit einem Hochdruck bzw. Raildruck p_R trennt. Die Ventilsitze 14, 15 sind in einem von dem Ventilkörper 7 gebildeten Ventilraum 18 ausgebildet, von dem ein Leckageablaufkanal 19 auf der dem piezoelektrischen Aktor 4 zugewandten Seite des Ventilsitzes 14 wegführt, und der hochdruckseitig über den zweiten Ventilsitz 15 und eine Ablaufdrossel 20 mit dem Ventilsteuerraum 2 des Hochdruckbereiches 17 verbindbar ist.
In dem in Figur 1 lediglich angedeuteten Ventilsteuerraum 2 ist ein bewegbarer Ventilsteuerkolben angeordnet, der in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist. Durch axiale Bewegungen des Ventilsteuerkolbens in dem Ventilsteuerraum 2, der in üblicherweise mit einer Ein- spritzleitung verbunden ist, welche mit einem für mehrere Kraftstoffeinspritzventile gemeinsamen Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) verbunden ist und eine Einspritzdüse mit Kraftstoff versorgt, wird das Einspritzverhalten des Kraftstoffventils 1 auf an sich bekannte Art gesteuert.
An das piezoseitige Ende der Bohrung 10 mit dem Ventilglied 3 schließt sich ein weiterer Ventildruckraum 21 an, welcher einerseits durch den Ventilkörper 7 und andererseits durch ein mit dem ersten Kolben 9 des Ventilgliedes 3 und dem Ventilkörper 7 verbundenes Dichtelement 22 begrenzt ist. Das Dichtelement 22 ist vorliegend als faltenbalgartige Membran ausgebildet und verhindert, daß der piezoelektrische Aktor 4 mit dem in dem Niederdruckbereich 16 enthaltenen Kraftstoff in Kontakt kommt .
Zum Ausgleich von Leckageverlusten des Niederdruckbereiches 16 bei einer Betätigung des Kraftstoffein- spritzventils 1 ist eine BefüUeinrichtung 23 vorgesehen, welche niederdruckseitig in die Hydraulikkammer 13 mündet. Die BefüUeinrichtung 23 ist mit einem kanalartigen Hohlraum 24 ausgebildet, in dem ein Festkörper 25, welcher in Form eines zylindrischen Stiftes ausgebildet ist, mit einem ihn umgebenden Spalt derart angeordnet ist, daß in einen Bereich des Hohlraumes 24 an einem Ende 25A des Festkörpers 25 eine von dem Hochdruckbereich 17 abzweigende Leitung 26 und in einen Bereich des Hohlraumes 24 an dem entgegengesetzten Ende 25B des Stiftes 25 eine Leckageleitung 27 mündet. Entlang der Längserstreckung des Stiftes 25 führt an einer Abzweigung 28 eine Leitung 29 zu der Hydraulikkammer 13.
Über die Anordnung der Abzweigung 28 entlang der Längserstreckung des Stiftes 25 ist der Systemdruck p_sys in der Hydraulikkammer 13 geometrisch einstellbar. Der Systemdruck p_sys in der Hydraulikkammer 13 wird somit bei einem gewissen Längsabschnitt des Stiftes 25, der an seinem unteren Ende 25A mit Raildruck p_R beaufschlagt wird und an seinem entgegengesetzten Ende 25B entlastet ist, entnommen und variiert in Abhängigkeit des im Hochdruckbereich herrschenden Druckes p_R.
In Figur 2 ist die Abhängigkeit des Systemdruckes p_sys von dem Raildruck p_R äußerst schematisiert wiedergegeben. Wie dabei ersichtlich ist, kann bei kleinen Spaltmaßen an den Kolben 9 und 11, welche an die Hydraulikkammer 13 grenzen, der Systemdruck p_sys angenommen werden als ein Produkt des Hochdruckes p_R und des Ab- standes 1_B zwischen der Abzweigung 28 zur Hydraulikkammer 13 und dem Ende 25B des Festkörpers bzw. Stiftes 25, an dem die Leckageleitung 27 in den Hohlraum 24 mündet, bezogen auf die Gesamtlänge des Stiftes 25. Der statische Systemdruck p sys in der Hydraulikkammer 13, welcher den Kopplerdruck darstellt, kann somit formelmäßig bestimmt werden zu:
p_R * l_B p_sys =
(l_A + l_B)
Neben dem Systemdruck p_sys, welcher nach einer Einspritzung nach einer gewissen Wiederbefüllzeit erreicht ist, ist in der Figur 2 ein maximal zulässiger statischer Systemdruck bzw. Kopplerdruck p_sys_max eingezeichnet, welcher zum selbständigen Ventilöffnen ohne Ansteuerung der piezoelektrischen Einheit 4 führen würde. Dieser maximal zulässige Systemdruck p_sys_max darf nicht überschritten werden, weshalb die Abzweigung 28 der Leitung 29 zur Hydraulikkammer 13 geometrisch derart festgelegt ist, daß der Systemdruck p_sys stets kleiner ist als der maximal zulässige Systemdruck p_sys_max. Des weiteren werden die Spaltmaße an den Kolben 9 und 11 sowie an dem Stift 25 so abgestimmt, daß der maximal zulässige Systemdruck p_sys_max nicht überschritten wird.
Der Systemdruck p_sys und das Verhältnis des Abstandes 1_A zwischen der Abzweigung 28 zur Hydraulikkammer 13 und dem Ende 25A des Stiftes 25, an dem die mit dem Hochdruckbereich 17 verbundene Leitung 26 in den Hohlraum 24 mündet, zu dem Abstand 1_B zwischen der Abzweigung 28 und dem Ende 25B des Stiftes 25, an dem die Leckageleitung 27 in den Hohlraum 24 mündet, ist abhängig von mehreren Parametern, zu denen der Sitzdurchmesser A2 des ersten Ventilsitzes 14 und der Durchmesser AI des zweiten Kolbens bzw. Betätigungskolbens 11 zäh- len. Im vorliegenden Fall, bei dem das Ventilschließglied 12 bei Entlastung des Hochdruckbereiches 17 durch eine Federkraft F_F einer Feder 30, welche zwischen dem Ventilschließglied 12 und dem zweiten Ventilsitz 15 angeordnet ist, in Schließstellung an dem ersten Ventilsitz 14 gehalten wird, ist die Federkraft F_F ein weiterer Parameter zur geometrischen Festlegung des Abzweigung 28 der Leitung 29 zur Hydraulikkammer 13. Formelmäßig kann damit der maximal zulässige Systemdruck p_sys_max, welcher in der Figur 2 dargestellt ist, vereinfacht wie folgt wiedergegeben werden:
p R * -42+ E E p sys max = ^-= =—
AI
Die von dem Hochdruckbereich 17 abzweigende Leitung 26 ist in der vorliegenden Ausführung mit einem Hochdruckzulauf 31 von einer Hochdruckpumpe 32 zu dem Ventilsteuerraum 2 in dem Hochdruckbereich 17 verbunden.
Abweichend hiervon kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, daß die von dem Hochdruckbereich 17 abzweigende Leitung 26 strömungsmäßig mit anderen Bereichen im Hochdruckbereich 17 wie z.B. mit dem Ventilsteuerraum 2 oder der Ablaufdrossel 20 oder mit dem Ventilraum 18 verbunden ist, in dem das Ventilschließglied 12 zwischen den Ventilsitzen 14 und 15 bewegbar ist, und welcher auch in eine Hochdruckleitung integriert sein kann, wie es z.B. in der DE 198 60 678.8 beschrieben ist. Des weiteren kann es vorgesehen sein, daß die zu dem Hochdruckbereich 17 führende Leitung 29 nicht - wie in Figur 1 gezeigt - direkt in die Hydraulikkammer 13 mündet, sondern in einen den ersten Kolben 9 umgebenden Spalt 36 und/oder in einen den zweiten Kolben 11 umgebenden Spalt 37. Eine derartige Lösung ist stark vereinfacht in Figur 4 angedeutet. Dabei ist ersichtlich, daß die von der Abzweigung 28 zu der Hydraulikkammer 13 führende Leitung 29 in eine erste Leitung 29A und eine zweite Leitung 29B aufgeteilt ist, deren Mündungsbereich in den Spalt 36 bzw. Spalt 37 jeweils als Befüll- nut 38, 39 ausgebildet ist. Mit dem über den Stift 25 zugeführten Druck können die Befüllnuten 38, 39 jeweils einzeln oder gemeinsam versorgt werden.
Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, daß nur eine der Leitungen 29A oder 29B vorhanden ist. Die indirekte Befüllung der Hydraulikkammer 13 dient in jedem Fall einer Verbesserung des Druckhaltevermögens in der Hydraulikkammer während der Ansteuerung. Beachtet werden muß allerdings, daß die Flußmenge durch die Spalte 36, 37 wesentlich kleiner als die Flußmenge am Stift 25 ist, da somit der bereitgestellte Druck nur noch von den Längenverhältnissen an dem Stift 25 abhängt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Figur 1 bzw. 4 arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
In geschlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1, d.h. bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor 4, liegt das Ventilschließglied 12 an dem ihm zugeordneten oberen Ventilsitz 14 an und wird u.a. von der Feder 30 mit der Federvorspannung F_F belastet. Vor allem liegt an dem Ventilschließglied 12 der Raildruck p_R an, welcher das Ventilschließglied gegen den ersten Ventilsitz 14 preßt.
Im Falle einer langsamen Betätigung, wie sie bei einer temperaturbedingten Längenänderung des piezoelektrischen Aktors 4 oder weiterer Ventilbauteile auftritt, dringt der als Stellkolben dienende erste Kolben 9 mit Temperaturerhöhung in das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer 13 ein und zieht sich bei Temperaturabsenkung daraus zurück, ohne daß dies Auswirkungen auf die Schließ- und Öffnungsstellung des Ventilschließgliedes 3 und des Kraftstoffeinspritzventiles 1 insgesamt hat.
Soll das Ventil geöffnet werden und eine Einspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 1 erfolgen, wird der piezoelektrische Aktor 4 bestromt bzw. mit Spannung beaufschlagt, wodurch sich dieser schlagartig axial ausdehnt. Bei einer derart schnellen Betätigung des piezoelektrischen Aktors 4 stützt sich dieser an dem Ventilkörper 7 ab und baut einen Öffnungsdruck in der Hydraulikkammer 13 auf. Erst wenn das Ventil 1 durch den Kopplerdruck bzw. Systemdruck p_sys in der Hydraulikkammer 13 im Gleichgewicht ist, bewegt der zweite Kolben 11 das Ventilschließglied 12 aus seinem oberen Ventilsitz 14 in eine Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen 14 und 15. Bei hohem Raildruck p_R ist piezoseitig eine größere Kraft erforderlich, um in der Hydraulikkammer 13 den Gleichgewichtsdruck zu erreichen. Bei dem erfindungsgemäßen Ventil 1 wird deshalb der Stift 25 der BefüUeinrichtung 23 eingesetzt, mittels dem bei hohem Raildruck p_R auch der Druck in der Hydraulikkammer 13 entsprechend erhöht wird. Auf diese Weise wird die piezoseitige Kraft auf das Ventilschließglied 12 bei gleicher Spannung auf den piezoelektrischen Aktor 4 erhöht, wie dies in Figur 3 dargestellt ist.
In Figur 3 ist für eine erste Spannung Ul und für eine zweite niedrigere Spannung U2 jeweils mit strichlierter Linie der Verlauf der Kraft F_A des piezoelektrischen Aktors 4 auf das Ventilschließglied 12 bei variierbarem Systemdruck p_sys gemäß der Erfindung und mit durchgezogener Linie bei konventionellem statischem Systemdruck p_sys dargestellt. Dabei zeigt sich, daß mit dem variierbaren Systemdruck p_sys gemäß der Erfindung der piezoelektrische Aktor bei ein und derselben Spannung bei der Bewegung des Ventilschließgliedes 12 von einer Position Sl am ersten Ventilsitz 14 zu einer Position S2 am zweiten Ventilsitz 15 eine größere Kraft aufbringt, wobei sich die Krafterhöhung ΔF aus dem Systemdruck p_sys in der Hydraulikkammer 13 und dem Durchmesser AI des zweiten Kolbens 11 ergibt. Die Krafterhöhung ΔF entspricht einer substantiell höheren Spannung, welche an dem piezoelektrischen Aktor angelegt werden müßte, da der Kraftgewinn gegenüber einem Ventil mit konstantem Systemdruck beispielsweise 20 % betragen kann. Diese gewonnene Kraftreserve kann bei der Auslegung des Ventils beispielsweise zur Verkleinerung des piezoelektrischen Aktors genützt werden. Wenn das Ventilschließglied 12 entgegen dem Raildruck p_R seinen zweiten unteren Ventilsitz 15 erreicht hat, wird die Bestromung des piezoelektrischen Aktors 3 unterbrochen, woraufhin sich das Ventilglied 12 wieder in seine Mittelstellung bewegt und abermals eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Gleichzeitig erfolgt über die BefüUeinrichtung 23 eine Wiederbefüllung der Hydraulikkammer 23 auf den Systemdruck p_sys .
Bezug nehmend auf Figur 5 ist ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels des Kraftstoffeinspritzventils dargestellt, welches im Prinzip wie das zu Figur 1 und 4 beschriebene Kraftstoffeinspritzventil arbeitet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind funktionsgleiche Bauteile mit den in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet .
Gegenüber der Ausführung nach Figur 1, bei welcher der Festkörper bzw. Stift 25 in dem Hohlraum 24 der BefüUeinrichtung 23 zwar mit Spiel, jedoch im wesentlichen axial unbeweglich angeordnet ist, ist der wie ein „Druckteilerstift" wirkende Festkörper bzw. Stift 25 hier mittels einer mechanischen Versteileinrichtung 32 in dem Hohlraum 24 axial verstellbar angeordnet. Durch die mechanische VerStelleinrichtung 32, welche in der Ausführung nach Figur 5 mit Einstellscheiben 33 an seinem der Leckageleitung 27 zugewandten Ende 25B realisiert ist, kann der Stift 25 in dem Hohlraum 24 verschoben werden. Dadurch wird der von dem Stift 25 zu der Hydraulikkammer 13 abgezweigte Systemdruck p_sys verändert, da sich die Längenverhältnisse an dem Stift 25 verschieben. Wenn der piezoelektrische Aktor 4 bei der Ausführung nach Figur 5 bestromt wird, führt die Längenänderung wie zuvor beschrieben zu einer Erhöhung des Druckes in der Hydraulikkammer 13, wobei der Druckaufbau in der Hydraulikkammer 13 wiederum von verschiedenen Faktoren wie z.B. einem Ansteuergradienten, dem Volumen der Hydraulikkammer 13 und der Streuung der Aktorkeramik abhängt. Bei Kraftstoffeinspritzventilen werden häufig Voreinspritzungen mit kleinen Einspritzmengen durchgeführt, welche möglichst genau dosiert werden sollen. Da die reale Voreinspritzmenge aufgrund unterschiedlicher Toleranzeinflüsse oft mit der vorberechneten Voreinspritzmenge nicht genau übereinstimmt, kann bei dieser Ausführung eine Korrektur der Voreinspritzmenge bei der Bewegung des Ventilschließgliedes von seinem ersten Ventilsitz 14 entgegen dem zweiten Ventilsitz 15 derart vorgenommen werden, daß durch eine Variierung des Systemdrucks p_sys die Einspritzzeit oder auch der Einspritzbeginn verändert wird.
In Figur 6 ist eine Ausführungsvariante zu der Ausführung nach Figur 5 dargestellt, wobei die mechanische Versteileinrichtung 32 zur axialen Verschiebung des Stiftes 25 in dem Hohlraum 24 der BefüUeinrichtung 23 mit einer Einstellschraube 34 ausgebildet ist, welche in einem Gewinde 35 mittels eines geeigneten Schraubenziehers extern einstellbar ist.
Die Figuren 7 bis 13 zeigen weitere Ausführungsvarianten der Erfindung, wobei hier der Stift 25 jeweils mit einer Positioniereinrichtung 40 in dem Hohlraum 24 angeordnet ist.
Wie oben beschrieben, wird der Stift 25 mit einem gewissen Spiel in die Bohrung des Hohlraumes 24 eingesetzt, wobei die genaue Lage des Stiftes 25 unbekannt bleibt. Die radiale Anordnung des Stiftes 25 in dem Hohlraum 24 hat nach empirischen Untersuchungen aber einen nicht zu unterschätzenden Einfluß auf die Spaltflußmenge und die exakte Funktion des Kraftstoffein- spritzventils . Das Teilungsverhältnis zwischen den Längen an dem Stift 25 hinsichtlich der Anordnung der Abzweigung 28 wird z.B. bei einer Schiefläge des Stiftes 25 ungenau. Auch die Durchflußmenge variiert und kann bei völliger Exzentrizität des Stiftes 25 um den Faktor 2,5 höher sein als bei exakt mittiger Anordnung des Stiftes 25. Die erfindungsgemäße Positioniereinrichtung 40 ermöglicht hingegen eine definierte Anordnung des Stiftes 25. Damit wird der Durchfluß genau eingestellt bzw. das Teilungsverhältnis genau eingehalten und die Funktion des Injektors somit exakter.
Bei den Ausführungen gemäß den Figuren 7 bis 11 ist der Stift 25 jeweils durch wenigstens ein Federelement exzentrisch derart angeordnet, daß er mit seiner Längsseite an der Wandung des Hohlraumes 24 abgestützt ist.
Bei einer ersten Ausführung der Positioniereinrichtung 40 gemäß den Figuren 7 und 8 kann der Stift 25 hierzu mit einer Nut 41 versehen sein. In dieser Nut 41 liegt als Federelement ein Blechstreifen 42 aus federndem Material, welches sich gegen die Bohrungswand des Hohl- raumes 24 abstützt. Das Federelement 42 ergibt eine Kraft, welche den Stift 25 gegen die Wandung drückt. Damit liegt der Stift 25 definiert exzentrisch. Der Durchfluß wird jetzt alleine durch das Spiel zwischen Stift 25 und Bohrung definiert.
Die in Figur 9 gezeigte Ausführung entspricht im wesentlichen der Ausführung nach Figur 7 bzw. 8, jedoch stellt das Federelement hier eine Schraubenfeder 43 dar, welche in der Nut 41 liegt und gegen eine Kugel 44 drückt .
Wie die Figuren 10 und 11 zeigen, kann auch jeweils ein Federelement 45, 46 in einer Abflachung an den beiden Enden des Stiftes 25 zur Ausbildung der Positioniereinrichtung 40 vorgesehen sein.
Die Positioniereinrichtung 40 kann aber auch als eine jeweils an einem Ende des Stiftes 25 angeordnete Druckschulter 47, 48 bzw. 49, 50 ausgebildet sein, wie es die Ausführungsvarianten der Figuren 12 und 13 zeigen. Die Druckschultern 47, 48 bzw. 49, 50 sind dabei jeweils um 180° zueinander versetzt und stellen Abkantungen dar, welche wie in Figur 12 an dem Stift 25 oder an dem Hohlraum 24 wie in Figur 13 ausgebildet sein können. Durch zwei um 180° verdreht angebrachte Abkantungen am Ende des Stiftes 25 wird die sich ergebende hydraulische Kraft ausgenutzt. Wie insbesondere Figur 12 und den zugehörigen Druckverläufen zu entnehmen ist, fließt der Kraftstoff von unten nach oben, wenn ein Druck p_l unten größer ist als ein Druck p_0 oben. Ohne die Abkantungen würde sich auf der Stiftoberfläche ein linearer Druckverlauf einstellen von p_l nach p_0. Die Abkantungen bewirken, daß der Druck auf der linken unteren Seite des Stiftes 25 zunächst gleich p_l ist, wogegen rechts unten der Druck schon linear abnimmt. Damit wird der Stift 25 unten nach rechts gedrückt. Oben am Stift 25 gilt sinngemäß dasselbe.
Abgesehen von der Problematik der exakten Positionierung des Stiftes 25 kann gegebenenfalls dessen Baulänge zu Einbau- und Fertigungsproblemen führen, wenn das Druckverhältnis des Hochdruckes p_R zum Systemdruck p_sys in der Hydraulikkammer 13 groß ist.
Daher kann es auch vorgesehen sein, daß mehrere „Druckverteilerstifte" wie der in den Figuren 1 bis 13 gezeigte Stift 25 vorhanden sind, wodurch die Baulänge der einzelnen Stifte gegenüber einem einzigen Stift deutlich reduziert werden kann.
Die Figur 14 zeigt eine solche Ausführungsvariante mit zwei Stiften 25 und 25 N wobei zwei Hohlräume 24, 24' mit jeweiliger Hochdruck zuführender Leitung 26, 26' und Leckageleitung 27, 27' derart seriell angeordnet sind, daß eine zu der Hydraulikkammer 13 führende Leitung 29' aus dem vorgeschalteten Hohlraum 24' gleichzeitig die von dem Hochdruckbereich 17 herführende Leitung 26 bildet, welche in den nachgeschalteten Hohlraum 24 mündet.
Die beschriebenen Ausführungen beziehen sich jeweils auf ein sogenanntes Doppelsitzventil, jedoch ist die Erfindung selbstverständlich auch auf einfachschaltende Ventile mit nur einem Ventilsitz anwendbar.
Die Erfindung kann selbstverständlich auch nicht nur bei den hier als bevorzugtes Einsatzgebiet beschriebenen Common-Rail-Injektoren Verwendung finden, sondern generell bei Kraftstoffeinspritzventilen oder auch in anderen Umfeldern, wie z.B. bei Pumpen, verwirklicht werden.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einer piezoelektrischen Einheit (4) zur Betätigung eines in einem Ventilkörper (7) axial verschiebbaren Ventilglieds
(3) , dem ein Ventilschließglied (12) zugeordnet ist, welches mit wenigstens einem Ventilsitz (14, 15) zum Öffnen und Schließen des Ventils (1) zusammenwirkt und einen Niederdruckbereich (16) mit Systemdruck von einem Hochdruckbereich (17) trennt, wobei das Ventilglied (3) wenigstens einen ersten Kolben (9) und einen zweiten Kolben (11) aufweist, zwischen denen eine als Toleranzausgleichselement und als hydraulische Übersetzung arbeitende Hydraulikkammer (13) ausgebildet ist, wobei zum Ausgleich von Leckverlusten eine mit dem Hochdruckbereich (17) verbindbare BefüUeinrichtung (23) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die BefüUeinrichtung (23) mit wenigstens einem kanalartigen Hohlraum (24, 24') ausgebildet ist, in dem ein Festkörper
(25, 25') mit einem ihn umgebenden Spalt derart angeordnet ist, daß in den Hohlraum (24, 24') an einem Ende
(25A) des Festkörpers (25, 25') eine zu dem Hochdruckbereich (17) führende Leitung (26, 26') und an dem entgegengesetzten Ende (25B) des Festkörpers (25, 25') eine Leckageleitung (27, 27') mündet, und daß eine zu der Hydraulikkammer (13) führende Leitung (29, 29A, 29B, 29') entlang der Längserstreckung des Festkörpers (25, 25') abzweigt, wobei der Systemdruck (p_sys) in der Hydraulikkammer (13) durch geometrische Festlegung der Abzweigung (28) an der Längserstreckung des Festkörpers (25, 25') einstellbar ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Systemdruck (p_sys) in der Hydraulikkammer (13) in Abhängigkeit des im Hochdruckbereich (17) herrschenden Druckes (p_R) variierbar ist, wobei sich der Systemdruck (p_sys) im wesentlichen aus dem Produkt des Hochdruckes (p_R) und des Abstandes (1_B) zwischen der Abzweigung (28) zur Hydraulikkammer (13) und dem Ende (25B) des Festkörpers, an dem die Leckageleitung (27) in den Hohlraum (24) mündet, bezogen auf die Gesamtlänge (1_A + 1_B) des Festkörpers (25) ergibt.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstands (1_A) zwischen der Abzweigung (28) zur Hydraulikkammer (13) und dem Ende
(25A) des Festkörpers (25) , an dem die mit dem Hochdruckbereich (17) verbundene Leitung (26) in den Hohlraum (24) mündet, zu dem Abstand (1_B) zwischen der Abzweigung (28) zur Hydraulikkammer und dem Ende (25B) des Festkörpers (25), an dem die Leckageleitung (27) in den Hohlraum (24) mündet, in Abhängigkeit wenigstens der Parameter Sitzdurchmesser (A2) und Verhältnis des Durchmessers (A0) des ersten Kolbens (9) zu dem Durchmesser (AI) des zweiten Kolbens (11) gewählt ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Federkraft (F F) einer Feder (30), welche zwischen dem Ventilschließglied (12) und einem dem Hochdruckbereich (17) zugewandten zweiten • Ventilsitz (15) angeordnet ist und das Ventilschließglied (12) bei Entlastung des Hochdruckbereiches (17) in Schließstellung an dem ersten Ventilsitz (14) hält, ein Parameter zur geometrischen Festlegung der Abzweigung (28) der Leitung (29) zur Hydraulikkammer (13) ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigung (28) der Leitung (29) zur Hydraulikkammer (13) geometrisch derart festgelegt ist, daß der Systemdruck (p_sys) in der Hydraulikkammer (13) stets kleiner ist als ein maximal zulässiger Systemdruck (p_sys_max) .
6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der maximal zulässige Systemdruck (p_sys_max) der Hydraulikkammer (13) einem Druck entspricht, bei dem eine selbstätige Ventilöffnung ohne Betätigung der piezoelektrischen Einheit (4) eintritt.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu der Hydraulikkammer (13) führende Leitung (29, 29A, 29B) in diese über den an die Hydraulikkammer (13) angrenzenden, den ersten Kolben
(9) umgebenden Spalt (36) und/oder den zweiten Kolben (11) umgebenden Spalt (37) führt.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Spaltmaße des den Festkörper (25) umgebenden Spaltes zu den den ersten Kolben (9) und den zweiten Kolben (11) umgebenden Spalten (36, 37) derart gewählt ist, daß der maximal zulässige Systemdruck (p_sys_max) in der Hydraulikkammer (13) nicht überschritten wird.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die BefüUeinrichtung (23) wenigstens einen zweiten Hohlraum (24') mit darin angeordnetem Festkörper (25') aufweist, wobei die Hohlräume (24, 24') mit jeweiligen Festkörper (25, 25') derart seriell angeordnet sind, daß die zur Hydraulikkammer (13) führende Leitung (29') aus dem vorgeschalteten Hohlraum (24') die von dem Hochdruckbereich (17) herführende
Leitung (26) für den nachgeordneten Hohlraum (24) bildet .
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zu dem Hochdruckbereich (17) führende Leitung (26) strömungsmäßig mit einem Hochdruckzulauf (31) von einer Hochdruckpumpe (32) zu einem Ventilsteuerraum (2) in dem Hochdruckbereich (17) oder mit einer Ablaufdrossel (20) zwischen dem wenigstens einen Ventilsitz (14, 15) und dem Ventilsteuerraum (2) in dem Hochdruckbereich (17) oder mit einem Ventilraum (18), in dem das Ventilschließglied (12) zwischen einem ersten Ventilsitz (14) und einem zweiten Ventilsitz (15) bewegbar ist, verbunden ist.
11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (25) in dem Hohlraum (24) im wesentlichen axial unbeweglich angeordnet ist.
12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (25) in dem Hohlraum (24) mittels einer mechanischen Versteileinrichtung (32) axial verstellbar angeordnet ist.
13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische VerStelleinrichtung mit wenigstens einer Einstellscheibe (33) und/oder mit einer Einstellschraube (34) an wenigstens einem der Enden des Festkörpers (25) ausgebildet ist.
14. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (25) mit einer Positioniereinrichtung (40) zur radialen Ausrichtung in dem Hohlraum (24) angeordnet ist.
15. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (25) mittels der Positioniereinrichtung (40) derart exzentrisch angeordnet ist, daß er mit einer Längsseite an der Wandung des Hohlraumes (24) abgestützt ist.
16. Ventil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (40) wenigstens ein Federelement (42, 43, 45, 46) zwischen einer Wandung des Hohlraumes (24) und dem Festkörper (25) aufweist, wobei das Federelement (42, 43, 45, 46) vorzugsweise in eine Nut (41) des Festkörpers (25) eingreift .
17. Ventil nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung (40) mit je- weils einer an einem Ende des Festkörpers (25) angeordneter Druckschulter (47, 48, 49, 50) ausgebildet ist, wobei die Druckschultern (47, 48, 49, 50) um wenigstens annähernd 180° versetzt zueinander angeordnet sind.
18. Ventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschultern (47, 48, 49, 50) jeweils als Abkantungen an dem Festkörper (25) oder dem Hohlraum (24) ausgeformt sind.
19. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (25, 25') als ein zylindrischer Stift ausgebildet ist.
20. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Bestandteil eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen, insbesondere eines Common-Rail-Injektors (1).
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