EP1416152A1 - Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einer Druckmittelzuführung - Google Patents

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EP1416152A1
EP1416152A1 EP03021080A EP03021080A EP1416152A1 EP 1416152 A1 EP1416152 A1 EP 1416152A1 EP 03021080 A EP03021080 A EP 03021080A EP 03021080 A EP03021080 A EP 03021080A EP 1416152 A1 EP1416152 A1 EP 1416152A1
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EP
European Patent Office
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valve
pressure
control chamber
piston
high pressure
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EP03021080A
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English (en)
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Wolfgang Stoecklein
Dietmar Schmieder
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a valve for controlling liquids with a pressure medium supply according to that in the preamble of claim 1 art defined.
  • Valves of the type mentioned in the introduction are from practice known and have a pressure ratio for compressing Fuel from a supply pressure to an injection pressure on.
  • the pressure ratio is with pressure ratio Chambers executed with additional components for pressure translation and injecting fuel into one Combustion chamber of an internal combustion engine are combined.
  • To is a valve from a pressure fluid accumulator or a Pressure medium source, in particular a common rail area, Fuel with a supply pressure or a rail pressure above a pressure medium supply supplied. By means of pressure translation the fuel supplied with the supply pressure is increased compresses a high pressure and with the valve open the high pressure in the combustion chamber of an internal combustion engine injected.
  • the pressure ratio has a piston system, which can be controlled via a control valve and if necessary the high pressure or injection pressure is generated.
  • the High pressure is in the area of an injection nozzle of the valve on.
  • the control valve is preferably actuated via a piezoelectric actuator, which one Part of an actuator system of the valve.
  • the injector and the pressure ratio of the valve are spatially separated from one another and must be drilled and Channels in the valve housing are connected to each other the high pressure fuel from the pressure ratio to be able to lead to the injector.
  • the holes and channels are compressed in phases with the high pressure Fueled so that the valve housing as well as further components having the channels and bores of the valve must be designed high-strength what disadvantageously requires higher component wall thicknesses and in addition, a high sealing effort between individual Components of the valve caused.
  • valve according to the invention for controlling liquids with the features of claim 1 points against it the advantage of that on the holes used in practice and channels for guiding the high pressure or injection pressure compressed fuel from a pressure ratio in an area from which the fuel is in a Combustion chamber of an internal combustion engine through the nozzle body is sprayed out of the valve as far as possible can be dispensed with.
  • valve according to the invention the function of the injection nozzle and the high pressure pressure ratio combined in a structurally compact unit, so that leakage losses, which are negative the injection behavior of a valve for controlling liquids impact are minimized.
  • FIG. 1 is a first embodiment a valve 1 for controlling liquids with a pressure medium supply 2 and a valve element 3 for Controlling a pressure in a high pressure area 4 is shown.
  • the valve element 3 is arranged in a control room 5, the two interacting with the valve element 3 Has valve seats 6, 7.
  • the valve element 3 is in contact the first valve seat 6 is the control chamber 5 from a low pressure area 8 of the valve 1 separately.
  • This position of the valve element 3 is shown in Figure 1, wherein the valve element 3 then abuts the first valve seat 6, when an actuation of the valve element 3 by the Control element designed as a piezoelectric actuator is omitted and the valve element 3 by a spring force a spring 9 is pressed against the first valve seat 6.
  • the control which, for example, is also called a electromagnetic drive system can be executed is on the side facing away from the control room 5 of the first Valve seat 6 arranged.
  • the control element When the control element is energized the valve element 3 becomes from the first valve seat 6 lifted off, creating the control chamber 5 with the low pressure area 8 is connected. Furthermore, the valve element 3 pressed against the second valve seat 7, so that the control room 5 from a valve control room 10 is separated. Since the control room 5 with the pressure medium supply 2 is connected, the valve control chamber 10 when the valve element 3 is in contact with the second valve seat 7 also separated from the pressure medium supply 2.
  • the first valve seat 6 is in the present case a conical seat executed, and interacting with the first valve seat 6 Sealing surface 11 of the valve element 3 is crowned or spherical segment-shaped, so that at plant of the valve element 3 on the first valve seat 6 between the first valve seat 6 and the sealing surface 11 a line contact is present.
  • the second valve seat 7 is a flat surface of one Control chamber 5 delimiting component 42, which with a likewise flat surface or end face 12 of the Valve element 3 cooperates.
  • valve element 3 This configuration of the two valve seats 6, 7 and the sealing surfaces 11, 12 of the valve element 3 is ensured that a production-related axial offset of the first valve seat 6 with respect to a control chamber 5 and the valve control chamber 10 connecting channel 13 the sealing effect of the valve element 3 is not impaired. Furthermore it is guaranteed that at an in the axial direction of valve 1, actuation of valve element 3 an offset of the valve element 3 transverse to the direction of movement of the valve element 3 between the two valve seats 6 and 7 is omitted, so that instantaneous control of the valve 1 is given safely.
  • the valve control chamber 10 is from a valve plate 14 and a piston 15 limits a pressure ratio, the Piston 15 with its end face facing the valve plate 14 16 abuts the valve plate 14.
  • the face 16 of the piston 15 is designed spherical that the channel 13, which is the connection between the valve control chamber 10 and the control room 5, of which Piston 15 is not closed when it contacts valve plate 14 becomes.
  • the piston 15 is designed in two parts and consists from a first with a larger diameter Partial piston 17 and a second with a smaller one Diameter of the partial piston 18.
  • the first partial piston 17 is designed with a central blind hole 19, into which the second partial piston 18 is inserted.
  • the second partial piston 18 is in a spacer sleeve 20, which is inserted between a collar 21 of the second partial piston 18 and the spacer sleeve 20 second spring 22 against a nozzle needle 23 of valve 1 is pressed.
  • the collar 21 is formed at that end of the second piston 18 which by the second spring 22 against the ground the blind hole 19 of the first piston 17 is pressed is. With its end facing away from the collar 21 is the second Partial piston 18 in a guide bore 24 of the nozzle needle 23 guided axially movable.
  • the second sub-piston 18 is with a central through hole 25 which is formed on the end of the collar 21 closed by the first piston 17 and on the one facing away from the first partial piston 17 End of the second partial piston 18 in the guide bore 24 opens.
  • the guide bore 24 is coaxial with it Connection channel 26 formed in the nozzle needle 23 on, via a tap hole 27 with an annular space 28 connected is.
  • the annular space 28 is from a nozzle body 29 and the nozzle needle 23 limited.
  • the nozzle needle 23 is in the nozzle body 29 via a first one Guide area 32 and a second guide area 33 guided axially longitudinally and sealingly, wherein between the first guide area 32 and the second guide area 33 one of the nozzle needle 23 and the nozzle body 29 limited needle control chamber 34 is formed.
  • the needle control room 34 is in the nozzle body 29, one Valve body 35 and the valve plate 14 connecting line 36 connected to the pressure medium supply 2.
  • the needle control space 34 is above the first one Guide area 32 opposite a longitudinal bore 37 of the valve body 35, in which the first piston 17 and the second partial pistons 18 are arranged, sealed. additionally is the needle control space 34 over the second guide area 33 sealed against the annular space 28, wherein in Dependence of the existing pressure conditions in the valve 1 Leakage flows from the needle control chamber 34 in the direction of the annular space 28 or the longitudinal bore 37 or in the opposite Flow towards.
  • the longitudinal bore 37 of the valve body 35 is in a the nozzle body 35, the valve plate 14 and a valve housing 38 extending further connection channel 39 permanent connected to the control room 5.
  • the connection between the pressure medium supply 2 and the Control room 5 has an inlet throttle 40 and an outlet throttle 41 executed, between the inlet throttle 40 and the outlet throttle 41, the connecting line 36 in Branches off in the direction of the needle control chamber 34. So there is the possibility, depending on the throttle effect of the inlet throttle 40 and the throttling action of the outlet throttle 41 an at least approximately constant pressure level of the pressure medium supply 2, which is referred to here as the supply pressure is set to a defined intermediate pressure level. As a result, the intermediate pressure level the connecting line 36 is less than the supply pressure the pressure medium supply 2.
  • a pressure of the control room 5 is dependent the throttling effect of the outlet throttle 41, which in turn is less than the intermediate pressure level. It follows that the pressure in the valve control chamber 10 and the pressure in the Longitudinal bore 37 when the valve element 3 abuts the first Valve seat 6 is the same size, whereas the pressure in the needle control room 34 due to the branching of the connecting line 36 before the flow restrictor 41 larger than that Pressure in the valve control chamber 10 is.
  • valve element 3 For setting an injection start, an injection duration and an injection quantity over force ratios in the Fuel injection valve 1, the valve element 3 over the control element designed as a piezoelectric actuator controlled, which on the valve control room and arranged side of the valve element 3 facing away from the combustion chamber is.
  • the piezoelectric actuator not shown is in a manner known per se from several ceramic Layers built up and points to the valve element 3 facing side an actuator head and on its an actuator foot facing away from the valve element 3 on, which is supported on a wall of the valve housing 38.
  • control room 5 In the position of the valve element shown in FIG. 1 3 is the control room 5 opposite the low pressure area 8, in which preferably a system pressure between 10 prevailing bar and 30 bar, closed.
  • the connection between the control room 5 and the valve control room 10 opened because the valve element 3 by the spring 9 and prevailing pressure in the control room 5 against the first Valve seat 6 is pressed.
  • the piezoelectric actuator In this position of the valve element 3, the piezoelectric actuator is not energized.
  • valve control chamber 10 Since the pressure of the valve control chamber 10 is approximately the pressure in corresponds to the longitudinal bore 37 and the spring force of the second Spring 22 and the pressure and area ratios the needle control chamber 34, the annular chamber 28, the piston 15 and the nozzle needle 23 are coordinated, that is Fuel injection valve 1 closed, and the piston 15 or the first partial piston 17 lies with its end face 16 on the valve plate 14.
  • the fuel injector 1 has the of the annular space 28, the Branch bore 27, the connecting channel 26, the guide bore 24 and the through bore 25 of the second partial piston 18 limited high pressure area 4 its largest volume on.
  • the high pressure area 4 is filled with fuel that has approximately the pressure level of the longitudinal bore 37. This results from the fact that the second partial piston 18th pressed against the first partial piston 17 via the second spring 22 and if there is a pressure gradient between the longitudinal bore 37 and the high pressure area 4 the pressure of the high pressure area 4 to the pressure level of the longitudinal bore 37 is raised. Is the pressure level of the high pressure area 4 greater than the pressure level of the longitudinal bore 37, there is essentially no pressure equalization since the second Sub-piston 18 then bears sealingly on the first sub-piston 17.
  • the piezoelectric actuator or its piezoelectric Ceramic energized, the length of the piezoelectric Ceramic enlarged due to the piezoelectric effect.
  • the valve element 3 from the first Valve seat 6 lifted off and sealing against the second valve seat 7 pressed.
  • the valve element 3 is the pressure medium supply 2, the needle control chamber 34 and the longitudinal bore 37 via the control chamber 5 with the low pressure area 8 connected.
  • the valve control room 10 due to the contact of the valve element 3 on the second valve seat 7 is closed off from the control chamber 5, so that in the valve control chamber 10 is still approximately Pressure level of the control room 5 before opening the first Valve seat 6 is present. This results in a pressure drop between the valve control chamber 10 and the longitudinal bore 37.
  • the piston 15 is lifted off the valve plate 14 to an increasing compression of the second spring 22, whereby a closing force acting on the nozzle needle 23 is increased.
  • the one located in the high pressure area 4 Fuel is compressed to a defined high pressure.
  • the high pressure is due to another effective area 43 of the nozzle needle 23 and leads together with the pressure of the needle control chamber 34, which is also in the opening direction the nozzle needle 23 acts on it to open the valve 1. That means that after reaching the defined high pressure in the high pressure area 4 or in the annular space 28 the nozzle needle 23 is lifted off the sealing seat 30. Then is in the high pressure area 4 or in the annulus 28 under High-pressure fuel through the injection openings 31 into a combustion chamber, not shown Internal combustion engine sprayed and the high pressure in the high pressure range 4 dismantled.
  • the current supply the piezoelectric actuator is interrupted and the Elongation of the piezoelectric ceramic regresses.
  • the valve element 3 lifts off from the second valve seat 7 and is pressed sealingly against the first valve seat 6.
  • the pressure level of the longitudinal bore 37 increases in such a way that the piston 15 is pressed again against the valve plate 14 becomes.
  • the nozzle needle 23 is due to the force relationships pressed against the sealing seat 30.
  • the needle control room 34 is via the inlet throttle 40 and the outlet throttle 41st emptied, which ensures quick needle closing is.
  • nozzle needle 23 If the nozzle needle 23 is to open slowly during an injection, an inlet throttle with a high throttling effect is provided, whereas with the desired high opening speed an inlet throttle with less throttling effect is to be provided.
  • a closing speed of the nozzle needle is essentially due to the throttling effect of both throttles determined, with an increasing throttling effect the Closing speed reduced.
  • the fuel injector points to the Invention the advantages of a fuel injector with pressure translation, namely that a supply pressure is essential can be smaller than that in the valve itself generated injection pressure, whereby a pressure medium supply does not have to be carried out with the same strength as the pressure translation system itself.
  • FIGS. 2, 3 and 4 represent three further embodiments of the valve according to the invention. Differentiate here the exemplary embodiments shown in FIGS. 2, 3 and 4 from the embodiment shown in Figure 1 only in some areas, which is why in the following description and in Figures 2 to 4 for Identical identically and for functionally identical components the same reference numerals be used.
  • the embodiment of the fuel injector shown in Figure 2 1 differs from that in FIG 1 illustrated embodiment of the fuel injector 1 by in the area of the contact surface between the first piston 17 and the second piston 18 arranged filling valve 44, which is a filling ensure the high pressure area 4 with fuel safely should.
  • the filling should be guaranteed even then if there is a theoretically sufficient pressure drop between the high pressure area 4 and the longitudinal bore 37 of the Valve body 35 is not sufficient to fill the Lead high pressure area 4 starting from the longitudinal bore 37 should.
  • the filling valve 44 opens at a certain point Pressure drop between the valve control chamber 10 and the high pressure area 4 and remains open until one Closing pressure in the high pressure area 4 is reached.
  • the embodiment shown in Figure 2 can of fuel injector 1 after Invention be carried out in such a way that the piston 15th is a one-piece stepped piston. That means the first Partial piston 17 and the second partial piston 18 made in one piece are or are firmly connected, whereby a filling of the high pressure area starting from the Longitudinal bore of the valve body is not provided and the High pressure area only starting from the valve control room controlled by opening and closing the filling valve becomes.
  • Fuel injector is based on the description of the Fuel injector according to Figure 1 referenced except for the additional filling of the high pressure area 4 is the same via the filling valve 44.
  • the embodiment of the fuel injector shown in Figure 3 1 differs essentially of the embodiment shown in FIG. 2, that the filling valve 44 is not on the contact area between the first partial piston 17 and the second Partial piston 18 facing end of the first partial piston 17th is arranged, but that the filling valve 44 in the mouth area the through hole 25 into the guide hole 24 is integrated.
  • This measure leads to the fact that Volume of the high pressure area 4 in comparison to the exemplary embodiments 1 and 2 is reduced, which gives the above-described advantages of the fuel injector even stronger after the invention come.
  • a valve closing member 45 designed as a check valve Filling valve 44 and the valve closing member 45 closing spring 47 pressing against a valve sealing seat 46 are arranged in the through hole 25 and through a to the second partial piston 18 after assembly of the valve closing member 45 and the closing spring 47 welded Disc 48 positioned.
  • the disc 48 is with a central Bore 49 for guiding fuel to the high pressure area 4 provided.
  • the through hole 25 of the second Partial piston 18 is in the area of the valve sealing seat 46 with a diameter constriction, which means that Filling valve 44 acting pressure fluctuations in the longitudinal bore 37 and thus also smoothed in the through hole 25 become.
  • the mode of operation of the fuel injection valve 1 corresponds to the embodiment shown in FIG essential to the operation of that shown in Figure 2 Fuel injector, which is why on the description the functioning of the fuel injector Figure 1 and 2 is referred.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the fuel injection valve 1, its principal constructive execution essentially the embodiment corresponds to Figure 1.
  • the fuel injector 4 is without connection between the Pressure medium supply 2 and the needle control chamber 34 and without the chokes 40 shown in FIGS. 1, 2 and 3 and 41 executed.
  • the fuel injection valve 1 according to FIG. 4 thus compared to the exemplary embodiments according to FIGS. 1, 2 and 3 a simplified embodiment, the injection behavior but not in the differentiated way is adjustable, as in the embodiments of the Figures 1 to 3 is the case, the inlet throttle 40 and have the outlet throttle 41. This results from the fact that the opening behavior of the fuel injector according to Figure 4 only about a throttling effect of an opening 50 can be influenced.
  • the opening 50 is provided in the nozzle needle 23 supplying or discharging fuel into the needle control chamber 34 or out of the needle control chamber 34, and establishes a connection between the needle control room 34 and the high pressure area 4 in the area of Connection channel 26 forth.
  • the valve element 3 is located on the first valve seat 6 and the nozzle needle 23 on the sealing seat 30 on. If the first valve seat 6 is replaced by the valve element 3 released and the second valve seat 7 from the valve element 3 closed, the piston 15 is in the direction of the nozzle needle 23 shifted, the one in the high pressure region 4 existing fuel is compressed to high pressure. At the same time, the pressure in the needle control chamber 34 increases accordingly the throttling effect of the opening 50. Reached the pressure of the high pressure area 4 the opening pressure or the injection pressure, raises the nozzle needle 23 in the direction the valve plate 14 from the sealing seat 30, and in the High pressure area 4 or existing in the annular space 28 Fuel is injected into an injection port 31 Combustion chamber of an internal combustion engine injected.
  • valve element 3 in turn sealingly applied to the first valve seat 6, whereby the piston 15 in the manner described above is moved to the valve plate 14.
  • the nozzle needle 23 is pressed sealingly against the sealing seat 30, the volume of the needle control space 34 reduced.
  • the excess fuel of the needle control room 34 is about the breakthrough 50 in the high pressure area 4 pressed.
  • the closing speed of the nozzle needle 23 is therefore dependent on the throttling effect of the opening 50 and can be varied by changing the throttling effect.
  • the high pressure area 4 is thus after the end of the injection on the one hand via the longitudinal bore 37 and additionally with excess fuel of the needle control chamber 34 filled through the breakthrough 50.

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Abstract

Es wird ein Ventil (1) zum Steuern von Flüssigkeiten mit einer Druckmittelzuführung (2), mit einem Ventilelement (3) zum Steuern eines Drucks in einem Hochdruckbereich (4), mit einem Steuerelement zum Betätigen des Ventilelements (3) und mit einer Druckübersetzung, mittels welcher über die Druckmittelzuführung (2) zugeführtes Druckmittel von einem Zuführdruck auf einen Hochdruck komprimierbar ist, beschrieben. Die Druckübersetzung weist wenigstens einen längsbeweglichen in einem Ventilgehäuse (38) angeordneten Kolben (15) auf. Der Hochdruckbereich ist wenigstens teilweise von einem Düsenkörper (29) und einer darin längsbeweglich angeordneten Düsennadel (23), die Einspritzöffnungen (31) des Düsenkörpers (29) bei Anlage an einem Dichtsitz (30) abdichtet, begrenzt. Der Kolben (15) der Druck-übersetzungseinrichtung ist wenigstens bereichsweise längsbeweglich in der Düsennadel (23) geführt. Ein Teil des Hochdruckbereichs (4) ist zusätzlich im Inneren der Düsennadel (23) von der Düsennadel (23) und dem in der Düsennadel geführten Kolben (15) begrenzt (Figur 1). <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einer Druckmittelzuführung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Ventile der einleitend genannten Art sind aus der Praxis bekannt und weisen eine Druckübersetzung zum Verdichten von Kraftstoff von einem Zuführdruck auf einen Einspritzdruck auf. Die Druckübersetzung ist dabei mit druckübersetzten Kammern ausgeführt, die mit weiteren Komponenten zur Druckübersetzung und zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine kombiniert sind. Dazu wird einem Ventil von einem Druckmittelspeicher oder einer Druckmittelquelle, insbesondere einem Common-Rail-Bereich, Kraftstoff mit einem Zuführdruck bzw. einem Rail-Druck über eine Druckmittelzuführung zugeführt. Mittels der Druckübersetzung wird der mit Zuführdruck zugeführte Kraftstoff auf einen Hochdruck verdichtet und bei geöffnetem Ventil mit dem Hochdruck in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt.
Die Druckübersetzung weist ein Kolbensystem auf, welches über ein Steuerventil ansteuerbar ist und mit dem bedarfsweise der Hochdruck bzw. Einspritzdruck erzeugt wird. Der Hochdruck liegt im Bereich einer Einspritzdüse des Ventiles an. Eine Ansteuerung des Steuerventiles erfolgt vorzugsweise über ein einen piezoelektrischen Aktuator, welcher einen Teil einer Aktuatorik des Ventiles darstellt.
Die Einspritzdüse und die Druckübersetzung des Ventils sind räumlich voneinander getrennt und müssen über Bohrungen und Kanäle im Ventilgehäuse miteinander verbunden werden, um den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von der Druckübersetzung zur Einspritzdüse führen zu können. Die Bohrungen und Kanäle werden phasenweise mit dem auf Hochdruck verdichteten Kraftstoff beaufschlagt, so daß das Ventilgehäuse sowie weitere die Kanäle und Bohrungen aufweisende Bauteile des Ventiles hochfest ausgelegt werden müssen, was nachteilhafterweise höhere Bauteilwandstärken erfordert und darüber hinaus einen hohen Dichtaufwand zwischen einzelnen Bauteilen des Ventiles verursacht.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, daß auf die in der Praxis verwendeten Bohrungen und Kanäle zum Führen des auf Hochdruck bzw. Einspritzdruck verdichteten Kraftstoffs von einer Druckübersetzung in einen Bereich, von dem aus der Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine durch den Düsenkörper hindurch aus dem Ventil gespritzt wird, weitestgehend verzichtet werden kann.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Druckübersetzung des Ventiles, in welchem zugeführter Kraftstoff von einem Zuführdruck auf einen Hochdruck komprimiert wird, und der Bereich, der als Kraftstoffreservoir nahe den Einspritzöffnungen des Düsenkörpers angeordnet ist, räumlich nahe beieinander angeordnet sind und lange Verbindungswege im Ventil vermieden werden. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung des Volumens des Hochdruckbereiches des Ventiles, so daß der Dichtaufwand reduziert ist und nur wenig Bauteile des Ventiles gegenüber dem Hochdruck ausgeführt werden müssen.
Bei dem Ventil nach der Erfindung ist die Funktion der Einspritzdüse und die den Hochdruck erzeugende Druckübersetzung in einer konstruktiv kompakt ausgeführten Einheit kombiniert, so daß auch Leckverluste, welche sich negativ auf das Einspritzverhalten eines Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten auswirken, minimiert sind.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Vier Ausführungsbeispiele des Gegenstandes nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
  • Figur 1 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung bei einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt,
  • Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Hochdruckbereich von einem Zwischendruckbereich durch ein Ventil getrennt ist,
  • Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei eine Position des Rückschlagventiles aus Figur 2 verändert ist, und
  • Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Hochdruckbereich des Ventils mit einem Nadelsteuerraum des Ventils verbunden ist.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    Bezug nehmend auf Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiels eines Ventils 1 zum Steuern von Flüssigkeiten mit einer Druckmittelzuführung 2 und einem Ventilelement 3 zum Steuern eines Drucks in einem Hochdruckbereich 4 dargestellt. Das Ventilelement 3 ist in einem Steuerraum 5 angeordnet, der zwei mit dem Ventilelement 3 zusammenwirkende Ventilsitze 6, 7 hat. Bei Anlage des Ventilelementes 3 an dem ersten Ventilsitz 6 ist der Steuerraum 5 von einem Niederdruckbereich 8 des Ventils 1 getrennt. Diese Stellung des Ventilelementes 3 ist in der Figur 1 dargestellt, wobei das Ventilelement 3 dann an dem ersten Ventilsitz 6 anliegt, wenn eine Betätigung des Ventilelementes 3 durch das als piezoelektrischer Aktuator ausgeführte Steuerelement unterbleibt und das Ventilelement 3 von einer Federkraft einer Feder 9 gegen den ersten Ventilsitz 6 gedrückt ist.
    Das Steuerelement, welches beispielsweise auch als ein elektromagnetisches Antriebssystem ausgeführt sein kann, ist auf der dem Steuerraum 5 abgewandten Seite des ersten Ventilsitzes 6 angeordnet. Bei einer Bestromung des Steuerelementes wird das Ventilelement 3 von dem ersten Ventilsitz 6 abgehoben, wodurch der Steuerraum 5 mit dem Niederdruckbereich 8 verbunden wird. Des weiteren wird das Ventilelement 3 dichtend gegen den zweiten Ventilsitz 7 gedrückt, so daß der Steuerraum 5 von einem Ventilsteuerraum 10 getrennt ist. Da der Steuerraum 5 mit der Druckmittelzuführung 2 verbunden ist, ist der Ventilsteuerraum 10 bei Anlage des Ventilelementes 3 an dem zweiten Ventilsitz 7 ebenfalls von der Druckmittelzuführung 2 getrennt.
    Der erste Ventilsitz 6 ist vorliegend als ein Kegelsitz ausgeführt, und die mit dem ersten Ventilsitz 6 zusammenwirkende Dichtfläche 11 des Ventilelementes 3 ist ballig bzw. kugelabschnittsförmig ausgeführt, so daß bei Anlage des Ventilelementes 3 an dem ersten Ventilsitz 6 zwischen dem ersten Ventilsitz 6 und der Dichtfläche 11 eine Linienberührung vorliegt.
    Der zweite Ventilsitz 7 ist als ebene Fläche eines den Steuerraum 5 begrenzenden Bauteils 42 ausgeführt, welche mit einer ebenfalls ebenen Fläche bzw. Stirnfläche 12 des Ventilelements 3 zusammenwirkt.
    Durch diese Ausgestaltung der beiden Ventilsitze 6, 7 und der Dichtflächen 11, 12 des Ventilelementes 3 ist gewährleistet, daß ein fertigungsbedingter axialer Versatz des ersten Ventilsitzes 6 gegenüber einem den Steuerraum 5 und den Ventilsteuerraum 10 verbindenden Kanal 13 die Dichtwirkung des Ventilelementes 3 nicht beeinträchtigt. Des weiteren ist gewährleistet, daß bei einer in axialer Richtung des Ventils 1 erfolgenden Betätigung des Ventilelementes 3 ein Versatz des Ventilelementes 3 quer zur Bewegungsrichtung des Ventilelementes 3 zwischen den beiden Ventilsitze 6 und 7 unterbleibt, so daß eine verzögerungsfreie Ansteuerung des Ventiles 1 sicher gegeben ist.
    Der Ventilsteuerraum 10 ist von einer Ventilplatte 14 und einem Kolben 15 einer Druckübersetzung begrenzt, wobei der Kolben 15 mit seiner der Ventilplatte 14 zugewandten Stirnfläche 16 an der Ventilplatte 14 anliegt. Die Stirnfläche 16 des Kolbens 15 ist derart kugelförmig ausgeführt, daß der Kanal 13, welcher die Verbindung zwischen dem Ventilsteuerraum 10 und dem Steuerraum 5 darstellt, von dem Kolben 15 bei Anlage an der Ventilplatte 14 nicht verschlossen wird.
    Der Kolben 15 ist vorliegend zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem ersten mit einem größeren Durchmesser ausgeführten Teilkolben 17 und einem zweiten mit einem kleineren Durchmesser ausgeführten Teilkolben 18. Der erste Teilkolben 17 ist mit einer mittigen Sacklochbohrung 19 ausgeführt, in welche der zweite Teilkolben 18 eingeführt ist. Des weiteren ist der zweite Teilkolben 18 in eine Distanzhülse 20 gesteckt, welche über eine zwischen einem Bund 21 des zweiten Teilkolbens 18 und der Distanzhülse 20 angeordnete zweite Feder 22 gegen eine Düsennadel 23 des Ventils 1 gedrückt ist.
    Der Bund 21 ist an jenem Ende des zweiten Kolbens 18 ausgebildet, welches durch die zweite Feder 22 gegen den Boden der Sacklochbohrung 19 des ersten Teilkolbens 17 gedrückt ist. Mit seinem dem Bund 21 abgewandten Ende ist der zweite Teilkolben 18 in einer Führungsbohrung 24 der Düsennadel 23 axial beweglich geführt. Der zweite Teilkolben 18 ist mit einer mittigen Durchgangsbohrung 25 ausgebildet, welche an dem Ende des Bundes 21 von dem ersten Teilkolben 17 verschlossen ist und an dem dem ersten Teilkolben 17 abgewandten Ende des zweiten Teilkolbens 18 in die Führungsbohrung 24 mündet.
    An die Führungsbohrung 24 schließt sich ein koaxial zu dieser in der Düsennadel 23 ausgebildeter Verbindungskanal 26 an, der über eine Stichbohrung 27 mit einem Ringraum 28 verbunden ist. Der Ringraum 28 ist von einem Düsenkörper 29 und der Düsennadel 23 begrenzt. An seinem dem zweiten Teilkolben 18 abgewandten Ende liegt die Düsennadel 23 an einem Dichtsitz 30 des Düsenkörpers 29 an, so daß mehrere über den Umfang des Düsenkörpers 29 verteilt angeordnete Einspritzöffnungen 31 des Düsenkörpers 29 von der Düsennadel 23 geschlossen sind.
    Die Düsennadel 23 ist im Düsenkörper 29 über einen ersten Führungsbereich 32 und einen zweiten Führungsbereich 33 axial längs beweglich und dichtend geführt, wobei zwischen dem ersten Führungsbereich 32 und dem zweiten Führungsbereich 33 ein von der Düsennadel 23 und dem Düsenkörper 29 begrenzter Nadelsteuerraum 34 ausgebildet ist. Der Nadelsteuerraum 34 ist über eine in dem Düsenkörper 29, einem Ventilkörper 35 und der Ventilplatte 14 verlaufende Verbindungsleitung 36 mit der Druckmittelzuführung 2 verbunden.
    Des weiteren ist der Nadelsteuerraum 34 über den ersten Führungsbereich 32 gegenüber einer Längsbohrung 37 des Ventilkörpers 35, in welcher der erste Teilkolben 17 und der zweite Teilkolben 18 angeordnet sind, abgedichtet. Zusätzlich ist der Nadelsteuerraum 34 über den zweiten Führungsbereich 33 gegenüber dem Ringraum 28 abgedichtet, wobei in Abhängigkeit der vorliegenden Druckverhältnisse in dem Ventil 1 Leckageströme von dem Nadelsteuerraum 34 in Richtung des Ringraumes 28 bzw. der Längsbohrung 37 oder in entgegengesetzter Richtung fließen.
    Die Längsbohrung 37 des Ventilkörpers 35 ist über einen in dem Düsenkörper 35, der Ventilplatte 14 sowie einem Ventilgehäuse 38 verlaufenden weiteren Verbindungskanal 39 permanent mit dem Steuerraum 5 verbunden.
    Die Verbindung zwischen der Druckmittelzuführung 2 und dem Steuerraum 5 ist mit einer Zulaufdrossel 40 und einer Ablaufdrossel 41 ausgeführt, wobei zwischen der Zulaufdrossel 40 und der Ablaufdrossel 41 die Verbindungsleitung 36 in Richtung des Nadelsteuerraumes 34 abzweigt. Somit besteht die Möglichkeit, in Abhängigkeit der Drosselwirkung der Zulaufdrossel 40 und der Drosselwirkung der Ablaufdrossel 41 ein wenigstens annähernd konstantes Druckniveau der Druckmittelzuführung 2, welches vorliegend als Zuführdruck bezeichnet wird, auf ein definiertes Zwischendruckniveau einzustellen. Daraus resultiert, daß das Zwischendruckniveau der Verbindungsleitung 36 kleiner ist als der Zuführdruck der Druckmittelzuführung 2.
    Ein Druck des Steuerraumes 5 stellt sich in Abhängigkeit der Drosselwirkung der Ablaufdrossel 41 ein, der wiederum kleiner als das Zwischendruckniveau ist. Daraus folgt, daß der Druck in dem Ventilsteuerraum 10 und der Druck in der Längsbohrung 37 bei Anlage des Ventilelementes 3 an dem ersten Ventilsitz 6 gleich groß ist, wohingegen der Druck in dem Nadelsteuerraum 34 aufgrund der Abzweigung der Verbindungsleitung 36 vor der Ablaufdrossel 41 größer als der Druck in dem Ventilsteuerraum 10 ist.
    Nachfolgend wird die Funktionsweise des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils bei einem Kraftstoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen beschrieben, wobei das Kraftstoffeinspritzventil 1 in der vorliegenden Ausführung als ein Common-Rail-Injector ausgeführt ist.
    Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer und einer Einspritzmenge über Kraftverhältnisse in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 wird das Ventilelement 3 über das als piezoelektrischer Aktuator ausgebildete Steuerelement angesteuert, welches auf der ventilsteuerraum- und brennraumabgewandten Seite des Ventilelementes 3 angeordnet ist. Der nicht näher dargestellte piezoelektrische Aktuator ist in an sich bekannter Art und Weise aus mehreren keramischen Schichten aufgebaut und weist auf seiner dem Ventilelement 3 zugewandten Seite einen Aktuatorkopf und auf seiner dem Ventilelement 3 abgewandten Seite einen Aktuatorfuß auf, der sich an einer Wand des Ventilgehäuses 38 abstützt.
    In der in der Figur 1 dargestellten Position des Ventilelementes 3 ist der Steuerraum 5 gegenüber dem Niederdruckbereich 8, in dem vorzugsweise ein Systemdruck zwischen 10 bar und 30 bar vorherrscht, geschlossen. Die Verbindung zwischen dem Steuerraum 5 und dem Ventilsteuerraum 10 ist geöffnet, da das Ventilelement 3 durch die Feder 9 und den in dem Steuerraum 5 vorherrschenden Druck gegen den ersten Ventilsitz 6 gedrückt ist. In dieser Stellung des Ventilelementes 3 ist der piezoelektrische Aktuator nicht bestromt.
    Da der Druck des Ventilsteuerraumes 10 in etwa dem Druck in der Längsbohrung 37 entspricht und die Federkraft der zweiten Feder 22 und die Druck- sowie die Flächenverhältnisse des Nadelsteuerraumes 34, des Ringraumes 28, des Kolbens 15 und der Düsennadel 23 aufeinander abgestimmt sind, ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 geschlossen, und der Kolben 15 bzw. der erste Teilkolben 17 liegt mit seiner Stirnfläche 16 an der Ventilplatte 14 an.
    In dem vorbeschriebenen Betriebszustand des Kraftstoffeinspritzventiles 1 weist der von dem Ringraum 28, der Stichbohrung 27, dem Verbindungskanal 26, der Führungsbohrung 24 und der Durchgangsbohrung 25 des zweiten Teilkolbens 18 begrenzte Hochdruckbereich 4 sein größtes Volumen auf. Der Hochdruckbereich 4 ist mit Kraftstoff befüllt, der in etwa das Druckniveau der Längsbohrung 37 aufweist. Dies resultiert aus der Tatsache, daß der zweite Teilkolben 18 über die zweite Feder 22 gegen den ersten Teilkolben 17 gedrückt ist, und bei Vorliegen eines Druckgefälles zwischen der Längsbohrung 37 und dem Hochdruckbereich 4 der Druck des Hochdruckbereichs 4 auf das Druckniveau der Längsbohrung 37 angehoben wird. Ist das Druckniveau des Hochdruckbereiches 4 größer als das Druckniveau der Längsbohrung 37, erfolgt im wesentlichen kein Druckausgleich, da der zweite Teilkolben 18 dann dichtend an dem ersten Teilkolben 17 anliegt.
    Wird der piezoelektrische Aktuator bzw. dessen piezoelektrische Keramik bestromt, wird die Länge der piezoelektrischen Keramik aufgrund des piezoelektrischen Effektes vergrößert. Dadurch wird das Ventilelement 3 von dem ersten Ventilsitz 6 abgehoben und dichtend gegen den zweiten Ventilsitz 7 gepreßt. In dieser Position des Ventilelementes 3 ist die Druckmittelzuführung 2, der Nadelsteuerraum 34 und die Längsbohrung 37 über den Steuerraum 5 mit dem Niederdruckbereich 8 verbunden. Gleichzeitig ist der Ventilsteuerraum 10 aufgrund der Anlage des Ventilelements 3 an dem zweiten Ventilsitz 7 gegenüber dem Steuerraum 5 verschlossen, so daß im Ventilsteuerraum 10 nach wie vor in etwa das Druckniveau des Steuerraumes 5 vor dem Öffnen des ersten Ventilsitzes 6 vorliegt. Daraus resultiert ein Druckgefälle zwischen dem Ventilsteuerraum 10 und der Längsbohrung 37.
    Ein Flächenverhältnis zwischen der Stirnfläche 16 und auf der der Stirnfläche 16 des ersten Teilkolbens 17 abgewandten Seite ausgebildeten Wirkflächen des Kolbens 15 führt in Kombination mit dem Druckgefälle zwischen der Ventilsteuerung 10 und der Längsbohrung 37 zu einem Abheben des ersten Teilkolbens 17 von der Ventilplatte 14 in Richtung der Düsennadel 23. Daraus wiederum resultiert eine Verschiebung des zweiten Teilkolbens 18 in Richtung der Düsennadel 23, was zu einer Reduzierung des Volumens des Hochdruckbereiches 4 führt.
    Zusätzlich führt das Abheben des Kolbens 15 von der Ventilplatte 14 zu einer zunehmenden Stauchung der zweiten Feder 22, wodurch eine auf die Düsennadel 23 wirkende Schließkraft erhöht wird. Der in dem Hochdruckbereich 4 befindliche Kraftstoff wird auf einen definierten Hochdruck verdichtet. Der Hochdruck liegt an einer weiteren Wirkfläche 43 der Düsennadel 23 an und führt zusammen mit dem Druck des Nadelsteuerraums 34, der ebenfalls in Öffnungsrichtung der Düsennadel 23 auf diese einwirkt, zum Öffnen des Ventils 1. Das heißt, daß ab Erreichen des definierten Hochdrucks in dem Hochdruckbereich 4 bzw. in dem Ringraum 28 die Düsennadel 23 von dem Dichtsitz 30 abgehoben wird. Dann wird der im Hochdruckbereich 4 bzw. im Ringraum 28 unter Hochdruck stehende Kraftstoff über die Einspritzöffnungen 31 in einen nicht näher dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine gespritzt und der Hochdruck im Hochdruckbereich 4 abgebaut.
    Um die Einspritzung definiert zu beenden, wird die Bestromung des piezoelektrischen Aktuators unterbrochen und die Längung der piezoelektrischen Keramik bildet sich zurück. Das Ventilelement 3 hebt von dem zweiten Ventilsitz 7 ab und wird dichtend gegen den ersten Ventilsitz 6 gedrückt. Das Druckniveau der Längsbohrung 37 erhöht sich derart, daß der Kolben 15 wieder gegen die Ventilplatte 14 gedrückt wird. Die Düsennadel 23 wird aufgrund der Kraftverhältnisse gegen den Dichtsitz 30 gedrückt. Der Nadelsteuerraum 34 wird über die Zulaufdrossel 40 und die Ablaufdrossel 41 entleert, wodurch ein schnelles Nadelschließen gewährleistet ist.
    Durch die Anordnung der Zulaufdrossel 40 und der Ablaufdrossel 41 besteht die Möglichkeit, in Abhängigkeit der Drosselwirkung der beiden Drosseln 40, 41 einen Nadelhubverlauf so abzustimmen, daß die Düsennadel 23 unter hohem Druck bzw. Einspritzdruck mit definierter Geschwindigkeit öffnet und anschließend schnell schließt. Damit ist eine präzise Einspritzung mit einer exakt einstellbaren Einspritzmenge an Kraftstoff durchführbar.
    Soll die Düsennadel 23 bei einer Einspritzung langsam öffnen, wird eine Zulaufdrossel mit hoher Drosselwirkung vorgesehen, wohingegen bei gewünschter hoher Öffnungsgeschwindigkeit eine Zulaufdrossel mit geringerer Drosselwirkung vorzusehen ist. Eine Schließgeschwindigkeit der Düsennadel wird im wesentlichen durch die Drosselwirkung beider Drosseln bestimmt, wobei eine zunehmende Drosselwirkung die Schließgeschwindigkeit reduziert.
    Nach Beendigung der Einspritzung, d.h. wenn der Kolben 15 an der Ventilplatte 14 anliegt und die Düsennadel 23 dichtend gegen den Dichtsitz 30 gedrückt ist, liegt zwischen dem Hochdruckbereich 4 und der Längsbohrung 37 bzw. dem Steuerraum 5 ein derartiges Druckgefälle vor, daß ausgehend von der Längsbohrung 37 Kraftstoff zwischen dem ersten Teilkolben 17 und dem zweiten Teilkolben 18 über die Durchgangsbohrung 25 in den Hochdruckbereich 4 einströmt, bis das Druckgefälle im wesentlichen reduziert ist.
    Mit der vorbeschriebenen konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils ergibt sich eine Reduzierung des Volumens des Hochdruckbereiches des Kraftstoffeinspritzventils, wodurch vorteilhafterweise Festigkeitsproblemen entgegengewirkt wird. Die erhebliche Verkleinerung des Hochdruckbereichs 4 des Kraftstoffeinspritzventiles 1 nach der Erfindung im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Einspritzventilen und der Umstand, daß dieser größtenteils in Bauteile integriert ist, welche im Inneren der Gehäuseteile des Ventiles angeordnet sind, erlaubt eine Reduzierung der Wandstärke der Gehäuseteile des Ventiles, woraus wiederum eine Bauraumersparnis resultiert.
    Darüber hinaus weist das Kraftstoffeinspritzventil nach der Erfindung die Vorteile eines Kraftstoffeinspritzventiles mit Druckübersetzung auf, nämlich daß ein Zuführdruck wesentlich kleiner sein kann, als der erst im Ventil selbst erzeugte Einspritzdruck, wodurch eine Druckmittelzuführung nicht mit der gleichen Festigkeit ausgeführt werden muß wie das Druckübersetzungssystem selbst.
    Die Figuren 2, 3 und 4 stellen drei weitere Ausführungsformen des Ventils nach der Erfindung dar. Dabei unterscheiden sich die in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils nur in Teilbereichen, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren 2 bis 4 für baugleiche und für funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
    Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventiles 1 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventiles 1 durch ein im Bereich der Anlagefläche zwischen dem ersten Teilkolben 17 und dem zweiten Teilkolben 18 angeordnetes Befüllventil 44, welches eine Befüllung des Hochdruckbereiches 4 mit Kraftstoff sicher gewährleisten soll. Die Befüllung soll selbst dann gewährleistet sein, falls ein theoretisch ausreichendes Druckgefälle zwischen dem Hochdruckbereich 4 und der Längsbohrung 37 des Ventilkörpers 35 nicht zu einer ausreichenden Befüllung des Hochdruckbereiches 4 ausgehend von der Längsbohrung 37 führen sollte. Das Befüllventil 44 öffnet ab einem bestimmten Druckgefälle zwischen dem Ventilsteuerraum 10 und dem Hochdruckbereich 4 und bleibt so lange geöffnet, bis ein Schließdruck in dem Hochdruckbereich 4 erreicht wird.
    Während einer Einspritzung sperrt das vorliegend als Rückschlagventil ausgeführte Befüllventil 44 den Hochdruckbereich 4 gegenüber dem Ventilsteuerraum 10, so daß der vorbeschriebene Druckaufbau im Hochdruckbereich durch Verschieben des Kolbens 15 in Richtung der Düsennadel 23 sicher gewährleistet ist. Darüber hinaus ist der Hochdruckbereich 4 in der in Figur 1 beschriebenen Art und Weise gegenüber der Längsbohrung 37 abgedichtet. Die Dichtwirkung an der Berührungsstelle zwischen dem ersten Teilkolben 17 und dem zweiten Teilkolben 18 wird durch eine ausreichend hohe auf den zweiten Teilkolbens 18 wirkende Anpreßkraft erzielt.
    Alternativ hierzu kann das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventiles 1 nach der Erfindung dahingehend ausgeführt sein, daß der Kolben 15 ein einteiliger Stufenkolben ist. Das heißt, daß der erste Teilkolben 17 und der zweite Teilkolben 18 einstückig ausgeführt sind oder fest miteinander verbunden sind, wodurch eine Befüllung des Hochdruckbereiches ausgehend von der Längsbohrung des Ventilkörpers nicht vorgesehen ist und der Hochdruckbereich lediglich ausgehend von dem Ventilsteuerraum durch ein Öffnen und Schließen des Befüllventiles gesteuert wird.
    Zur weiteren Funktionsweise des in Figur 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzventiles wird auf die Beschreibung des Kraftstoffeinspritzventiles gemäß Figur 1 verwiesen, da diese bis auf die zusätzliche Befüllung des Hochdruckbereiches 4 über das Befüllventil 44 gleich ist.
    Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventiles 1 unterscheidet sich im wesentlichen von dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß das Befüllventil 44 nicht an dem dem Anlagebereich zwischen dem ersten Teilkolben 17 und dem zweiten Teilkolben 18 zugewandten Ende des ersten Teilkolbens 17 angeordnet ist, sondern daß das Befüllventil 44 im Mündungsbereich der Durchgangsbohrung 25 in die Führungsbohrung 24 integriert ist. Diese Maßnahme führt dazu, daß das Volumen des Hochdruckbereichs 4 im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1 und Figur 2 reduziert ist, wodurch die vorbeschriebenen Vorteile des Kraftstoffeinspritzventils nach der Erfindung noch stärker zum Tragen kommen.
    Ein Ventilschließglied 45 des als Rückschlagventil ausgeführten Befüllventiles 44 und eine das Ventilschließglied 45 gegen einen Ventildichtsitz 46 drückende Schließfeder 47 sind in der Durchgangsbohrung 25 angeordnet und durch eine an den zweiten Teilkolben 18 nach der Montage des Ventilschließgliedes 45 und der Schließfeder 47 angeschweißte Scheibe 48 positioniert. Die Scheibe 48 ist mit einer mittigen Bohrung 49 zum Führen von Kraftstoff in den Hochdruckbereich 4 versehen. Die Durchgangsbohrung 25 des zweiten Teilkolbens 18 ist im Bereich des Ventildichtsitzes 46 mit einer Durchmessereinschnürung versehen, wodurch auf das Befüllventil 44 einwirkende Druckschwankungen in der Längsbohrung 37 und damit auch in der Durchgangsbohrung 25 geglättet werden.
    Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Funktionsweise des in Figur 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils, weshalb auf die Beschreibung der Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils zu Figur 1 und 2 verwiesen wird.
    In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils 1 dargestellt, dessen prinzipielle konstruktive Ausführung im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 entspricht. Das Kraftstoffeinspritzventil gemäß Figur 4 ist jedoch ohne Verbindung zwischen der Druckmittelzuführung 2 und dem Nadelsteuerraum 34 sowie ohne die in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Drosseln 40 und 41 ausgeführt.
    Damit stellt das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß Fig. 4 gegenüber den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1, 2 und 3 eine vereinfachte Ausführungsform dar, dessen Einspritzverhalten jedoch nicht in der differenzierten Art und Weise einstellbar ist, wie es bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 der Fall ist, die die Zulaufdrossel 40 und die Ablaufdrossel 41 aufweisen. Dies resultiert daraus, daß das Öffnungsverhalten des Kraftstoffeinspritzventiles gemäß Figur 4 lediglich über eine Drosselwirkung eines Durchbruchs 50 beeinflußbar ist.
    Der Durchbruch 50 ist in der Düsennadel 23 vorgesehen, um ein Zuführen bzw. ein Abführen von Kraftstoff in den Nadelsteuerraum 34 bzw. aus dem Nadelsteuerraum 34 heraus zu gewährleisten, und stellt eine Verbindung zwischen dem Nadelsteuerraum 34 und dem Hochdruckbereich 4 im Bereich des Verbindungskanals 26 her.
    Gemäß der Darstellung in Figur 4 liegt das Ventilelement 3 am ersten Ventilsitz 6 und die Düsennadel 23 am Dichtsitz 30 an. Wird der erste Ventilsitz 6 von dem Ventilelement 3 freigegeben und der zweite Ventilsitz 7 von dem Ventilelement 3 verschlossen, wird der Kolben 15 in Richtung der Düsennadel 23 verschoben, wobei der im Hochdruckbereich 4 vorhandene Kraftstoff auf Hochdruck verdichtet wird. Gleichzeitig steigt der Druck im Nadelsteuerraum 34 entsprechend der Drosselwirkung des Durchbruchs 50 an. Erreicht der Druck des Hochdruckbereiches 4 den Öffnungsdruck bzw. den Einspritzdruck, hebt die Düsennadel 23 in Richtung der Ventilplatte 14 von dem Dichtsitz 30 ab, und der in dem Hochdruckbereich 4 bzw. in dem Ringraum 28 vorhandene Kraftstoff wird über die Einspritzöffnungen 31 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt.
    Zur Beendigung der Einspritzung wird das Ventilelement 3 wiederum an den ersten Ventilsitz 6 dichtend angelegt, wodurch der Kolben 15 in vorbeschriebener Art und Weise zurück an die Ventilplatte 14 verschoben wird. Gleichzeitig wird die Düsennadel 23 dichtend gegen den Dichtsitz 30 gedrückt, wobei sich das Volumen des Nadelsteuerraumes 34 verringert. Der überschüssige Kraftstoff des Nadelsteuerraumes 34 wird über den Durchbruch 50 in den Hochdruckbereich 4 gedrückt. Die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 23 ist daher von der Drosselwirkung des Durchbruchs 50 abhängig und über eine Veränderung der Drosselwirkung variierbar.
    Der Hochdruckbereich 4 wird somit nach Beendigung der Einspritzung einerseits über die Längsbohrung 37 und zusätzlich mit überschüssigem Kraftstoff des Nadelsteuerraums 34 über den Durchbruch 50 befüllt.
    Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes, das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform mit einem Befüllventil in der in den Figuren 2 und 3 beschriebenen Art und Weise zu versehen. Dabei kann das Befüllventil in den in Figur 2 oder in Figur 3 dargestellten Positionen oder in beliebig dazwischen angeordneten Positionen vorgesehen sein.

    Claims (14)

    1. Ventil (1) zum Steuern von Flüssigkeiten mit einer Druckmittelzuführung (2), mit einem Ventilelement (3) zum Steuern eines Drucks in einem Hochdruckbereich (4), mit einem Steuerelement zum Betätigen des Ventilelementes (3) und mit einer Druckübersetzung, mittels welcher über die Druckmittelzuführung (2) zugeführtes Druckmittel von einem Zuführdruck auf einen Hochdruck komprimierbar ist, wobei die Druckübersetzung wenigstens einen längsbeweglich in einem Ventilkörper (35) angeordneten Kolben (15) aufweist und der Hochdruckbereich (4) wenigstens teilweise von einem Düsenkörper (29) und einer darin längsbeweglich angeordneten Düsennadel (23), die Einspritzöffnungen (31) des Düsenkörpers (29) bei Anlage an einem Dichtsitz (30) abdichtet, begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (15) der Druckübersetzung wenigstens bereichsweise längsbeweglich in der Düsennadel (23) geführt ist und ein Teil des Hochdruckbereichs (4) zusätzlich im Inneren der Düsennadel (23) von dieser und dem in der Düsennadel (23) geführten Teil des Kolbens (15) begrenzt ist.
    2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (15) als Stufenkolben ausgeführt ist.
    3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (15) zweiteilig ausgeführt ist.
    4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (15) und der Düsennadel (23) ein elastisches Element (22) angeordnet ist.
    5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (3) in einem Steuerraum (5) angeordnet ist, welcher zwei mit dem Ventilelement (3) zusammenwirkende Ventilsitze (6, 7) hat.
    6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (5) jeweils mit der Druckmittelzuführung (2), einem Niederdruckbereich (8) und einem Ventilsteuerraum verbunden ist, wobei die Verbindung des Steuerraumes (5) mit dem Niederdruckbereich (8) bei Anlage des Ventilelementes (3) an dem ersten Ventilsitz (6) geschlossen ist und die Verbindungen des Steuerraums mit dem Ventilsteuerraum (10) und mit der Druckmittelzuführung (3) geöffnet sind.
    7. Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen des Steuerraumes (5) mit dem Niederdruckbereich (8) und mit der Druckmittelzuführung (2) bei Anlage des Ventilelementes (3) an dem zweiten Ventilsitz (7) geöffnet sind und die Verbindung des Steuerraumes (5) mit dem Ventilsteuerraum (10) geschlossen ist.
    8. Ventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsteuerraum (10) von einer dem Steuerraum (5) zugewandten Stirnfläche (16) des Kolbens (15), einer Ventilplatte (14) und dem Ventilkörper (35) begrenzt ist.
    9. Ventil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (35) eine mit dem Steuerraum (5) verbundene Längsbohrung (37) aufweist, in welcher der Kolben (15) angeordnet ist.
    10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzuführung (2) über den Steuerraum (5) mit der Längsbohrung (37) verbunden ist.
    11. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Steuerraum (5) und der Druckmittelzuführung (2) mit einer Zulaufdrossel (40) versehen ist.
    12. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Druckmittelzuführung (2) und dem Steuerraum (5) mit einer Ablaufdrossel (41) versehen ist.
    13. Ventil nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (5) über eine Verbindungsleitung (36) mit einem Nadelsteuerraum (34) verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung (36) von der Verbindung zwischen der Druckmittelzuführung (2) und dem Steuerraum (5) zwischen der Zulaufdrossel (40) und der Ablaufdrossel (41) in Richtung des Nadelsteuerraumes (34) abzweigt.
    14. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckbereich (4) über einen Durchbruch (50) in der Düsennadel (23) mit einem Nadelsteuerraum (34) verbunden ist.
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