EP1637727B1

EP1637727B1 - Steuerventil für einen Injektor

Info

Publication number: EP1637727B1
Application number: EP20050106592
Authority: EP
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: EP1637727A1; DE102004044462A1; JP2006083863A; DE502005007651D1

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Injektor einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
Ein Steuerventil für einen Injektor einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1 ist aus DE 199 51 004 A1 und WO 2005/010 342 A1 bekannt. Bei DE 199 51 004 A1 weist das Steuerventil ein Ventilglied mit einem mit einem Aktor antriebsgekoppelten äußeren Kolben und mit einem innerhalb des äußeren Kolbens axial geführten inneren Ventilkolben auf. Innerhalb des äußeren Kolbens ist ein erster Übersetzerraum angeordnet, dem der Ventilkolben mit einer Druckfläche ausgesetzt ist. Der äußere Kolben ist mit einer Ringfläche, einem zweiten Übersetzerraum ausgesetzt, auf den ebenfalls der innere Ventilkolben mit einer Druckstufe einwirkt. Der Hochdruckanschluss für den Kraftstoffinjektor wird dabei an dem Übersetzer vorbeigeführt. Bei WO 2005/010342 A1 ist der äußere Kolben mit dem Ventilkolben und der innere Ventilkolben mit dem Aktor antriebsgekoppelt.
Ein weiteres Steuerventil für einen Injektor mit einem Druckverstärker ist aus DE 102 18 904 bekannt. Das Steuerventil hierbei weist ebenfalls einen hydraulischen Übersetzer mit einem Ventilkolben und einem Aktorkolben auf, wobei der Ventilkolben und der Aktorkolben getrennt voneinander auf den Übersetzerraum einwirken.
Bei einem aus US 6 240 905 B1 bekannten Steuerventil eines Kraftstoffinjektors ist ein Übersetzerraum vorgesehen, dem ein antriebsgekoppelter Aktorkolben und ein Ventilkolben ausgesetzt sind. Der antriebsgekoppelte Aktorkolben und der Ventilkolben sind dabei parallel versetzt nebeneinander angeordnet.
Aus der DE 102 18 904 A1 ist weiterhin ein Injektor bekannt, der eine Düsennadel zum Steuern der Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Spritzloch enthält. Die Düsennadel ist in einem Steuerraum mit einem in Schließrichtung wirkenden Druck beaufschlagbar. Durch den im Steuerraum herrschenden Druck kann die Düsennadel gesteuert werden. Bei geöffneter Düsennadel kommuniziert das wenigstens eine Spritzloch mit einem Ausgangsdruckraum eines hydraulischen Druckübersetzers. In einem Ausgangszustand herrscht im Ausgangsdruckraum ein Kraftstoffhochdruck, der über eine gemeinsame Versorgungsleitung (sogenanntes "Common-Rail-System") bereitgestellt wird. Der Ausgangsdruckraum ist von einem Übersetzerkolben mit einer vergleichsweise kleinen Ausgangsdruckfläche begrenzt. An einer vom Ausgangsdruckraum abgewandten Seite weist der Übersetzerkolben außerdem eine vergleichsweise große Eingangsdruckfläche auf, die einen Eingangsdruckraum begrenzt. Der Eingangsdruckraum ist mit der Versorgungsleitung verbunden, so dass im Eingangsdruckraum der Kraftstoffhochdruck herrscht. Durch das Flächenverhältnis zwischen Eingangsdruckfläche und Ausgangsdruckfläche kommt es im Ausgangsdruckraum zu einer Druckerhöhung, sofern sich der Übersetzerkolben bewegen kann. Zum Steuern des Übersetzerkolbens ist dieser außerdem mit einer Steuerfläche ausgestattet, die einen Steuerraum begrenzt. Die Steuerfläche ist dabei so dimensioniert, dass der Übersetzerkolben in seine Ausgangsstellung vorgespannt ist, wenn im Steuerraum der Kraftstoffhochdruck herrscht. Der Übersetzerkolben wird somit durch den im Steuerraum herrschenden Druck gesteuert. Beim bekannten Injektor sind nun sowohl der Steuerraum der Düsennadel als auch der Steuerraum des Druckübersetzers über eine Hochdruckleitung an die Versorgungsleitung angeschlossen. Um diese Hochdruckleitung steuern zu können, ist darin ein Steuerventil der eingangs genannten Art angeordnet.
Für niedrige Emissionswerte und hohe Wirkungsgrade ist es erforderlich, einen Einspritzbeginn und ein Einspritzende möglichst exakt ansteuern zu können, um längere Übergangszeiten beim Einschalten bzw. beim Ausschalten des jeweiligen Einspritzvorgangs zu vermeiden. Ziel sind möglichst steile Flanken zu Beginn und am Ende des jeweiligen Einspritzvorgangs. Die Schaltzeiten des jeweils verwendeten Steuerventils haben hierbei einen signifikanten Einfluss auf die Qualität der erreichbaren Einspritzvorgänge.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Übersetzer im Hochdruckraum angeordnet ist, der mit der Hochdruckleitung kommuniziert oder durch den die Hochdruckleitung hindurchgeführt ist. Auf diese Weise "schwimmt" der Übersetzer im Hochdruck, so dass im Bereich des Übersetzers die Gefahr von Leckagen reduziert ist.
Eine besonders kompakte Bauweise kann für den Übersetzer und somit für das gesamte Steuerventil dadurch erreicht werden, dass der Übersetzer einen mit dem Aktor antriebsverbundenen Aktorkolben und einen mit dem Ventilglied antriebsverbundenen Ventilkolben aufweist. Aktorkolben und Ventilkolben koaxial ineinander angeordnet sind. Durch die kompakte Bauweise des Übersetzers und somit des Steuerventils kann dieses besonders einfach auch in einen Injektor eingebaut werden, der außerdem mit einem hydraulischen Druckübersetzer ausgestattet ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Steuerventils ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Steuerventils sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 bis 4: jeweils einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch ein Steuerventil nach der Erfindung, jedoch bei unterschiedlichen Ausführungsformen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Entsprechend den Fig. 1 bis 4 enthält ein Steuerventil 1 nach der Erfindung in einem nur teilweise angedeuteten Ventilkörper 2 einen Aktor 3, der vorzugsweise als Piezoaktuator ausgestaltet sein kann. Das Steuerventil 1 dient zum Steuern einer Hochdruckleitung 4, mit deren Hilfe in einem im übrigen nicht dargestellten Injektor einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wenigstens eine Düsennadel und/oder ein hydraulischer Druckübersetzer gesteuert werden kann.
Das Steuerventil 1 enthält zum Steuern der Hochdruckleitung 4 ein Ventilglied 5, das in einer hier gezeigten ersten Schaltstellung mit einem ersten Ventilsitz 6 zusammenwirkt und dabei einen Hochdruckeingang 7 des Steuerventils 1 von einem Hochdruckausgang 8 des Steuerventils 1 trennt. Die erste Schaltstellung bildet dabei eine Endstellung des Ventilglieds 5. Das Ventilglied 5 kann außerdem in eine zweite Schaltstellung überführt werden, in welcher der Hochdruckeingang 7 mit dem Hochdruckausgang 8 verbunden ist. Da die Hochdruckleitung 4 über den Hochdruckeingang 7 und den Hochdruckausgang 8 durch das Steuerventil 1 hindurchgeführt ist, kann mit Hilfe des Ventilglieds 5 die Hochdruckleitung 4 gesteuert werden.
Das Steuerventil 1 enthält außerdem einen hydraulisch arbeitenden Übersetzer 9, der im wesentlichen vollständig in einem Hochdruckraum 10 angeordnet ist. Dieser Hochdruckraum 10 kommuniziert mit der Hochdruckleitung 4. Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 4 ist der Hochdruckraum 10 an die Hochdruckleitung 4 angeschlossen. Im Unterschied dazu ist bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 die Hochdruckleitung 4 durch den Hochdruckraum 10 hindurchgeführt.
Der Übersetzer 9 ist eingangsseitig mit dem Aktor 3 und ausgangsseitig mit dem Ventilglied 5 antriebsverbunden. Auf diese Weise kann der Übersetzer 9 einen vom Aktor 3 erzeugten eingangsseitigen axialen Aktorhub in einen ausgangsseitigen Ventilhub übersetzen bzw. untersetzen. Vorzugsweise wird untersetzt, das heißt, der ausgangsseitige Ventilhub ist größer als der eingansseitige Aktorhub. Auf diese Weise kann eine relativ kleine Stellbewegung des Aktors 3 in eine größere Stellbewegung des Ventilglieds 5 umgewandelt werden.
Das Steuerventil 1 weist vorzugsweise außerdem einen Niederdruckausgang 11 auf, der mit einem vergleichsweise drucklosen Rücklauf 12 verbunden ist. Im Rücklauf 12 herrscht innerhalb einer Einspritzanlage ein Systemdruck, der im Vergleich zu dem in der Hochdruckleitung 4 herrschenden Hochdruck klein ist. In der dargestellten ersten Schaltstellung ist der Niederdruckausgang 11 vom Hochdruckeingang 7 getrennt und dafür mit dem Hochdruckausgang 8 verbunden. Somit kommuniziert ein stromab des Hochdruckausgangs 8 angeordneter Abschnitt 4" der Hochdruckleitung 4 in der ersten Schaltstellung des Ventilglieds 5 mit dem Rücklauf 12, so dass in diesem Abschnitt 4" der relativ niedrige Systemdruck des Rücklaufs 12 herrscht.
In der zweiten Schaltstellung des Ventilglieds 5 wirkt dieses mit einem zweiten Ventilsitz 13 zusammen und sperrt dadurch den Niederdruckausgang 11, das heißt, der Niederdruckausgang 11 ist dann sowohl vom Hochdruckeingang 7 als auch vom Hochdruckausgang 8 getrennt. In der Folge herrscht im stromab des Steuerventils 1 angeordneten Abschnitts 4" der Hochdruckleitung 4 derselbe Druck wie in einem stromauf des Steuerventils 1 angeordneten Abschnitt 4' der Hochdruckleitung 4, also der darin bereitgestellte Hochdruck. Auch die zweite Schaltstellung bildet eine Endstellung des Ventilglieds 5.
Der Übersetzer 9 umfasst einen Aktorkolben 14 und einen Ventilkolben 15, die koaxial ineinander angeordnet und axial verstellbar aneinander gelagert sind. Während der Aktorkolben 14 mit dem Aktor 3 antriebsverbunden ist, ist der Ventilkolben 15 mit dem Ventilglied 5 antriebsverbunden. Beispielsweise ist der Aktorkolben 14 mit dem Aktor 3 verschweißt, während der Ventilkolben 15 mit dem Ventilglied 5 einstückig hergestellt sein kann.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 ist der Aktorkolben 14 außen angeordnet, während der Ventilkolben 15 jeweils innen angeordnet ist. Im Unterschied dazu ist bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und 4 der Ventilkolben 15 außen angeordnet, so dass dort der Aktorkolben 14 innen angeordnet ist.
Entsprechend Fig. 1 ist im Innern des außen angeordneten Aktorkolbens 14 ein erster Übersetzerraum 16 ausgebildet, der vom innen angeordneten Ventilkolben 15 in Hubrichtung, also axial begrenzt ist. An einer dem Aktorkolben 14 gegenüberliegenden Seite begrenzt eine Wand 17 den Hochdruckraum 10. Durch diese Wand 17 ist der Ventilkolben 15 hindurchgeführt. Der innen angeordnete Ventilkolben 15 ist axial zwischen dem Aktorkolben 14 und der genannten Wand 17 von einem ringförmigen zweiten Übersetzerraum 18 umfangsmäßig eingeschlossen bzw. umhüllt. Der zweite Übersetzerraum 18 ist radial außen von einer Hülse 19 begrenzt, die somit den zweiten Übersetzerraum 18 vom Hochdruckraum 10 trennt. Die genannte Hülse 19 ist am außen angeordneten Aktorkolben 14 axial beweglich gelagert und mit Hilfe einer Feder 20 axial an der Wand 17 anliegend vorgespannt. Die Feder 20 stützt sich dabei axial an der Hülse 19 und am Aktorkolben 14 bzw. am Aktor 3 ab.
Die beiden Übersetzerräume 16 und 18 sind miteinander kommunzierend verbunden. Dies kann beispielsweise über ein entsprechendes Radialspiel zwischen Aktorkolben 14 und Ventilkolben 15 realisiert werden oder durch zumindest eine Längsnut außen am Ventilkolben 15 und/oder innen am Aktorkolben 14. Bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird die kommunizierende Verbindung zwischen den Übersetzerräumen 16 und 18 dadurch realisiert, dass der innen angeordnete Ventilkolben 15 zumindest eine Bohrung 21 enthält, welche die beiden Übersetzerräume 16, 18 miteinander verbindet.
Das Steuerventil 1 gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt:
In einer Ausgangsstellung befindet sich das Ventilglied 5 in seiner zweiten Schaltstellung, in der der Niederdruckausgang 11 gesperrt und der Hochdruckeingang 7 mit dem Hochdruckausgang 8 verbunden ist. Folglich herrscht in dem stromab des Steuerventils 1 angeordneten Abschnitt 4" der Hochdruckleitung 4 der Hochdruck. Da das Steuerventil 1 zum Steuern zumindest einer Düsennadel und/oder zum Steuern eines hydraulischen Druckübersetzers dient, ist die Hochdruckleitung 4 stromab des Steuerventils 1 an einen Steuerraum der Düsennadel und/oder an einen Steuerraum des Druckübersetzers angeschlossen. In der zweiten Schaltstellung herrscht somit in dem jeweiligen Steuerraum ebenfalls der Hochdruck. Um die Düsennadel zu öffnen und um ggf. den Druckübersetzer zu aktivieren, muss im jeweiligen Steuerraum der Druck abgesenkt werden.
Durch eine entsprechende Betätigung kann der Aktor 3 den Aktorkolben 14 zur Durchführung eines Aktorhubs antreiben, bei dem sich der Aktorkolben 14 von der Wand 17 entfernt. Hierbei kommt es zu einer Druckabsenkung im zweiten Übersetzerraum 18, die sich über die wenigstens eine Bohrung 21 in den ersten Übersetzerraum 16 fortpflanzt. Die Druckabsenkung im ersten Übersetzerraum 16 führt schließlich zu einem Ventilhub des Ventilkolbens 15, bei dem der Ventilkolben 15 dem Aktorkolben 14 folgt. Durch das über den Übersetzer 9 eingestellte Übersetzungsverhältnis kann sich der Ventilkolben 15 und somit das damit gekoppelte Ventilglied 5 sehr schnell von seiner zweiten Schaltstellung in seine erste Schaltstellung bewegen.
In der ersten Schaltstellung des Ventilglieds 5 ist dann der Hochdruckeingang 7 gesperrt, während der Hochdruckausgang 8 mit dem Niederdruckausgang 11 verbunden ist. In der Folge kommt es in dem stromab des Steuerventils 1 verlaufenden Abschnitt 4" der Hochdruckleitung 4 und somit in den damit verbundenen Steuerräumen zu einem Druckabfall durch den Rücklauf 12. Mit Hilfe dieses Druckabfalls können dann die Düsennadel und/oder der Druckübersetzer betätigt werden. In der Folge kommt es zur erwünschten Einspritzung von Kraftstoff.
Die Verstellbewegung des Ventilglieds 5 von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung sowie das Halten des Ventilglieds 5 in der ersten Schaltstellung wird dabei durch den Systemdruck des Rücklaufs 12 unterstützt, der das Ventilglied 5 in Richtung Aktorkolben 14 antreibt.
Zur Beendigung des Einspritzvorgangs muss im jeweiligen Steuerraum der Druck wieder angehoben werden. Hierzu wird das Steuerventil 1 erneut betätigt.
Das Umschalten des Steuerventils 1 in die zweite Schaltstellung erfolgt durch eine entsprechende Betätigung des Aktors 3, der den Aktorkolben 14 in Richtung auf die Wand 17 verstellt. Hierdurch werden der Ventilkolben 15 und somit das Ventilglied 5 in die zweite Schaltstellung hydraulisch übersetzt bzw. untersetzt angetrieben.
Im vorstehend genannten Ausführungsbeispiel wird die dem Steuerventil 1 nachgeordnete Düsennadel bzw. der nachgeordnete Druckübersetzer mit Hilfe einer Druckabsenkung im jeweiligen Steuerraum zum Initiieren eines Einspritzvorgangs angesteuert. Grundsätzlich sind auch andere Einspritzsysteme bzw. andere Injektoren bekannt, bei denen die Initiierung des Einspritzvorgangs durch eine Druckerhöhung im jeweiligen Steuerraum der Düsennadel bzw. des Druckübersetzers gesteuert werden kann. Es ist klar, dass bei einer derartigen Ausführungsform das hier gezeigte Steuerventil 1 ebenfalls verwendet werden kann. Bei geschlossener Düsennadel ist dann das Ventilglied 5 in seiner ersten Schaltstellung.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 unter anderem dadurch, dass hier der Ventilkolben 15 außen angeordnet ist, während der Aktorkolben 14 innen angeordnet ist. Durch diese umgekehrte Anordnung verändert sich auch die Position des zweiten Übersetzerraums 18, der gemäß Fig. 2 an einer dem Ventilkolben 15 gegenüberliegenden und vom Aktorkolben 14 durchsetzten Wand 17' angeordnet ist. Folglich ist hier die Hülse 19 am Ventilkolben 15 gelagert. Des Weiteren ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Hochdruckleitung 4 durch den Hochdruckraum 10 hindurchgeleitet. Eine Besonderheit stellt hier auch die Ausgestaltung des Ventilglieds 5 dar, das aus mehreren Komponenten zusammengebaut ist. Beispielsweise umfasst das Ventilglied 5 einen zentralen Bolzen 22, der auf geeignete Weise mit dem Ventilkolben 15 fest verbunden oder einstückig mit diesem hergestellt ist und auf den eine Ventilhülse 23 aufgesteckt und mittels einer Mutter 24 festgelegt ist.
Die Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 unterscheiden sich von denjenigen der Fig. 1 und 2 dadurch, dass keine zwei verschiedenen Übersetzerräume 16 und 18 vorhanden sind. Stattdessen ist ein gemeinsamer Übersetzerraum 25 vorgesehen.
Bei der Variante gemäß Fig. 3 ist dieser Übersetzerraum 25 axial zwischen dem außen angeordneten Aktorkolben 14 und der dem Aktorkolben 14 gegenüberliegenden Wand 17 angeordnet, wobei der Übersetzerraum 25 außerdem den innen angeordneten Ventilkolben 15 radial außen umfangsmäßig umschließt. Auch der gemeinsame Übersetzerraum 25 ist von der Hülse 19, die am Aktorkolben 14 hubverstellbar gelagert ist, radial begrenzt. Von besonderer Bedeutung ist jedoch, dass der innen angeordnete Ventilkolben 15 mit einer Druckstufe 26 ausgestattet ist, welche den Übersetzerraum 25 gegenüber der Wand 17 begrenzt. Diese Druckstufe 26 ist dabei neben einer der Wand 17 zugewandten axialen Stirnseite 27 des außen angeordneten Aktorkolbens 14 angeordnet.
Eine Hubverstellung des Aktorkolbens 14 in Richtung Ventilkolben 15 führt somit zu einem Druckanstieg im Übersetzerraum 25, der über die Druckstufe 26 den Ventilkolben 15 in Richtung auf den Aktorkolben 14 antreibt. In entsprechender Weise führt ein Aktorhub, der den Aktorkolben 14 vom Ventilkolben 15 entfernt, zu einer Druckabsenkung im Übersetzerraum 25, wodurch über die Druckstufe 26 der Ventilkolben 15 zusätzlich so angetrieben wird, dass er sich vom Aktorkolben 14 entfernt. Somit kann auch bei einer solchen Ausführungsform besonders einfach und schnell das Ventilglied 5 zwischen seinen Schaltstellungen, die jeweils Endstellungen des Ventilglieds 5 repräsentieren, umgeschaltet werden.
Im Unterschied zu den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 erzeugt der Übersetzer 9 bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 eine Bewegungsrichtungsumkehr, während bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 die Bewegungsrichtung gleich bleibt. Das heißt, ein Aktorhub nach rechts führt bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 zu einem entsprechend über- bzw. untersetzten Ventilhub ebenfalls nach rechts, während er bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 zu einem entsprechend über- bzw. untersetzten Ventilhub nach links führt. Je nach Beschaltungsphilosophie kann somit der exemplarisch als Piezoaktuator ausgebildete Aktor 4 zum Einstellen der ersten Schaltstellung oder zum Einstellen der zweiten Schaltstellung bestromt werden.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 ist im Innern des außen angeordneten Kolbens, also in Fig. 3 des Aktorkolbens 14 und in Fig. 4 des Ventilkolbens 15 ein Zylinderraum 28 ausgebildet, in dem der jeweils innen liegende Kolben 15 (Fig. 1) bzw. 14 (Fig. 4) gelagert ist. In diesem Zylinderraum 28 ist außerdem eine Rückstellfeder 29 untergebracht, die sich an beiden ineinander angeordneten Kolben 14, 15 axial abstützt und diese voneinander wegdrückt.
Zweckmäßig ist der Zylinderraum 28 auf eine geeignete Weise an den Rücklauf 12 angeschlossen, z. B. mittels einer Leckageleitung 30, die in Fig. 4 exemplarisch angedeutet ist und beispielsweise durch den Ventilkolben 15 und durch das Ventilglied 5 hindurch bis zum Niederdruckausgang 11 geführt ist. Auf diese Weise können unvermeidbare Leckagen, die vom Übersetzerraum 25 zwischen Innenkolben und Außenkolben in den Zylinderraum 28 gelangen, abgeführt werden.
Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 3 unter anderem dadurch, dass bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 die Hochdruckleitung 4 durch den Hochdruckraum 10 hindurchgeführt ist, während bei der Ausfühnmgsform gemäß Fig. 4 der Hochdruckraum 10 an die Hochdruckleitung 4 angeschlossen ist. Während bei der Variante gemäß Fig. 3 der Aktorkolben 14 außen und der Ventilkolben 15 innen angeordnet ist, ist bei der Ausführung gemäß Fig. 4 der Aktorkolben 14 innen und der Ventilkolben 15 außen angeordnet.
Bei den hier gezeigten Ausführungsformen ist die Hülse 19 an derjenigen axialen Stirnseite, mit welcher sie mit der zugehörigen Wand 17 bzw. 17' zusammenwirkt, mit einer ringförmigen Dichtkante 31 ausgestattet. Eine derartige Dichtkante 31 verbessert die erzielbare Dichtwirkung. Bemerkenswert ist hier außerdem, dass die Dichtkante 31 jeweils an einem radial innen liegenden Rand der Stirnseite der Hülse 19 angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Hülse 19 in Axialrichtung hydraulisch gesehen, quasi im Gleichgewicht, da sich die daran axial angreifenden Druckkräfte im wesentlichen aufheben können. Die Vorspannung der Hülse 19 erfolgt somit nahezu ausschließlich durch die Federkraft der Feder 20. Durch diese Maßnahme ist insbesondere auch gewährleistet, dass sich ein Druckanstieg im jeweils mit Hilfe der Hülse 19 eingeschlossenen Übersetzerraum, also Übersetzerraum 18 gemäß den Fig. 1 und 2 bzw. Übersetzerraum 25 gemäß den Fig. 3 und 4, im wesentlichen nicht auf die Kraft auswirkt, mit welcher die Hülse 19 axial an der Wand 17 bzw. 17' anliegt. Insbesondere kann dadurch ein Abheben der Hülse 19 durch einen Druckanstieg im jeweiligen Übersetzerraum 18 bzw. 25 vermieden werden.
Leckagen zwischen den Übersetzerräumen 16, 18 bzw. 25 und dem Hochdruckraum 10 treten bei stillstehenden Kolben 14, 15 nicht auf, da der Übersetzer 9 im Hochdruckraum 10 angeordnet ist und somit quasi im Hochdruck "schwimmt", so dass stets ein ausgeglichener Druck zwischen Hochdruckraum 10 und den Übersetzerräumen 16, 18 bzw. 25 vorliegt.

Bezugszeichenliste

1: Steuerventil
2: Ventilkörper
3: Aktor
4: Hochdruckleitung
4': stromauf von 1 liegender Abschnitt von 4
4": stromab von 1 liegender Abschnitt von 4
5: Ventilglied
6: erster Ventilsitz
7: Hochdruckeingang
8: Hochdruckausgang
9: Übersetzer
10: Hochdruckraum
11: Niederdruckausgang
12: Rücklauf
13: zweiter Ventilsitz
14: Aktorkolben
15: Ventilkolben
16: erster Übersetzerraum
17: Wand
17': Wand
18: zweiter Übersetzerraum
19: Hülse
20: Feder
21: Bohrung
22: Bolzen
23: Ventilhülse
24: Mutter
25: Übersetzerraum
26: Druckstufe
27: Stirnfläche
28: Zylinderraum
29: Rückstellfeder
30: Leckageleitung
31: Dichtkante

Claims

Steuerventil für einen Injektor einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
- mit einem Aktor (3) zur Durchführung eines axialen Aktorhubs,

- mit einem Ventilglied (5) zum Steuern einer Hochdruckleitung (4), die über einen Hochdruckeingang (7) und einen Hochdruckausgang (8) durch das Steuerventil (1) hindurchgeführt ist und die zum Steuern wenigstens einer Düsennadel und/oder eines hydraulischen Druckübersetzers dient,

- mit einem Übersetzer (9), der eingangsseitig mit dem Aktor (3) und ausgangsseitig mit dem Ventilglied (5) antriebsverbunden ist,

- wobei der Übersetzer (9) den eingangsseitigen Aktorhub hydraulisch in einen ausgangsseitigen Ventilhub über- oder untersetzt,

- wobei das Ventilglied (5) in einer ersten Schaltstellung den Hochdruckeingang (7) vom Hochdruckausgang (8) trennt und in einer zweiten Schaltstellung den Hochdruckeingang (7) mit dem Hochdruckausgang (8) verbindet, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Übersetzer (9) in einem Hochdruckraum (10) angeordnet ist, der mit der Hochdruckleitung (4) kommuniziert oder durch den die Hochdruckleitung (4) hindurchgeführt ist,

- dass in einem außen angeordneten Kolben (14; 15) ein erster Übersetzerraum (16, 28) angeordnet und von einem innen angeordneten Kolben (15; 14) in Hubrichtung begrenzt ist,

- dass der innen angeordnete Kolben (15; 14) axial zwischen dem außen angeordneten Kolben (14; 15) und einer den Hochdruckraum (10) begrenzenden Wand (17; 17') von einem ringförmigen zweiten Übersetzerraum (18, 25) umhüllt ist, der radial außen von einer Hülse (19) begrenzt ist,

- dass die Hülse (19) am außen angeordneten Kolben (14; 15) axial beweglich gelagert ist, axial vorgespannt an der Wand (17; 17') des Hochdruckraums (10) anliegt und den zweiten Übersetzerraum (18, 25) vom Hochdruckraum (10) trennt,

- dass die beiden Übersetzerräume (16, 28, 18, 25) miteinander kommunizieren.
Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass ein Niederdruckausgang (11) vorgesehen ist, der mit einem relativ drucklosen Rücklauf (12) verbunden ist,

- dass das Ventilglied (5) in seiner ersten Schaltstellung den Niederdruckausgäng (11) mit dem Hochdruckausgang (8) verbindet und vom Hochdruckeingang (7) trennt,

- dass das Ventilglied (5) in seiner zweiten Schaltstellung den Niederdruckausgang (11) vom Hochdruckausgang (8) und vom Hochdruckeingang (7) trennt.
Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der eine Kolben (14, 15) einen mit dem Aktor (3) antriebsverbundenen Aktorkolben und der andere Kolben einen mit dem Ventilglied (5) antriebsverbundenen Ventilkolben (15) aufweist,

- dass Aktorkolben (14) und Ventilkolben (15) koaxial ineinander angeordnet sind.
Steuerventil nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der innen angeordnete Kolben (15; 14) zumindest eine Bohrung (21) enthält, über die die beiden Übersetzerräume (16, 18) miteinander kommunizieren.
Steuerventil nach den Ansprüchen 1, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der innen angeordnete Kolben (15; 14) axial zwischen dem außen angeordneten Kolben (14; 15) und einer den Hochdruckraum (10) begrenzenden Wand (17; 17') von einem ringförmigen Übersetzerraum (25) umhüllt ist, der radial von einer Hülse (19) begrenzt ist,

- dass die Hülse (19) am außen angeordneten Kolben (14; 15) axial beweglich gelagert ist, axial vorgespannt an der Wand (17; 17') anliegt und den Übersetzerraum (25) vom Hochdruckraum (10) trennt,

- dass der innen angeordnete Kolben (15; 14) eine den Übersetzerraum (25) gegenüber der Wand (17; 17') begrenzende Druckstufe (26) aufweist.
Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Hülse (19) mittels einer Feder (20) gegen die Wand (17; 17') vorgespannt ist,

- dass die Feder (20) an der Hülse (19) und am außen angeordneten Kolben (14; 15) axial abgestützt ist.
Steuerventil, nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hülse (19) an einer an der Wand (17; 17') anliegenden axialen Stirnseite eine ringförmige Dichtkante (31) aufweist, die am radial innen liegenden Rand der Stirnseite ausgebildet ist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aktor (3) als Piezoaktor ausgestaltet ist.