EP1655477A1 - Elektrohydraulisches Servoventil - Google Patents

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EP1655477A1
EP1655477A1 EP05109508A EP05109508A EP1655477A1 EP 1655477 A1 EP1655477 A1 EP 1655477A1 EP 05109508 A EP05109508 A EP 05109508A EP 05109508 A EP05109508 A EP 05109508A EP 1655477 A1 EP1655477 A1 EP 1655477A1
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EP
European Patent Office
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valve
chamber
pressure
control
actuator
Prior art date
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EP05109508A
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English (en)
French (fr)
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EP1655477B1 (de
Inventor
Michael Kurz
Andreas Bertsch
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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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1655477A1 publication Critical patent/EP1655477A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1655477B1 publication Critical patent/EP1655477B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/025—Hydraulically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/002—Arrangement of leakage or drain conduits in or from injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/31—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements
    • F02M2200/315—Fuel-injection apparatus having hydraulic pressure fluctuations damping elements for damping fuel pressure fluctuations

Definitions

  • the present invention relates to an electro-hydraulic servo valve of a fuel injection device for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, having the features of the preamble of claim 1.
  • a fuel injection device which has a servo valve of the type mentioned.
  • the servo valve comprises an electrically controllable switching valve and a hydraulically controllable control valve.
  • the switching valve is equipped with an electromagnetically or piezoelectrically operable actuator and with a drive-coupled actuator piston.
  • This actuator piston is at least partially disposed in an actuator piston chamber of the switching valve and controls a control chamber connection between a control chamber of the control valve and said Aktorkolbenraum.
  • the Aktorkolbenraum is connected to an actuator-side return.
  • the known servo valve of the actuator piston limited in its closed position the Aktorkolbenraum on an axial end face.
  • the control valve is equipped with a control piston which limits the said control space at the end and which controls a pressure chamber connection between a control valve-side return and a pressure chamber of the control valve.
  • a control line is connected, which is connected to a pressure booster of the fuel injection device and / or with at least one nozzle needle of the fuel injection device so that a pressure reduction in the Control line controls the pressure booster for generating an injection pressure or the nozzle needle for opening at least one injection hole.
  • the two returns work with valves open at different pressure levels.
  • the actuator-side return works on a comparatively low pressure level. It is of particular importance that the pressure in the actuator-side return with open switching valve exerts a great influence on the function of the switching valve. In particular, an excessive pressure in Aktorkolbenraum greatly affect the proper operation of the switching valve. In contrast, there is a significantly higher pressure in the control valve-side return, whereby it can come on the control line in addition to relatively high pressure peaks.
  • the two returns from a valve body containing the control valve and the valve body are led out separately and not or only at a relatively large distance from Aktorkolbenraum coupled together in the known servo valve.
  • the structure of the known Sevoventils or a fuel injection device equipped therewith is thereby comparatively space-consuming.
  • the servo valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage over the other that the servo valve or a fuel injection device equipped therewith can be constructed comparatively compact. This is achieved in that, on the one hand, the actuator-side return is connected to the return valve-side return and in this case contains a non-return valve blocking the actuator piston chamber and / or throttled. On the other hand communicates the Aktorkolbenraum with at least one compensation chamber in which at least one elastically compressible compensation body is arranged.
  • the invention is based on the recognition that the different pressure levels in the recirculation occur only when opening the switching valve and the control valve.
  • the compressible compensation body allows for open switching valve, an increase in the Aktorkolbenraums for receiving fuel from the control room available volume. In this way The Atkorkolbenraum can also absorb fuel coming from the control room, if the actuator-side return is locked by the excessive pressure in the control valve-side return. In this case, the compensation body is compressed and thereby releases the required additional volume. Since it is no longer necessary due to the construction according to the invention to connect the two returns only at a relatively large distance from Aktorkolbenraum with each other, the servo valve according to the invention can build comparatively compact. At the same time disadvantageous effects of the excessive pressure in the control valve side return pressure levels on the operation of the switching valve are excluded or at least reduced via the check valve or the restriction in the actuator-side return.
  • the actuator-side return within a valve body containing the control valve and the switching valve may be connected to the control valve side return.
  • the at least one compensating body is dimensioned so that it is relaxed at a in a closed position of the switching valve in Aktorkolbenraum adjusting output pressure and is compressed with the switching valve open by the pressure rising in the actuator piston.
  • the volume provided for receiving fuel in the actuator piston chamber is automatically reduced when the switching valve is closed by decompression of the compensating body in order to expel fuel from the actuator piston chamber.
  • the control valve is inevitably closed, whereby the pressure level in the return valve-side return drops to the extent that the Aktorkolbenraum can be relaxed on the actuator-side return to the control valve side return.
  • a throttling of the control chamber connection as well as the dimensioning of the compensation body can be designed with regard to a predetermined opening time of the actuator piston. During the opening time the actuator piston is open. If variable opening times can be realized with the servo valve, the largest possible opening time is used for the design of the compensation body or for the throttling of the control room connection. The dimensioning of the throttling of the control room connection and the compensation body takes place so that during this opening time no complete pressure equalization between actuator piston chamber and control room can take place. In other words, through the control chamber connection, it is always possible for so much fuel to be discharged when the actuator piston is open that no resulting force acting in the closing direction results on the control piston. As a result, the control piston also remains open.
  • the compensating body may be a hollow body which is equipped with an elastically deformable shell, which is filled with a gas.
  • a compensation body can show a comparatively large compression effect at an already relatively small increase in pressure, since essentially only the gas enclosed by the shell is compressed.
  • the compensation body thus enables effective volume increase, which supports a compact design for the servo valve.
  • FIG. 1 shows a simplified longitudinal section through a servo valve according to the invention.
  • an electro-hydraulic servo valve 1 of a fuel injector which is otherwise not shown, comprises a valve body 2, in which an electrically controllable switching valve 3 and a hydraulically controllable control valve 4 are housed.
  • the fuel injection device serves for the injection of Fuel in the combustion chambers of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle.
  • the actuator piston 6 is used to control a hydraulic control chamber connection 7 between an actuator piston chamber 8 of the switching valve 3 and a control chamber 9 of the control valve 4.
  • the actuator piston chamber 8 is the actuator piston 6 at least partially arranged. It is important that the actuator piston chamber 8 is at least partially limited by the actuator 5, in particular when the switching valve 3 is closed, that is, the actuator piston 6 is closed.
  • the actuator piston 6 cooperates at its end remote from the actuator 5 with a first valve seat 10, wherein the actuator piston 6 carries at this end in the present case a spherical body. In this way, the actuator piston 6 controls a pilot chamber 9 leading to the control bore 11, which is suitably throttled or even designed as a throttle.
  • the actuator 5 is designed as an electromagnet.
  • the actuator piston 6 carries at its end facing the actuator 5 an armature 12 which can be attracted by the actuator 5.
  • the actuator piston 6 is mounted in a stroke adjustable manner in an actuator piston guide 13.
  • the switching valve 3 also includes a spring chamber 14, in which a closing pressure spring 15 is arranged.
  • the closing pressure spring 15 is supported at one end on the valve body 2 and at the other end on the actuator piston 6 and in this way drives the actuator piston 6 in its closing direction.
  • the spring chamber 14 communicates with the actuator piston 8, namely with the actuator piston 6 closed, around the armature 12 and when the actuator piston 6 is open, for example. B. by transverse grooves 16 which are frontally formed on the armature 12.
  • actuator piston chamber 8 is connected directly or indirectly via internal paths to an actuator-side return line 17.
  • the control valve 4 includes a control piston 18 which is mounted in a stroke-adjustable manner in a control piston guide 19.
  • the control piston 18 limits the control chamber 9 axially and serves to control a pressure chamber connection 20 between a pressure chamber 21 of the control valve 4 and a control valve-side return 22.
  • the control piston 18 acts at its end remote from the control chamber 9 end with a second seat 23 together.
  • a control line 24 is connected to the pressure chamber 21, .
  • This control line 24 leads to a pressure intensifier of the fuel injection device, not shown. Additionally or alternatively, the control line 24 leads to at least one, not shown here, nozzle needle of the fuel injection device.
  • control line 24 is connected at a location not shown here with a high-pressure line, which provides high-pressure fuel during operation of the fuel injection device.
  • a high-pressure line which provides high-pressure fuel during operation of the fuel injection device.
  • common rail system several fuel injection devices are equipped with a common high-pressure fuel line.
  • connection of the control line 24 with the pressure booster or with the at least one nozzle needle takes place so that a pressure reduction in the control line 24, a control of the pressure booster for generating a lying above the high pressure injection pressure and / or a control of the at least one nozzle needle to open at least a spray hole causes.
  • a fuel injector is explained in more detail, for example, in the aforementioned DE 103 28 245.9 of 24.06.2003, so that reference can be made to this document in this respect.
  • the content of said document is added to the content of the present invention by express reference.
  • the actuator-side return 17 is now connected to the return valve 22 on the control valve side.
  • a non-return valve 25 is arranged in the actuator-side return line 17, which blocks towards the actuator piston chamber 8 and accordingly opens to the control valve-side return line 22.
  • the check valve 25 is biased by a spring spring loaded into its locking position 26.
  • the actuator-side return 17 can be throttled, which is indicated here by a throttle 27.
  • a throttle 27 may be configured at or within the actuator-side return 17 basically at any point.
  • the positioning of the non-return valve 25 on or in the actuator-side return 17 is basically arbitrary. In particular, it is also possible to integrate the throttle 27 into the non-return valve 25, in particular by a correspondingly throttled throughflow path when the non-return valve 25 is open.
  • Fig. 1 shows an embodiment in which an important advantage of the construction according to the invention is realized. Because the connection of the actuator-side return 17 to the control valve-side return 22 takes place here completely within the valve body 2. As a result, the servo valve 1 is particularly compact.
  • the servo valve 1 is also equipped with at least one compensation chamber 28 or 28 '.
  • at least one compensation chamber 28 or 28 ' In the embodiment shown here, two alternative examples of such compensation chambers 28, 28 'are shown, which are expediently realized as an alternative to each other. In principle, the alternatives shown can also be used cumulatively.
  • Each compensation chamber 28, 28 ' communicates with the actuator piston chamber 8 and in each case contains at least one compensating body 29 or 29'.
  • each compensation chamber 28, 28 ' in each case only one compensation body 29, 29', which is to be regarded, however, without limiting the generality.
  • Each balancing body 29, 29 ' is designed so that it is elastically compressible.
  • Such a compensating body 29, 29 '- as here - be ausgestalte as a hollow body.
  • the compensating body 29, 29 'then consists of an elastically deformable sleeve 30 or 30', which hermetically encloses a gas volume 31 or 31 '.
  • the sheath 30, 30 ' made of a gas-tight plastic or rubber.
  • the one compensation chamber 28 is arranged at the axial end of the spring chamber 14 and communicates with this via a corresponding bore 32.
  • the compensation chamber 28 ' is recessed in the valve body 2 or in the actuator 5.
  • this compensation chamber 28 ' is designed as an annular space which extends coaxially to the stroke direction of the actuator piston 6.
  • This annular compensation chamber 28 ' communicates here with the spring chamber 14 through holes 33 which are formed in a sleeve 34 which surrounds the closing pressure spring 15 coaxially.
  • the compensation chamber 28 or 28 ' through a portion of the Aktorkolbenraums 8 or through a portion of another space, such.
  • the realization of the servo valve 1 is thereby simplified.
  • the servo valve 1 operates as follows:
  • the servo valve 1 In an initial state, the servo valve 1 is closed, that is, both the switching valve 3 and the control valve 4 are closed. As a result, the control room connection 7 and the pressure chamber connection 20 are blocked. In the control line 24 prevails the high fuel pressure, so the rail pressure. As a result, the high fuel pressure prevails in the pressure chamber 21 and a path 35 in the control chamber 9.
  • the control valve-side return 22 leads to a common for the control valve 4 and the switching valve 3 return system 36, in which a comparatively low system pressure, z. B. ambient pressure prevails. As a result, the low system pressure also prevails in the actuator-side return 17.
  • a corresponding output pressure or actuator pressure is established in the actuator piston chamber 8, which is likewise comparatively small and, for example, less than 5 bar and preferably less than 3 bar can be. If the non-return check valve 25 has no closing spring 26 or is replaced by the throttle 27 as a whole, the low system pressure likewise arises in the actuator piston 8.
  • the pressure in the control line 24 must be lowered.
  • the switching valve 3 is electrically driven to open.
  • the actuator 5 is energized to initiate an opening stroke in the actuator piston 6.
  • the control connection 7 is opened.
  • the pressure in the actuator piston chamber 8 increases. This increase in pressure in Aktorkolbenraum 8 is initially only low, as this can relax over the check valve 25 and the throttle 27 through the actuator-side return 17 again.
  • the pressure drop in the pressure chamber 9 leads in the control piston 18 to a resulting opening force, which lifts the control piston 18 from its seat 23.
  • the pressure chamber connection 20 is opened.
  • the control line 24 now communicates directly with the control valve-side return 22, which leads to the desired pressure drop in the control line 24.
  • the pressure drop in the control line 24 is associated with a pressure increase in the control valve side return 22, which also leads to an increase in pressure in the associated actuator-side return 17.
  • this pressure increase can not propagate into the actuator chamber 8, since in this direction the check valve 25 blocks.
  • pulsatile pressure peaks which can propagate through the operation of the pressure booster or the nozzle needle through the control line 24 into the returns 22 and 17, but not into the actuator piston chamber eighth
  • a corresponding blocking effect can also be achieved with the aid of the throttle 27, since the processes described here take place with a high degree of dynamics.
  • the at least one compensating body 29, 29 ' is dimensioned so that it can be compressed in this operating state of the pressure prevailing in the actuator piston chamber 8 pressures. In this way, an additional volume is created in the expansion chamber, which allows a subsequent flow of fuel from the control chamber 9 into the actuator piston chamber 8.
  • the dimensioning of the respective compensating body 29, 29 ' is selected so that a complete pressure equalization between the actuator piston chamber 8 and the control chamber 9 can be avoided at the longest possible opening time of the actuator piston 6. It is clear that this also the throttling of the control bore 11 must be dimensioned in a corresponding manner, so that on the one hand sufficient fuel flow from the control chamber 9, on the other hand, not too much fuel can flow into the actuator piston chamber 8 into it.
  • This maximum pressure is less than the pressure in the control chamber 9 with the switching valve 3 open and greater than the pressure in the actuator-side return 17 with the switching valve 3 closed.
  • the pressure in the control line 24 must be increased again.
  • the switching valve 3 is locked again when reaching the respective desired opening time, ie the energization of the actuator 5 is terminated.
  • the closing pressure spring 15 drives the actuator piston 6 in his seat 10. This locks the Actuator piston 6, the control room connection 7. Since then no further fuel can flow from the control chamber 9, increases in the control chamber 9, the pressure.
  • a force acting in the closing direction on the control piston 18 sets in, which adjusts the control piston 18 in its seat 23.
  • the pressure chamber connection 20 is blocked, so that now in the control line 24 and the path 35 in the control chamber 9 again sets the high fuel pressure.
  • control valve-side return 22 can relax in the return system 36, whereby the low system pressure through the control valve side return 22 first into the actuator-side return 17 and then through the throttle 27 and through the check valve 25 to the actuator piston chamber 8 propagates .
  • the respective compensating body 29, 29 'can now relax again.
  • the volume of the compensation chamber 28, 28 'and thus the communicating with the Aktorkolbenraum 8 volume is reduced. This has the consequence that further fuel is expelled from the actuator piston chamber 8 through the returns 17, 22. Subsequently, the initial state prevails and the servo valve 1 is ready for another injection process.
  • a servo valve 1 which may be part of a fuel injector, it will be understood that the present invention is also intended to cover a fuel injector equipped with such a servo valve 1.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Servoventil (1) einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem elektrisch ansteuerbaren Schaltventil (3) und einem hydraulisch ansteuerbaren Steuerventil (4). Das Schaltventil (3) weist einen elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktor (5) und einen damit antriebsgekoppelten Aktorkolben (6) aufweist, der zumindest teilweise in einem Aktorkolbenraum (8) des Schaltventils (3) angeordnet ist und der eine Steuerraumverbindung (7) zwischen einem Steuerraum (9) des Steuerventils (4) und dem Aktorkolbenraum (8) steuert, wobei der Aktorkolbenraum (8) mit einem aktorseitigen Rücklauf (17) verbunden ist. Das Steuerventil (4) weist einen Steuerkolben (18) auf, der den Steuerraum (9) stirnseitig begrenzt und der eine Druckraumverbindung (20) zwischen einem steuerventilseitigen Rücklauf (22) und einem Druckraum (21) des Steuerventils (4) steuert. An den Druckraum (21) ist eine Steuerleitung (24) angeschlossen, die mit einem Druckübersetzer und/oder mit wenigstens einer Düsennadel so verbunden ist, dass eine Druckabsenkung in der Steuerleitung (24) den Druckübersetzer zur Erzeugung eines Einspritzdrucks und/oder die Düsennadel zum Öffnen wenigstens eines Spritzlochs ansteuert.
Um den Aktor (5) vor Druckspitzen zu schützen, ist der aktorseitige Rücklauf (17) an den steuerventilseitigen Rücklauf (22) angeschlossen, wobei der aktorseitige Rücklauf (17) ein zum Aktorkolbenraum (8) hin sperrendes Rückschlagsperrventil (25) enthält und/oder gedrosselt ist und wobei der Aktorkolbenraum (8) mit wenigstens einem Ausgleichsraum (28, 28') kommuniziert, in dem wenigstens ein elastisch komprimierbarer Ausgleichskörper (29, 29') angeordnet ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Servoventil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 103 28 245.9 vom 24.06.2003 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, die ein Servoventil der eingangs genannten Art aufweist. Das Servoventil umfasst ein elektrisch ansteuerbares Schaltventil sowie ein hydraulisch ansteuerbares Steuerventil. Das Schaltventil ist mit einem elektromagnetisch oder piezoelektrisch betätigbarem Aktor und mit einem damit antriebsgekoppelten Aktorkolben ausgestattet. Dieser Aktorkolben ist dabei zumindest teilweise in einem Aktorkolbenraum des Schaltventils angeordnet und steuert eine Steuerraumverbindung zwischen einem Steuerraum des Steuerventils und dem besagten Aktorkolbenraum. Desweiteren ist der Aktorkolbenraum mit einem aktorseitigen Rücklauf verbunden. Beim bekannten Servoventil begrenzt der Aktorkolben in seiner Schließstellung den Aktorkolbenraum an einer axialen Stirnseite.
  • Das Steuerventil ist mit einem Steuerkolben ausgestattet, der den genannten Steuerraum stirnseitig begrenzt und der eine Druckraumverbindung zwischen einem steuerventilseitigen Rücklauf und einem Druckraum des Steuerventils steuert. An diesen Druckraum ist eine Steuerleitung angeschlossen, die mit einem Druckübersetzer der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und/oder mit wenigstens einer Düsennadel der Kraftstoffeinspritzeinrichtung so verbunden ist, dass eine Druckabsenkung in der Steuerleitung den Druckübersetzer zur Erzeugung eines Einspritzdrucks bzw. die Düsennadel zum Öffnen wenigstens eines Spritzlochs ansteuert.
  • Die beiden Rückläufe arbeiten bei geöffneten Ventilen auf unterschiedlichen Druckniveaus. Der aktorseitige Rücklauf arbeitet auf einem vergleichsweise niedrigen Druckniveau. Dabei ist von besonderer Bedeutung, dass der Druck im aktorseitigen Rücklauf bei geöffnetem Schaltventil einen großen Einfluss auf die Funktion des Schaltventils ausübt. Insbesondere kann ein überhöhter Druck im Aktorkolbenraum die ordnungsgemäße Funktion des Schaltventils stark beeinträchtigen. Im Unterschied dazu herrscht im steuerventilseitigen Rücklauf ein deutlich höherer Druck, wobei es über die Steuerleitung zusätzlich zu vergleichsweise hohen Druckspitzen kommen kann. Um eine Wechselwirkung zwischen den beiden Rückläufen zu vermeiden, sind beim bekannten Servoventil die beiden Rückläufe aus einem das Schaltventil und das Steuerventil enthaltenden Ventilkörper separat herausgeführt und nicht oder nur bei einem vergleichsweise großen Abstand vom Aktorkolbenraum miteinander gekoppelt. Der Aufbau des bekannten Sevoventils bzw. einer damit ausgestatteten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist dadurch vergleichsweise bauraumintensiv.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Servoventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, dass das Servoventil bzw. eine damit ausgestattete Kraftstoffeinspritzeinrichtung vergleichsweise kompakt aufgebaut werden kann. Erreicht wird dies dadurch, dass zum einen der aktorseitige Rücklauf an den steuerventilseitigen Rücklauf angeschlossen ist und dabei ein zum Aktorkolbenraum hin sperrendes Rückschlagsperrventil enthält und/oder gedrosselt ist. Zum andern kommuniziert der Aktorkolbenraum mit wenigstens einem Ausgleichsraum, in dem zumindest ein elastisch komprimierbarer Ausgleichskörper angeordnet ist. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die unterschiedlichen Druckniveaus in den Rückläufen nur beim Öffnen des Schaltventils und des Steuerventils auftreten. In diesem Fall sind die beiden Rückläufe über das Rückschlagsperrventil bzw. über die Drosselung voneinander, zumindest im Hinblick auf Druckspitzen, entkoppelt. Der komprimierbare Ausgleichskörper ermöglicht bei geöffnetem Schaltventil eine Vergrößerung des im Aktorkolbenraums zur Aufnahme von Kraftstoff aus dem Steuerraum zur Verfügung stehenden Volumens. Auf diese Weise kann der Atkorkolbenraum auch dann vom Steuerraum kommenden Kraftstoff aufnehmen, wenn der aktorseitige Rücklauf durch den im steuerventilseitigen Rücklauf überhöhten Druck gesperrt ist. In diesem Fall wird der Ausgleichskörper komprimiert und gibt dadurch das benötigte zusätzliche Volumen frei. Da es aufgrund der erfindungsgemäßen Bauweise nicht mehr erforderlich ist, die beiden Rückläufe erst bei einem relativ großen Abstand vom Aktorkolbenraum miteinander zu verbinden, kann das erfindungsgemäße Servoventil vergleichsweise kompakt bauen. Gleichzeitig werden über das Rückschlagsperrventil bzw. die Drosselung im aktorseitigen Rücklauf nachteilige Auswirkungen des im steuerventilseitigen Rücklauf überhöhten Druckniveaus auf die Funktionsweise des Schaltventils ausgeschlossen oder zumindest reduziert.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der aktorseitige Rücklauf innerhalb eines Ventilkörpers, der das Steuerventil und das Schaltventil enthält, an den steuerventilseitigen Rücklauf angeschlossen sein. In der Folge ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise für das Servoventil.
  • Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei welcher der wenigstens eine Ausgleichskörper so dimensioniert ist, dass er bei einem sich in einer Schließstellung des Schaltventils im Aktorkolbenraum einstellenden Ausgangsdruck entspannt ist und bei geöffnetem Schaltventil durch den im Aktorkolben ansteigenden Druck komprimiert wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass das zur Aufnahme von Kraftstoff bereitgestellte Volumen im Aktorkolbenraum bei geschlossenem Schaltventil automatisch durch Dekrompression des Ausgleichskörpers verkleinert wird, um Kraftstoff aus dem Aktorkolbenraum auszutreiben. Bei geschlossenem Schaltventil ist zwangsläufig auch das Steuerventil geschlossen, wodurch das Druckniveau im steuerventilseitigen Rücklauf soweit absinkt, dass der Aktorkolbenraum über den aktorseitigen Rücklauf in den steuerventilseitigen Rücklauf entspannt werden kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform können eine Drosselung der Steuerraumverbindung sowie die Dimensionierung des Ausgleichskörpers im Hinblick auf eine vorgegebene Öffnungszeit des Aktorkolbens ausgelegt sein. Während der Öffnungszeit ist der Aktorkolben geöffnet. Sofern mit dem Servoventil variable Öffnungszeiten realisiert werden können, wird für die Auslegung des Ausgleichskörpers bzw. für die Drosselung der Steuerraumverbindung die größte mögliche Öffnungszeit herangezogen. Die Dimensionierung der Drosselung der Steuerraumverbindung sowie des Ausgleichskörpers erfolgt dabei so, dass während dieser Öffnungszeit kein vollständiger Druckausgleich zwischen Aktorkolbenraum und Steuerraum stattfinden kann. Mit anderen Worten, durch die Steuerraumverbindung kann bei geöffnetem Aktorkolben stets soviel Kraftstoff abfliesen, dass am Steuerkolben keine in Schließrichtung wirksame resultierende Kraft entsteht. In der Folge bleibt auch der Steuerkolben geöffnet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Ausgleichskörper ein Hohlkörper sein, der mit einer elastisch verformbaren Hülle ausgestattet ist, die mit einem Gas befüllt ist. Ein derartiger Ausgleichskörper kann bei einem bereits relativ kleinem Druckanstieg eine vergleichsweise große Kompressionswirkung zeigen, da im wesentlichen nur das von der Hülle eingeschlossene Gas komprimiert wird. Der Ausgleichskörper ermöglicht somit eine effektive Volumenvergrößerung, was eine kompakte Bauweise für das Servoventil unterstützt.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäße Servoventils ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Servoventils sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
  • Die einzige Fig. 1 zeigt einen vereinfachten Längsschnitt durch ein Servoventil nach der Erfindung.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Entsprechend Fig. 1 umfasst ein elektrohydraulisches Servoventil 1 einer im Übrigen nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen Ventilkörper 2, in dem ein elektrisch ansteuerbares Schaltventil 3 sowie ein hydraulisch ansteuerbares Steuerventil 4 untergebracht sind. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung dient dabei zur Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
  • Das Schaltventil 3 umfasst einen elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktor 5 sowie einen damit antriebsgekoppelten bzw. damit antreibbaren Aktorkolben 6. Der Aktorkolben 6 dient zum Steuern einer hydraulischen Steuerraumverbindung 7 zwischen einem Aktorkolbenraum 8 des Schaltventils 3 und einem Steuerraum 9 des Steuerventils 4. Im Aktorkolbenraum 8 ist der Aktorkolben 6 zumindest teilweise angeordnet. Bedeutsam ist dabei, dass der Aktorkolbenraum 8 zumindest teilweise durch den Aktor 5 begrenzt ist, insbesondere bei geschlossenem Schaltventil 3, also geschlossenem Aktorkolben 6.
  • Der Aktorkolben 6 wirkt an seinem vom Aktor 5 abgewandten Ende mit einem ersten Ventilsitz 10 zusammen, wobei der Aktorkolben 6 an diesem Ende im vorliegenden Fall einen Kugelkörper trägt. Auf diese Weise steuert der Aktorkolben 6 eine zum Steuerraum 9 führende Steuerbohrung 11, die zweckmäßig gedrosselt ist oder selbst als Drossel ausgestaltet ist.
  • Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der Aktor 5 als Elektromagnet ausgestaltet. Zu diesem Zweck trägt der Aktorkolben 6 an seinem dem Aktor 5 zugewandten Ende einen Anker 12, der vom Aktor 5 angezogen werden kann. Im Übrigen ist der Aktorkolben 6 in einer Aktorkolbenführung 13 hubverstellbar gelagert.
  • Das Schaltventil 3 umfasst außerdem einen Federraum 14, in dem eine Schließdruckfeder 15 angeordnet ist. Die Schließdruckfeder 15 ist einenends am Ventilkörper 2 und anderenends am Aktorkolben 6 abgestützt und treibt auf diese Weise den Aktorkolben 6 in dessen Schließrichtung an. Der Federraum 14 kommuniziert mit dem Aktorkolben 8 und zwar bei geschlossenem Aktorkolben 6, um den Anker 12 herum und bei geöffnetem Aktorkolben 6 z. B. durch Quernuten 16, die stirnseitig am Anker 12 ausgebildet sind.
  • Des Weiteren ist der Aktorkolbenraum 8 direkt oder indirekt über interne Pfade an einen aktorseitigen Rücklauf 17 angeschlossen.
  • Das Steuerventil 4 enthält einen Steuerkolben 18, der in einer Steuerkolbenführung 19 hubverstellbar gelagert ist. Dabei begrenzt der Steuerkolben 18 den Steuerraum 9 axial und dient zur Steuerung einer Druckraumverbindung 20 zwischen einem Druckraum 21 des Steuerventils 4 und einem steuerventilseitigem Rücklauf 22. Hierzu wirkt der Steuerkolben 18 an seinem vom Steuerraum 9 abgewandten Ende mit einem zweiten Sitz 23 zusammen. An den Druckraum 21 ist eine Steuerleitung 24 angeschlossen. Diese Steuerleitung 24 führt zu einem nicht gezeigten Druckübersetzer der Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Zusätzlich oder alternativ führt die Steuerleitung 24 zu wenigstens einer, hier nicht gezeigten Düsennadel der Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Des Weiteren ist die Steuerleitung 24 an einer hier nicht gezeigten Stelle mit einer Hochdruckleitung verbunden, die im Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Hochdruck stehenden Kraftstoff bereitstellt. Bei einem sogenannten "Common-Rail-System" sind mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit einer gemeinsamen Kraftstoffhochdruckleitung ausgestattet.
  • Die Verbindung der Steuerleitung 24 mit dem Druckübersetzer bzw. mit der wenigstens einen Düsennadel erfolgt dabei so, dass eine Druckabsenkung in der Steuerleitung 24 eine Ansteuerung des Druckübersetzers zur Erzeugung eines über dem Hochdruck liegenden Einspritzdrucks und/oder eine Ansteuerung der wenigstens einen Düsennadel zum Öffnen wenigstens eines Spritzlochs bewirkt. Die Funktionsweise einer derartigen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist beispielsweise in der eingangs erwähnten DE 103 28 245.9 vom 24.06.2003 näher erläutert, so dass insoweit auf dieses Dokument verwiesen werden kann. Im übrigen wird hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme der Inhalt des genannten Dokuments zum Inhalt der vorliegenden Erfindung hinzugefügt.
  • Beim erfindungsgemäßen Servoventil 1 ist nun der aktorseitige Rücklauf 17 an den steuerventilseitigen Rücklauf 22 angeschlossen. Dabei ist im aktorseitigen Rücklauf 17 ein Rückschlagsperrventil 25 angeordnet, das zum Aktorkolbenraum 8 hin sperrt und dementsprechend zum steuerventilseitigen Rücklauf 22 hin öffnet. Dabei kann es durchaus vorgesehen sein, dass das Rückschlagsperrventil 25 mittels einer Feder 26 in seine Sperrstellung federbelastet vorgespannt ist. Zusätzlich oder alternativ zum Rückschlagsperrventil 25 kann der aktorseitige Rücklauf 17 gedrosselt sein, was hier durch eine Drossel 27 angedeutet ist. Eine derartige Drossel 27 kann an bzw. innerhalb der aktorseitigen Rücklaufs 17 grundsätzlich an beliebiger Stelle ausgestaltet sein. Ebenso ist die Positionierung des Rückschlagsperrventils 25 am oder im aktorseitigen Rücklauf 17 grundsätzlich beliebig. Insbesondere ist es auch möglich, die Drossel 27 in das Rückschlagsperrventil 25 zu integrieren, insbesondere durch einen entsprechend gedrosselten Durchströmungspfad bei geöffnetem Rückschlagsperrventil 25.
  • Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Bauweise realisiert ist. Denn die Anbindung des aktorseitigen Rücklaufs 17 an den steuerventilseitigen Rücklauf 22 erfolgt hier vollständig innerhalb des Ventilkörpers 2. Hierdurch baut das Servoventil 1 besonders kompakt.
  • Das erfindungsgemäße Servoventil 1 ist außerdem mit wenigstens einem Ausgleichsraum 28 bzw. 28' ausgestattet. Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind zwei alternative Beispiele für derartige Ausgleichsräume 28, 28' wiedergegeben, die zweckmäßig alternativ zueinander realisiert werden. Grundsätzlich können die gezeigten Alternativen auch kumuliert zur Anwendung kommen. Jeder Ausgleichsraum 28, 28' kommuniziert mit dem Aktorkolbenraum 8 und enthält jeweils wenigstens einen Ausgleichskörper 29 bzw. 29'. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält jeder Ausgleichsraum 28, 28' jeweils nur einen Ausgleichskörper 29, 29', was jedoch ohne Beschränkung der Allgemeinheit anzusehen ist. Jeder Ausgleichskörper 29, 29' ist so gestaltet, dass er elastisch komprimierbar ist. Beispielsweise kann ein solcher Ausgleichskörper 29, 29' - wie hier - als Hohlkörper ausgestalte sein. Der Ausgleichskörper 29, 29' besteht dann aus einer elastisch verformbaren Hülle 30 bzw. 30', die hermetisch dicht ein Gasvolumen 31 bzw. 31' umschließt. Beispielsweise besteht die Hülle 30, 30' aus einem gasdichten Kunststoff oder Gummi.
  • Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der eine Ausgleichsraum 28 am axialen Ende des Federraums 14 angeordnet und kommuniziert mit diesem über eine entsprechende Bohrung 32. Bei der zweiten Alternative ist der Ausgleichsraum 28' im Ventilkörper 2 bzw. im Aktor 5 ausgespart. Dabei ist dieser Ausgleichsraum 28' als Ringraum gestaltet, der sich koaxial zur Hubrichtung des Aktorkolbens 6 erstreckt. Dieser ringförmige Ausgleichsraum 28' kommuniziert hier mit dem Federraum 14 durch Bohrungen 33, die in einer Hülse 34, welche die Schließdruckfeder 15 koaxial umhüllt, ausgebildet sind.
  • Bevorzugt wird der Ausgleichsraum 28 bzw. 28' durch einen Abschnitt des Aktorkolbenraums 8 bzw. durch einen Abschnitt eines anderen Raums, wie z. B. des Federraums 14, der mit dem Aktorkolbenraum 8 kommuniziert, gebildet, wobei dieser Raumabschnitt im Ventilkörper 2 ohnehin vorhanden ist, so dass zur Realisierung des jeweiligen Ausgleichsraums 28, 28' keine bauliche Änderung am jeweiligen Servoventil 1 durchgeführt werden muss. Die Realisierung des Servoventils 1 wird dadurch vereinfacht.
  • Das erfindungsgemäße Servoventil 1 arbeitet wie folgt:
  • In einem Ausgangszustand ist das Servoventil 1 geschlossen, das heißt sowohl das Schaltventil 3 als auch das Steuerventil 4 sind geschlossen. In der Folge sind die Steuerraumverbindung 7 und die Druckraumverbindung 20 gesperrt. In der Steuerleitung 24 herrscht der Kraftstoffhochdruck, also der Raildruck. In der Folge herrscht der Kraftstoffhochdruck auch im Druckraum 21 und über einen Pfad 35 auch im Steuerraum 9. Der steuerventilseitige Rücklauf 22 führt zu einem für das Steuerventil 4 und das Schaltventil 3 gemeinsamen Rücklaufsystem 36, in dem ein vergleichsweise niedriger Systemdruck, z. B. Umgebungsdruck, herrscht. In der Folge herrscht der niedrige Systemdruck auch im aktorseitigen Rücklauf 17. In Abhängigkeit der Dimensionierung der Schließfeder 26 stellt sich im Aktorkolbenraum 8 ein entsprechender Ausgangsdruck oder Aktordruck ein, der ebenfalls vergleichsweise niedrig dimensioniert ist und beispielsweise kleiner als 5 bar und vorzugsweise kleiner als 3 bar sein kann. Sofern das Rückschlagsperrventil 25 keine Schließfeder 26 aufweist oder insgesamt durch die Drossel 27 ersetzt ist, stellt sich im Aktorkolben 8 ebenfalls der niedrige Systemdruck ein.
  • Zum Initiieren einer Kraftstoffeinspritzung muss in der Steuerleitung 24 der Druck abgesenkt werden. Zu diesem Zweck wird zunächst das Schaltventil 3 elektrisch zum Öffnen angesteuert. Beispielsweise wird der Aktor 5 bestromt, um einen Öffnungshub in den Aktorkolben 6 einzuleiten. Sobald der Aktorkolben 6 von seinem Sitz 10 abhebt, ist die Steuerverbindung 7 geöffnet. In der Folge kommt es im Steuerraum 9 zu einem Druckabfall. Gleichzeitig steigt der Druck im Aktorkolbenraum 8 an. Dieser Druckanstieg im Aktorkolbenraum 8 ist zunächst nur gering, da sich dieser über das Rückschlagsperrventil 25 bzw. über die Drossel 27 durch den aktorseitigen Rücklauf 17 wieder entspannen kann. Der Druckabfall im Druckraum 9 führt im Steuerkolben 18 zu einer resultierenden Öffnungskraft, die den Steuerkolben 18 von seinem Sitz 23 abhebt. In der Folge wird die Druckraumverbindung 20 geöffnet. Dadurch kommuniziert die Steuerleitung 24 nunmehr direkt mit dem steuerventilseitigen Rücklauf 22, was zum gewünschten Druckabfall in der Steuerleitung 24 führt. Der Druckabfall in der Steuerleitung 24 geht jedoch mit einem Druckanstieg im steuerventilseitigen Rücklauf 22 einher, was ebenfalls zu einem Druckanstieg in dem damit verbundenen aktorseitigen Rücklauf 17 führt. Dieser Druckanstieg kann sich jedoch nicht bis in den Aktorraum 8 fortpflanzen, da in dieser Richtung das Rückschlagsperrventil 25 sperrt. Entsprechendes gilt auch für pulsartige Druckspitzen, die sich durch den Betrieb des Druckübersetzers bzw. der Düsennadel durch die Steuerleitung 24 bis in die Rückläufe 22 und 17 ausbreiten können, jedoch nicht bis in den Aktorkolbenraum 8.
  • Eine entsprechende Sperrwirkung kann auch mit Hilfe der Drossel 27 erzielt werden, da die hier geschilderten Vorgänge mit einer hohen Dynamik ablaufen.
  • Da nun einerseits durch den relativen Überdruck im aktorseitigen Rücklauf 17 ein abströmen von Kraftstoff aus dem Aktorkolbenraum 8 verhindert wird und da andererseits ein Einströmen von Kraftstoff aus dem Steuerraum 9 in den Aktorkolbenraum 8 nicht beendet werden darf, um ein vorzeitiges Schließen des Steuerkolbens 18 zu vermeiden, ist der wenigstens eine Ausgleichskörper 29, 29' so dimensioniert, dass er sich in diesem Betriebszustand von den im Aktorkolbenraum 8 herrschenden Drücken komprimieren lässt. Auf diese Weise wird im Ausgleichsraum ein zusätzliches Volumen geschaffen, was ein Nachströmen von Kraftstoff aus dem Steuerraum 9 in den Aktorkolbenraum 8 ermöglicht. Zweckmäßig ist die Dimensionierung des jeweiligen Ausgleichskörpers 29, 29' so gewählt, dass bei der längsten möglichen Öffnungszeit des Aktorkolbens 6 ein vollständiger Druckausgleich zwischen Aktorkolbenraum 8 und Steuerraum 9 vermieden werden kann. Es ist klar, dass hierzu auch die Drosselung der Steuerbohrung 11 in entsprechender Weise dimensioniert sein muss, so dass zum einen hinreichend Kraftstoff aus dem Steuerraum 9 abfließen, zum andern jedoch nicht zuviel Kraftstoff in den Aktorkolbenraum 8 hinein fließen kann.
  • Desweiteren werden die Drossel 27 bzw. das Rückschlagsperrventil 25 sowie der wenigstens eine Ausgleichskörper 29, 29' so aufeinander abstimmt, dass im genannten Schaltzustand, also bei geöffnetem Schaltventil 3 im Aktorkolbenraum 8 nur ein vorbestimmter Druckanstieg bis zu einem vorbestimmten Maximaldruck entstehen kann. Dieser Maximaldruck ist dabei kleiner als der Druck im Steuerraum 9 bei geöffnetem Schaltventil 3 und größer als der Druck im aktorseitigen Rücklauf 17 bei geschlossenem Schaltventil 3.
  • Zum Beenden des Einspritzvorgangs muss der Druck in der Steuerleitung 24 wieder erhöht werden. Hierzu wird das Schaltventil 3 bei erreichen der jeweils gewünschten Öffnungszeit wieder gesperrt, d.h. die Bestromung des Aktors 5 wird beendet. In der Folge treibt die Schließdruckfeder 15 den Aktorkolben 6 in seinen Sitz 10. Hierdurch sperrt der Aktorkolben 6 die Steuerraumverbindung 7. Da danach kein weiterer Kraftstoff aus dem Steuerraum 9 abfließen kann, erhöht sich im Steuerraum 9 der Druck auf. In der Folge stellt sich am Steuerkolben 18 eine in Schließrichtung wirkende resultierende Kraft ein, die den Steuerkolben 18 in dessen Sitz 23 verstellt. Anschließend ist auch die Druckraumverbindung 20 gesperrt, so dass sich nun in der Steuerleitung 24 sowie über den Pfad 35 auch im Steuerraum 9 wieder der Kraftstoffhochdruck einstellt. Desweiteren kann sich nun auch der steuerventilseitige Rücklauf 22 in das Rücklaufsystem 36 entspannen, wodurch sich der niedrige Systemdruck durch den steuerventilseitigen Rücklauf 22 zunächst bis in den aktorseitigen Rücklauf 17 und anschließend durch die Drossel 27 bzw. durch das Rückschlagsperrventil 25 bis in den Aktorkolbenraum 8 ausbreitet. Durch den Druckabfall im Aktorkolbenraum 8 auf den ursprünglichen Ausgangsdruck, kann sich nun der jeweilige Ausgleichskörper 29, 29' wieder entspannen. Hierdurch wird das Volumen des Ausgleichsraums 28, 28' und somit das mit dem Aktorkolbenraum 8 kommunizierende Volumen reduziert. Dies hat zur Folge, dass weiterer Kraftstoff aus dem Aktorkolbenraum 8 durch die Rückläufe 17, 22 ausgetrieben wird. Anschließend herrscht wieder der Ausgangszustand und das Servoventil 1 ist bereit für einen weiteren Einspritzvorgang.
  • Obwohl die vorliegende Beschreibung auf ein Servoventil 1 gerichtet ist, das Bestandteil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung sein kann, ist klar, dass die vorliegende Erfindung auch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung erfassen soll, die mit einem derartigen Servoventil 1 ausgestattet ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Servoventil
    2
    Ventilkörper
    3
    Schaltventil
    4
    Steuerventil
    5
    Aktor
    6
    Aktorkolben
    7
    Steuerraumverbindung
    8
    Aktorkolbenraum
    9
    Steuerraum
    10
    erster Sitz
    11
    Steuerbohrung
    12
    Anker
    13
    Aktorkolbenführung
    14
    Federraum
    15
    Schließdruckfeder
    16
    Quernut
    17
    aktorseitiger Rücklauf
    18
    Steuerkolben
    19
    Steuerkolbenführung
    20
    Druckraumverbindung
    21
    Druckraum
    22
    steuerventilseitiger Rücklauf
    23
    zweiter Sitz
    24
    Steuerleitung
    25
    Rückschlagsperrventil
    26
    Schließfeder
    27
    Drossel
    28
    Ausgleichsraum
    29
    Ausgleichskörper
    30
    Hülle
    31
    Gasvolumen
    32
    Bohrung
    33
    Bohrung
    34
    Hülse
    35
    Pfad
    35
    Rücklaufsystem

Claims (11)

  1. Elektrohydraulisches Servoventil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
    - mit einem elektrisch ansteuerbaren Schaltventil (3) und einem hydraulisch ansteuerbaren Steuerventil (4),
    - wobei das Schaltventil (3) einen elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktor (5) und einen damit antriebsgekoppelten Aktorkolben (6) aufweist, der zumindest teilweise in einem Aktorkolbenraum (8) des Schaltventils (3) angeordnet ist und der eine Steuerraumverbindung (7) zwischen einem Steuerraum (9) des Steuerventils (4) und dem Aktorkolbenraum (8) steuert,
    - wobei der Aktorkolbenraum (8) mit einem aktorseitigen Rücklauf (17) verbunden ist,
    - wobei das Steuerventil (4) einen Steuerkolben (18) aufweist, der den Steuerraum (9) stirnseitig begrenzt und der eine Druckraumverbindung (20) zwischen einem steuerventilseitigen Rücklauf (22) und einem Druckraum (21) des Steuerventils (4) steuert,
    - wobei an den Druckraum (21) eine Steuerleitung (24) angeschlossen ist, die mit einem Druckübersetzer und/oder mit wenigstens einer Düsennadel so verbunden ist, dass eine Druckabsenkung in der Steuerleitung (24) den Druckübersetzer zur Erzeugung eines Einspritzdrucks und/oder die Düsennadel zum Öffnen wenigstens eines Spritzlochs ansteuert,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der aktorseitige Rücklauf (17) an den steuerventilseitigen Rücklauf (22) angeschlossen ist,
    - dass der aktorseitige Rücklauf (17) ein zum Aktorkolbenraum (8) hin sperrendes Rückschlagsperrventil (25) enthält und/oder gedrosselt ist,
    - dass der Aktorkolbenraum (8) mit wenigstens einem Ausgleichsraum (28, 28') kommuniziert, in dem wenigstens ein elastisch komprimierbarer Ausgleichskörper (29, 29') angeordnet ist.
  2. Servoventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der aktorseitige Rücklauf (17) innerhalb eines das Steuerventil (4) und das Schaltventil (3) enthaltenden Ventilkörpers (2) an den steuerventilseitigen Rücklauf (22) angeschlossen ist.
  3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Rückschlagsperrventil (25) in seine Sperrstellung federbelastet vorgespannt ist.
  4. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ausgleichskörper (29, 29') so dimensioniert ist, dass er bei einem sich in einer Schließstellung des Schaltventils (3) im Aktorkolbenraum (8) einstellenden Ausgangsdruck entspannt ist und bei geöffnetem Schaltventil (3) durch den im Aktorkolbenraum (8) ansteigenden Druck komprimiert wird.
  5. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuerraumverbindung (7) so gedrosselt ist und der Ausgleichskörper (29, 29') so dimensioniert ist, dass während einer Öffnungszeit des Aktorkolbens (6), während der der Aktorkolben (6) die Steuerraumverbindung (7) öffnet, kein vollständiger Druckausgleich zwischen Aktorkolbenraum (8) und Steuerraum (9) stattfindet.
  6. Servorventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Drosselung des aktorseitigen Rücklaufs (17) und/oder das Rückschlagsperrventil (25) sowie der Ausgleichskörper (29, 29') so dimensioniert sind, dass sich bei geöffnetem Schaltventil (3) im Aktorkolbenraum (8) nur ein Druckanstieg bis zu einem vorbestimmten Maximaldruck einstellt, der kleiner ist als der Druck im Steuerraum (9) bei geöffnetem Schaltventil (3) und der größer ist als der Druck im aktorseitigen Rücklauf (17) bei geschlossenem Schaltventil (3).
  7. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ausgleichskörper (29, 29') ein Hohlkörper mit einer gasbefüllten und elastisch verformbaren Hülle (30) ist.
  8. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ausgleichsraum (28, 28') durch einen ohnehin vorhandenen Abschnitt des Aktorkolbenraums (8) oder eines anderen mit dem Aktorkolbenraum (8) kommunizierenden, in einem das Steuerventil (4) und das Schaltventil (3) enthaltenden Ventilkörper (2) ohnehin vorhandenen Raums gebildet ist.
  9. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass der Ausgleichsraum (28, 28') am axialen Ende eines Federraums (14) angeordnet ist, in dem eine Schließdruckfeder (15) angeordnet ist, die den Aktorkolben (6) in dessen Schließstellung antreibt, und/oder
    - dass der Ausgleichsraum (28, 28') in einem das Schaltventil (3) und das Steuerventil (4) enthaltenden Ventilkörper (2) und/oder im Aktor (5) ausgespart ist.
  10. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ausgleichsraum (28) als Ringraum ausgebildet ist, der koaxial zu einer Hubrichtung des Aktorkolbens (6) angeordnet ist.
  11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Servorventil (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10.
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