WO2002057622A1 - Ventil zum steuern von flüssigkeiten - Google Patents

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WO2002057622A1
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rocker arm
shaped
controlling liquids
rocker arms
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PCT/DE2001/004918
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the present invention relates to a valve for controlling liquids according to the preamble of patent claim 1.
  • Valves for controlling liquids are known in different configurations.
  • a piezoelectric fuel injection valve is known from US Pat. No. 4,022,166, in which the valve member is controlled via a piezoelectric element. The stroke of the piezoelectric element is transmitted directly to the valve needle via a lever.
  • two return springs are provided in order to hold the valve needle and the lever in their starting position. Because of this configuration with two return springs, which are connected to one another via the lever, a very vibration-sensitive structure is created, which is not particularly suitable for high-pressure injection, since the vibrations can build up. As a result, only very low rigidity can be achieved with this valve due to the mechanical translation, which has a negative effect on the injection accuracy.
  • injectors which use hydraulic translators to translate the stroke of a piezo actuator.
  • Such solutions generally have a relatively complicated structure and consist of a large number of parts.
  • Another disadvantage of hydraulic translations is that the rigidity of the system is also relatively low, since the hydraulic translation is very large (approx. 1: 8).
  • the valve according to the invention for controlling liquids with the features of patent claim 1 has the advantage over the prior art that, as a mechanical translator, it has a kidney-shaped rocker arm, which ensures high rigidity during translation. Furthermore, the use of kidney-shaped rocker arms as a translator means that the mechanical translator has only point-specific bearing points, so that only little friction occurs in the translator. Since the mechanical translator is designed as a kidney-shaped rocker arm, the rocker arm is very compact and can ensure a rigid translation of the stroke of an actuator. Depending on the geometric configuration of the kidney-shaped tilting lever, the transmission ratio of the mechanical translator can also be determined in a simple manner. In comparison with the known mechanical translators in the prior art, the valve for controlling liquids according to the invention thus has a simple and compact structure on.
  • the rocker arm according to the invention is particularly characterized in that, due to the kidney-shaped design of the rocker arm, two bearing points are formed on one side of the rocker arm and a bearing point is formed on a side of the rocker arm opposite this side.
  • the kidney-shaped rocker arm thus provides a rocker-like transmission movement, the bearing point arranged on one side of the rocker arm preferably forming the pivot axis of the rocker arm.
  • the mechanical translator designed as a rocker arm is laterally fixed in position in a transverse axis.
  • a transverse axis is understood here to mean an axis which is arranged perpendicular to a longitudinal axis of the rocker arm, the longitudinal axis running through the two bearing points arranged on one side of the rocker arm.
  • the transverse axis also forms the pivot axis of the kidney-shaped rocker arm, so that a bearing point of the rocker arm can be replaced by the lateral position fixation.
  • the position of the rocker arm is preferably fixed by means of a shaft guided by the rocker arm or by two lateral, point-shaped guide elements.
  • the shaft guided by the rocker arm is mounted on the side of the kidney-shaped rocker arm.
  • the gear ratio of the rocker arm can also be changed.
  • the two guide elements are arranged on the side of the rocker arm.
  • the guide elements are preferably designed as guide lugs or as point-like projections which can engage in correspondingly formed recesses in the rocker arm. This results in a bearing behavior similar to that of the shaft guided by the rocker arm.
  • the rocker arm has exactly three support points.
  • the support points are arranged on the rocker arm in such a way that two support points are formed on one side of the respective protruding areas of the kidney-shaped rocker arm and the third support point is formed in the longitudinal direction between the other two support points on the opposite side of the rocker arm.
  • the third support point serves as a pivot axis about which the rocker arm pivots.
  • the gear ratio of the rocker arm is determined by the position of the third support point between the two other support points.
  • the actuator of the valve for controlling liquids is preferably connected to an actuating element which actuates the rocker arm.
  • the actuating element is arranged between the actuator and the rocker arm. This arrangement of the actuating element between the actuator and the rocker arm results in particular structural freedom with regard to the arrangement of the rocker arms.
  • a piezo actuator or a magnetic element can preferably be used as the actuator.
  • the actuating element is preferably designed as a bridge or as a plate, or is characterized in that the actuating element has a tapering tip.
  • the tapering tip of the actuating element is preferably designed as a cone, as a hemisphere or as an element with a jacket region which is parabolic in section. This makes it possible that the actuating element engages at an extreme end point of the rocker arm and thus a particularly large transmission ratio can be achieved without using a rocker arm with an excessively large longitudinal extension, etc.
  • the mechanical translator is preferably formed by a plurality of rocker arms. This also makes it possible to distribute the actuating force to a plurality of rocker arms, thereby reducing the load on the individual rocker arms.
  • the mechanical translator is particularly preferably constructed symmetrically. This enables an even introduction of force into the mechanical translator, so that no unnecessary forces are transferred to the valve body.
  • valve element is formed in one piece on the actuating piston.
  • a seat diameter of a valve seat corresponds to a guide diameter of the actuating piston.
  • the valve according to the invention is preferably used to control liquids in an injection device for a co-mon-rail system. It is particularly preferably used as a control valve of an injector.
  • a valve for controlling liquids is thus provided which, due to a mechanical translator designed as a kidney-shaped rocker arm with punctiform bearing points, provides a very high system rigidity with a particularly compact design.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a control valve for a fuel injection valve according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a control valve for a fuel injection valve according to a second exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a fuel injector with a control valve according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged sectional view of the actuating piston shown in Figure 3;
  • FIG. 5 shows a sectional view along the line AA in FIG. 3;
  • Figure 6 is a schematic sectional view of a control valve according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIGS 7a to 7c are schematic sectional views of various actuators for the fourth embodiment of the present invention.
  • Figures 8a and 8b are schematic sectional views of different mechanical translators according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows a schematic sectional view of a control valve for a fuel injection valve according to a fifth exemplary embodiment of the present invention.
  • Figure 1 shows a control valve 1 for a fuel injection valve in a common rail system according to a first embodiment of the present invention.
  • the control valve comprises a piezo actuator 2 as an actuator, a mechanical translator 3 and a return spring 4.
  • the piezo actuator 2 is connected to two kidney-shaped rocker arms 13 and 14 via a plate-shaped actuating element 16. More precisely, the plate-shaped actuating element 16 in each case forms a support point 18 with each kidney-shaped rocker arm 13 or 14. Furthermore, on the same side as the first support point 18, a second support point 17 is provided on each kidney-shaped rocker arm 13, 14. Are over this second support point 17 the two rocker arms 13 and 14 with a bridge-shaped intermediate member 5 in connection, which is connected via a piston 8 to a valve element 6.
  • a third bearing point 19 of the kidney-shaped rocker arms 13 and 14 is formed on the side of the rocker arms 13 and 14 opposite the two bearing points 17 and 18 (cf. FIG. 1).
  • the third support point 19 serves as a pivot axis for the rocker arms 13 and 14, so that they can perform a rocker-like movement when the stroke of the
  • Piezo actuator 2 acts on the rocker arms 13 and 14.
  • the transmission ratio A: B of the rocker arms 13 and 14 is determined by the spacing of the support points 17, 18 and 19 in the longitudinal direction of the rocker arms (cf. FIG. 1).
  • valve element 6 closes a valve seat 7, whereby a connection to a control chamber 9 can be closed or opened.
  • a control piston 10 is arranged in the control chamber 9 and controls an actuation of an injector (not shown).
  • the control chamber 9 is connected to the high-pressure region of the injection system via a line 11.
  • a longitudinal stroke in the direction of arrow C of the piezo actuator 2 is via the plate-shaped actuating element 16 and via the
  • the mechanical translator for the stroke of the piezo actuator By designing the mechanical translator for the stroke of the piezo actuator with kidney-shaped rocker arms 13, 14 ka, nn, a very stiff 1 stroke ratio is achieved compared to the prior art. As a result, the injection times for the injector can be maintained with high accuracy. Furthermore, the mechanical translator 3 requires only a small amount of space, so that a compact valve for controlling liquids can be provided. This results in both installation advantages in cramped engine compartments and a weight reduction due to small number of individual parts and a small size of these individual parts.
  • gear ratio can be changed in a simple manner by simply changing the length ratios A: B of the rocker arms 13 and 14.
  • a standardized valve for controlling liquids can be provided, in which only kidney-shaped rocker arms with different transmission ratios need to be provided for different transmission ratios for different motor manufacturers. This leads to significant cost advantages in production.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a control valve for an injector for injecting fuel.
  • the same or functionally the same parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment. Since the second exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment, only differences are explained in detail below.
  • the piezo actuator 2 is connected directly to a bridge-shaped actuating element 16.
  • the actuating element 16 has support points 17 on its edge regions, via which the actuating element 16 is connected to the two rocker arms 13 and 14. Similar to the first exemplary embodiment, the two rocker arms 13 and 14 are mounted on support points 19 on the housing 20 of the valve 1.
  • the two rocker arms 13 and 14 are in turn connected at bearing points 18 to a plate-shaped intermediate member 5, which in turn is firmly connected to a piston 8.
  • the piston is 8 again connected to a valve member 6, which closes a valve seat 7.
  • a return spring 4 is arranged between the bridge-like actuating element 16 and the plate-shaped or plate-shaped intermediate member 5.
  • the function of the valve according to the second embodiment is as follows: If the piezo actuator 2 is moved in the direction of arrow C, this is transmitted to the actuating element 16, causing it to move downwards, i.e. moved in the direction of the valve element 6. As a result, the two kidney-shaped rocker arms 13 and 14 are pivoted about their pivot axes 19, so that the ends of the rocker arms 13 and 14 connected to the intermediate member 5 are moved upward. As a result, as well as by the movement of the actuating element 16, the return spring 4 is compressed.
  • FIGS. 3 to 5 show a control valve 1 according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the same or functionally identical parts are identified by the same reference numerals as in the previously described exemplary embodiments. Since the third exemplary embodiment essentially corresponds to the previously described exemplary embodiments, only differences are explained in detail below.
  • the mechanical translator 3 consists of three rocker arms 13, 14 and 23 (see FIG. 5).
  • the rocker arms are arranged at a distance of 120 ° from each other.
  • a plate-shaped actuating element 16 is provided, which is connected to a piezo actuator 2 via a zylinderhutför connecting element 24.
  • a return spring 4 is arranged on the edge of the cylindrical hat-shaped connecting element 24 and is supported against a shoulder in the housing 20.
  • the rocker arms 13, 14 and 23 are directly connected to a piston 8 via support points 18.
  • a valve element 6 is provided on the piston 8 and is formed in one piece on the piston 8.
  • the piston 8 is designed such that its guide diameter corresponds to a seat diameter of the valve element 6.
  • an annular groove-shaped recess 31 is formed between the piston 8 and the valve element 6 ′′.
  • the space in which the mechanical booster 3 is arranged is connected via a line 32 to the supply line 11 for supplying fuel.
  • a stroke is provided on the end of the piston 8 opposite the mechanical translator 3.
  • stop 26 formed to limit a lifting height h of the piston 8.
  • a second return spring 27 is arranged at this end of the piston 8, the stroke stop 26 also serving as the spring seat of the spring 27.
  • the function of the valve 1 according to the third exemplary embodiment is as follows: A stroke of the piezo actuator 2 in the direction of the arrow C is transmitted to the plate-shaped actuating element 16 via the connecting element 24. As a result, the return spring 4 is also compressed via the connecting element 24. Via the actuating element 16, the stroke is transmitted to the kidney-shaped rocker arms 13 and 14 via the bearing points 19. As a result, the rocker arms each pivot about pivot axes through the support points 17, so that the piston 8, which is connected to the rocker arms via the support points 18, is moved downward. As a result, the valve element 6, which is formed in one piece on the piston 8, lifts off from the valve seat 7. The fuel supply line 11 is thus connected to a control chamber 33 of the injector 25 via further lines. As a result, the pressure in a control chamber 33 rises, as a result of which the injector 25 is moved upward via a web-shaped projection 34 against the spring force of a return spring 35, and fuel can be injected into a combustion chamber.
  • valve seat 7. the injector 25 is also moved back to its starting position via the return spring 35 and thus closes the injection opening.
  • the three kidney-shaped rocker arms 13, 14 and 23 are guided laterally at areas 21 and 22 which are formed in the housing 20 of the valve 1.
  • These guides 21 and 22 provide a rocker arm system with particularly high rigidity. Since the space in which the mechanical translator 3 is arranged is supplied with fuel, there is also sufficient lubrication between the rocker arms 13, 14 and 23 and the respective guides 21 and 22. This ensures safe actuation of the piston 8 or the valve element 6.
  • FIGS. 6, 7a to 7c, 8a and 8b show a fourth exemplary embodiment of a control valve for an injector for injecting fuel.
  • the same or functionally the same parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment. Since the fourth exemplary embodiment essentially corresponds to the third exemplary embodiment, only differences are explained in detail below.
  • an actuating element 16 is provided in the fourth exemplary embodiment which has a tapering region which is connected to the rocker arms 13 and 14. A stroke movement of the piezo actuator 2 is thus transmitted to the rocker arms 13 and 14 via the tapered actuating element 16.
  • the rocker arms are axially supported in the transverse direction (perpendicular to their longitudinal direction).
  • a shaft 30 is provided, which is guided through a through opening formed in the rocker arms 13 and 14. This is on an enlarged scale shown in Figure 8b. The shaft 30 is in turn supported in the housing 20 of the valve.
  • the pivot axis of the rocker arms 13 and 14 is therefore not located on a support region, but rather in the region of the pivot axis D-D formed by the shaft 30.
  • the rocker arms 13 and 14 each have only two support points 17 and 18.
  • the two rocker arms 13 and 14 are each connected to a bridge-like intermediate member 5, which is formed in one piece with a piston 8, which holds a valve element 6.
  • a second return spring 27 designed as a plate spring is provided on the cylindrical hat-shaped connecting element 24, which is supported both on the intermediate member 5 and on the housing 20.
  • FIGS. 7a, 7b and 7c show various design options for the tapered actuating element 16.
  • the actuating element 16 is formed in a conical shape, as a result of which the actuating element 16 can be manufactured particularly easily.
  • the actuating element 16 tapers in a parabolic section, which enables the rocker arms to be actuated in an area that is relatively far outward-loving. In particular, a large leverage ratio can thereby be achieved.
  • FIG. 7c shows an actuating element 16 which is hemispherical.
  • FIG. 8a An alternative mounting of the rocker arms according to the fourth exemplary embodiment is shown in FIG. 8a.
  • nose-shaped projections 28 and 29 are formed in the housing 20, which engage in correspondingly shaped recesses in the rocker arms 13 and 14. This can NEN the rocker arms rotate about the axis DD formed by the projections 28 and 29.
  • the projections 28 and 29 are preferably hemispherical, so that the rocker arms can be pivoted easily.
  • valve 1 The function of the valve 1 according to the fourth embodiment is described below.
  • the piezo actuator 2 When the piezo actuator 2 is activated, the piezo actuator 4 is extended in the direction of the valve element 6. This stroke of the piezo actuator 2 is transmitted to the tapering actuating element 16 via the connecting element 24. The return spring 4 is compressed. The movement of the actuating element 16 is transmitted to the two kidney-shaped rocker arms 13 and 14 via the two support points 17. Since the two rocker arms 13 and 14 are each fixedly mounted on the housing 20 via the shaft 30, they rotate about the shaft 30, as a result of which the bridge-shaped intermediate member 5 is moved upward against the spring force of the plate spring 27.
  • valve element 6 is lifted off the valve seat 7, as a result of which fluid can flow out of the control chamber 9 via the throttle 12 through the valve seat 7.
  • control piston 10 is moved upward in a known manner, and fuel is injected.
  • FIG. 9 shows a fifth exemplary embodiment of a control valve 1 for an injector. Identical or functionally identical parts are identified with the same reference symbols as in the previously described exemplary embodiments. Since the fifth exemplary embodiment essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment, only differences are explained in detail below.
  • a stroke of the piezo actuator 2 is transmitted via the cylinder-hat-shaped connecting element 24 to an actuating element 16 formed in a bridge-shaped manner. This stroke is then transmitted via the support points 18 and 17 of the rocker arms 13 and 14 to a plate-shaped intermediate member 5, which is connected to a valve element 6 via a piston 8. Similar to the second exemplary embodiment, a return spring 4 is arranged between the actuating element 16 and the intermediate member 5.
  • the rocker arms 13 and 14 are also mounted on shafts 30, so that they each have only two support points 17 and 18 in the mechanical translator 3.
  • the fifth exemplary embodiment corresponds to the fourth exemplary embodiment, so that a further description is not necessary.
  • a stroke of an actuator can accordingly be transmitted by using kidney-shaped rocker arms in a mechanical translator, a high system rigidity being ensured.
  • the actuator can be designed as a piezo actuator or as a magnetically operated actuator.
  • the high rigidity during the transmission of the actuator stroke enables a very precise valve Control.
  • the valve with the translator according to the invention requires only a small installation space and is light in weight.
  • a valve for controlling liquids which has an actuator 2 and a mechanical translator 3 for translating a stroke of the actuator 2.
  • a reset element 4 and a valve element 6 are also provided.
  • the translator 3 is designed as a kidney-shaped rocker arm (13, 14, 23) which has punctiform bearing points.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, welches einen Aktuator (2) und einen mechanischen Übersetzer (3) zur Übersetzung eines Hubes des Aktuators (2) aufweist. Weiter ist ein Rückstellelement (4) und ein Ventilelement (6) vorgesehen. Dabei ist der Übersetzer (3) als nierenförmiger Kipphebel (13, 14, 23) ausgebildet, welcher punktförmige Lagerstellen aufweist.

Description

Ventil zu Steuern von Flüssigkeiten
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1.
Ventile zum Steuern von Flüssigkeiten sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise ist aus der US- 4 022 166 ein piezoelektrisches Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Steuerung des Ventilglieds über ein piezoelektrisches Element erfolgt. Dabei wird der Hub des piezoelektrischen Elements über einen Hebel unmittelbar auf die Ventilnadel übertragen. Des Weiteren sind zwei Rückstellfedern vorgesehen, um die Ventilnadel und den Hebel je- weils in ihrer Ausgangsposition zu halten. Aufgrund dieser Ausgestaltung mit zwei Rückstellfedern, welche über den Hebel miteinander in Verbindung stehen, entsteht ein sehr schwingungsempfindliches Gebilde, welches insbesondere für eine Hochdruckeinspritzung nicht geeignet ist, da sich die Schwingungen aufschaukeln können. Dadurch kann bei diesem Ventil durch die mechanische Übersetzung nur eine sehr geringe Steifigkeit erreicht werden, was sich negativ auf die Einspritzgenauigkeit auswirkt. Des Weiteren sind Injektoren bekannt, welche zur Übersetzung des Hubes eines Piezoaktors hydraulische Übersetzer verwenden. Derartige Lösungen weisen jedoch im Allgemeinen einen relativ komplizierten Aufbau auf und bestehen aus einer Vielzahl von Teilen. Weiterhin ist bei hydraulischen Übersetzungen nachteilig, dass die Steifigkeit des Systems ebenfalls relativ gering ist, da die hydraulische Übersetzung sehr groß ist (ca. 1:8).
Da die Piezoaktoren nur ein sehr geringes Hubvermögen auf weisen, ist der Aufwand für die bekannten mechanischen oder hydraulischen Übersetzungen relativ groß, wobei auch nur eine relativ geringe Steifigkeit erreicht wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass es als mechanischen Übersetzer einen nieren- förmigen Kipphebel aufweist, welcher eine hohe Steifigkeit bei der Übersetzung sicherstellt. Weiter kann durch die Verwendung von nierenförmigen Kipphebeln als Übersetzer erreicht werden, dass der mechanische Übersetzer nur punktför- ige Lagerstellen aufweist, sodass nur eine geringe Reibung im Übersetzer auftritt. Da der mechanische Übersetzer als nierenförmiger Kipphebel ausgebildet ist, ist der Kipphebel sehr kompakt ausgebildet und kann für eine steife Übersetzung des Hubs eines Aktuators sorgen. Dabei kann, abhängig von der geometrischen Ausgestaltung des nierenförmigen Kipp- hebeis, auch auf einfache Weise das Übersetzungsverhältnis des mechanischen Übersetzers bestimmt werden. Im Vergleich mit den bekannten mechanischen Übersetzern im Stand der Technik weist das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten somit einen einfachen und kompakten Aufbau auf. Der erfindungsgemäße Kipphebel ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der nierenförmigen Ausbildung des Kipphebels zwei Lagerstellen an einer Seite des Kipphebels ausgebildet sind und eine Lagerstelle an einer dieser Seite gegenüberliegenden Seite des Kipphebels ausgebildet ist. Somit stellt der nierenförmige Kipphebel eine wippenartige Übersetzungsbewegung bereit, wobei der auf einer Seite des Kipphebels angeordnete Lagerpunkt bevorzugt die Schwenkachse des Kipphebels bildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der als Kipphebel ausgebildete mechanische Übersetzer in einer Querachse seitlich lagefixiert. Als Querachse wird hierbei eine Achse verstanden, welche senkrecht zu einer Längsachse des Kipphebels angeordnet ist, wobei die Längsachse durch die beiden auf einer Seite des Kipphebels angeordneten Lagerstellen verläuft. Dadurch bildet die Querachse auch die Schwenkachse des nierenförmigen Kipphebels, sodass eine Lagerstelle des Kipphebels durch die seitliche Lagefixierung ersetzt werden kann.
Vorzugsweise erfolgt die Lagefixierung des Kipphebels mittels einer durch den Kipphebel geführten Welle oder durch zwei seitliche, punktförmige Führungselemente. Die durch den Kipphebel geführte Welle ist dabei seitlich des nierenförmigen Kipphebels gelagert. Je nach Anordnung der Welle kann dadurch auch das Übersetzungsverhältnis des Kipphebels verändert werden. Ähnlich wie die Welle sind die beiden Führungselemente seitlich des Kipphebels angeordnet. Vorzugs- weise sind die Führungselemente als Führungsnasen oder als punktförmige Vorsprünge ausgebildet, welche in entsprechend gebildete Aussparungen im Kipphebel eingreifen können. Dadurch ergibt sich ein ähnliches Lagerungsverhalten wie bei der durch den Kipphebel geführten Welle. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Kipphebel genau drei Auflagerpunkte auf. Dabei sind die Auflagerpunkte derart am Kipphebel ange- ordnet, dass zwei Auflagerpunkte an einer Seite der jeweils vorstehenden Bereiche des nierenförmigen Kipphebels ausgebildet sind und der dritte Auflagerpunkt in Längsrichtung zwischen den beiden anderen Auflagerpunkten auf der gegenüberliegenden Seite des Kipphebels ausgebildet sind. Der dritte Auflagerpunkt dient dabei als Schwenkachse, um welchen der Kipphebel schwenkt. Das Übersetzungsverhältnis des Kipphebels wird dabei durch die Lage des dritten Auflagerpunktes zwischen den beiden anderen Auflagerpunkten bestimmt.
Bevorzugt ist der Aktuator des Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Betätigungselement verbunden, welches den Kipphebel betätigt. Mit anderen Worten ist das Betätigungselement zwischen dem Aktuator und dem Kipphebel ange- ordnet. Durch diese Anordnung des Betätigungselements zwischen dem Aktuator und dem Kipphebel ergeben sich insbesondere konstruktive Freiheiten hinsichtlich der Anordnung der Kipphebel. Es sei angemerkt, dass als Aktuator vorzugsweise ein Piezoaktor oder auch ein Magnetelement verwendet werden kann.
Dm einen relativ einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen
Übersetzers bereitzustellen, ist das Betätigungselement vorzugsweise als Brücke oder als Platte ausgebildet oder da- durch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement eine sich verjüngende Spitze aufweist. Vorzugsweise ist die sich verjüngende Spitze des Betätigungselementes als Kegel, als Halbkugel oder als Element mit einem im Schnitt parabelför- igen Mantelbereich ausgebildet. Dadurch ist es möglich, dass das Betätigungselement an einem äußersten Endpunkt des Kipphebels angreift und somit ein besonders großes Übersetzungsverhältnis erreichbar ist, ohne dass ein Kipphebel mit einer übermäßig großen Längserstreckung eingesetzt werden uss.
Um die Übersetzung des Hubes des Aktuators mit einer besonders hohen Steifigkeit bereitzustellen, ist der mechanische Übersetzer vorzugsweise durch eine Vielzahl von Kipphebeln gebildet. Dadurch wird auch eine Kraftverteilung der Betätigungskraft auf mehrere Kipphebel möglich, wodurch die Belastung der einzelnen Kipphebel verringert wird.
Besonders bevorzugt ist der mechanische Übersetzer syme- trisch aufgebaut. Dadurch wird eine gleichmäßige Krafteinleitung in den mechanischen Übersetzer möglich, sodass keine unnötigen Kräfte auf das Gehäuse des Ventils übertragen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Ventilelement einstückig am Betätigungskolben ausgebildet. Dabei entspricht ein Sitzdurchmesser eines Ventilsitzes einem Führungsdurchmesser des Betätigungskolbens. Dadurch kann insbesondere ein ideal kraftaus- geglichenes Ventil bereitgestellt werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten in einer Einspritzvorrichtung für ein Co - mon-Rail-System verwendet. Besonders bevorzugt wird es dabei als Steuerventil eines Injektors eingesetzt. Hierbei können die Vorteile des erfindungsgemäßen Ventils hinsichtlich der hohen Steifigkeit besonders gut ausgenutzt werden. Erfindungsgemäß wird somit ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bereitgestellt, welches aufgrund eines als nierenförmigen Kipphebel ausgebildeten mechanischen Übersetzers mit punktförmigen Lagerstellen eine sehr hohe Systemsteifig- keit bei einer besonders kompakten Bauweise bereitstellt.
Dadurch kann insbesondere die Genauigkeit des Einspritzvorgangs bei einer Kraftstoffeinspritzung in Speichereinspritzsystemen genauer ausgeführt und weiter verbessert werden.
Zeichnungen
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Steuerventils für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Steuerventils für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils mit einem Steuerventil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 eine vergrößerte Schnittansicht des in Figur 3 dargestellten Betätigungskolbens;
Figur 5 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Figur 3; Figur 6 eine schematische Schnittansicht eines Steuerventils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figuren 7a bis 7c schematische Schnittdarstellungen verschiedener Betätigungselemente für das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figuren 8a und 8b schematische Schnittansichten von ver- schiedenen mechanischen Übersetzern gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Figur 9 eine schematische Schnittansicht eines Steuerven- tils für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein Steuerventil 1 für ein Kraftstoffeinspritzventil in einem Common-Rail-System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst das Steuerventil einen Piezoaktor 2 als Aktuator, einen mechanischen Übersetzer 3 sowie eine Rückstellfeder 4. Der Piezoaktor 2 ist über ein plattenförmiges Betätigungselement 16 mit zwei nierenförmigen Kipphebeln 13 und 14 verbunden. Genauer bildet das plat- tenförmige Betätigungselement 16 jeweils einen Auflagerpunkt 18 mit jedem nierenförmigen Kipphebel 13 bzw. 14. Weiter ist an der gleichen Seite wie der erste Auflagerpunkt 18 ein zweiter Auflagerpunkt 17 an jedem nierenförmigen Kipphebel 13, 14 vorgesehen. Über diesen zweiten Auflagerpunkt 17 sind die beiden Kipphebel 13 und 14 mit einem brückenförmigen Zwischenglied 5 in Verbindung, welches über einen Kolben 8 mit einem Ventilelement 6 verbunden ist.
Ein dritter Auflagerpunkt 19 der nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 ist auf der den beiden Auflagerpunkten 17 und 18 gegenüberliegenden Seite der Kipphebel 13 und 14 gebildet (vgl. Figur 1). Der dritte Auflagerpunkt 19 dient dabei als Schwenkachse für die Kipphebel 13 und 14, sodass diese eine wippenförmige Bewegung ausführen können, wenn der Hub des
Piezoaktors 2 auf die Kipphebel 13 und 14 wirkt. Als Gegenlager für die Kipphebel 13 und 14 dient dabei eine Auflagerplatte 15, welche fest im Gehäuse 20 des Ventils angeordnet ist. Das Übersetzungsverhältnis A:B der Kipphebel 13 und 14 wird durch die Abstände der Auflagerpunkte 17, 18 und 19 in Längsrichtung der Kipphebel bestimmt (vgl. Figur 1).
Wie weiter in Figur 1 gezeigt, verschließt das Ventilelement 6 einen Ventilsitz 7, wodurch eine Verbindung zu einem Steu- erraum 9 geschlossen bzw. geöffnet werden kann. Im Steuerraum 9 ist ein Steuerkolben 10 angeordnet, welcher eine Betätigung eines Injektors (nicht dargestellt) steuert. Über eine Leitung 11 ist der Steuerraum 9 mit dem Hochdruckbereich des Einspritzsystems verbunden.
Die Funktion des Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist wie folgt:
Ein Längshub in Richtung des Pfeils C des Piezoaktors 2 wird über das plattenförmige Betätigungselement 16 und über die
Auflagerpunkte 18 auf die beiden nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 übertragen. In Folge des Hubes drehen sich die beiden Kipphebel 13 und 14 jeweils um die Drehachsen in den Auflagerpunkten 19 zwischen den Kipphebeln 13 und 14 und der Auf- lagerplatte 15, sodass das an den Auflagerpunkten 17 mit dem Zwischenglied 5 verbundene Ende der Kipphebel nach oben, d.h. in Richtung des Piezoaktors 2 bewegt wird. Dadurch wird das brückenförmige Zwischenglied 5 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 4 ebenfalls nach oben bewegt. Da das Zwischenglied 5 und der Kolben 8, welcher das Ventilelement 6 hält, fest miteinander verbunden sind, kann aufgrund dieser Bewegung .das Ventilelement 6 vom Ventilsitz 7 durch den hohen Druck im Steuerraum 9 abgehoben werden. Dadurch tritt ein Druckabfall im Steuerraum 9 auf, da das Fluid über eine Drossel 12 und den offenen Ventilsitz 7 abströmen kann. Dadurch bewegt sich der Steuerkolben 10 nach oben, wodurch eine Kraftstoffeinspritzung an einem Injektor erfolgt.
Wenn der Piezoaktor 2 deaktiviert wird, bewegt er sich wieder in seine Ausgangsposition und zurück, sodass durch die Federkraft der Rückstellfeder 4 über das brückenförmige Zwischenglied 5 die Kipphebel 13, 14 sowie das Ventilelement 6 wieder in ihre Ausgangsstellungen zurückgebracht werden. Da- durch verschließt das Ventilelement 6 wieder den Ventilsitz 7, sodass sich im Steuerraum 9 ein Druck aufbauen kann, durch welchen der Steuerkolben 10 nach unten bewegt wird, sodass der Injektor wieder schließt.
Durch die Ausbildung des mechanischen Übersetzers für den Hub des Piezoaktors mit nierenförmigen Kipphebeln 13, 14 ka,nn im Vergleich zum Stand der Technik eine sehr steife1 Hubübersetzung erfolgen. Dadurch können die Einspritzzeiten für den Injektor mit hoher Genauigkeit eingehalten werden. Weiterhin ist für den mechanischen Übersetzer 3 nur ein geringer Platzbedarf notwendig, sodass ein kompaktes Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bereitgestellt werden kann. Dadurch ergeben sich sowohl Einbauvorteile in beengten Motorräumen als auch eine Gewichtsreduzierung aufgrund einer geringen Anzahl von Einzelteilen sowie einer geringen Größe dieser Einzelteile.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass durch einfache Änderung der Längenverhältnisse A:B der Kipphebel 13 und 14 auf einfache Weise das Übersetzungsverhältnis geändert werden kann. Das heißt, es kann ein standardisiertes Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bereitgestellt werden, bei dem für unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse für verschiedene Moto- renhersteller nur dementsprechend ausgebildete nierenförmige Kipphebel mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen bereitgehalten werden müssen. Dies führt zu deutlichen Kostenvorteilen in der Produktion.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steuerventils für einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Da das zweite Ausführungsbeispiel im Wesentli- chen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, werden nachfolgend nur noch Unterschiede im Detail erläutert.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel der Piezoaktor 2 unmittelbar mit ei- ne brückenförmigen Betätigungselement 16 verbunden. Das Betätigungselement 16 weist an seinen Randbereichen Auflagerpunkte 17 auf,- über die das Betätigungselement 16 mit den beiden Kipphebeln 13 und 14 in Verbindung steht. Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kipphebel 13 und 14 an Auflagerpunkten 19 am Gehäuse 20 des Ventils 1 gelagert. Die beiden Kipphebel 13 und 14 sind ihrerseits an Auflagerpunkten 18 mit einem tellerförmigen Zwischenglied 5 verbunden, welches seinerseits fest mit einem Kolben 8 verbunden ist. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist der Kolben 8 wieder mit einem Ventilglied 6, welches einen Ventilsitz 7 verschließt, verbunden. Eine Rückstellfeder 4 ist zwischen dem brückenartigen Betätigungselement 16 und dem teller- beziehungsweise plattenförmigen Zwischenglied 5 angeordnet.
Die Funktion des Ventils gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist wie folgt: Wenn ein Hub des Piezoaktors 2 in Richtung des Pfeils C erfolgt, wird dieser auf das Betätigungselement 16 übertragen, wodurch sich dieses nach unten, d.h. in Richtung des Ventilelements 6 bewegt. Dadurch werden die beiden nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 um ihre Schwenkachsen 19 geschwenkt, sodass die mit dem Zwischenglied 5 verbundenen Enden der Kipphebel 13 und 14 nach oben bewegt werden. Dadurch, sowie durch die Bewegung des Betätigungs- ele ents 16, wird die Rückstellfeder 4 zusammengedrückt.
Weiter wird über das Zwischenglied 5 der Kolben 8 und damit das Ventilelement 6 nach oben bewegt, sodass sich das Ventilelement 6 vom Ventilsitz 7 abhebt. Dadurch kann Fluid vom Steuerraum 9 über die Drossel 12 durch den Ventilsitz 7 ab- strömen, wodurch der Steuerkolben 10, welcher mit einem Injektor (nicht gezeigt) verbunden ist, nach oben bewegt wird. Dadurch erfolgt eine Einspritzung in einen Verbrennungsraum.
Nach dem Deaktivieren des Piezoaktors 2 bewegt sich das Be- tätigungselement 16 wieder in seine Ausgangsstellung, wodurch die Kipphebel 13 und 14 ebenfalls in ihre Ausgangsstellungen bewegt werden. Dies erfolgt aufgrund der Feder- ii kraft der Rückstellfeder 4, welche wieder in ihre Ausgangsstellung expandiert. Dadurch wird das Ventilelement 6 wieder auf den Ventilsitz 7 gedrückt, sodass der Ventilsitz 7 verschlossen ist. Dadurch kann sich im Steuerraum 9 wieder ein Druck aufbauen, sodass der Steuerkolben 10 nach unten bewegt wird und die Kraftstoffeinspritzung beendet ist. In den Figuren 3 bis 5 ist ein Steuerventil 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorher beschriebenen Aus- führungsbeispielen bezeichnet. Da das dritte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen entspricht, werden nachfolgend nur noch Unterschiede im Detail erläutert.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht der mechanische Übersetzer 3 aus drei Kipphebeln 13, 14 und 23 (vgl. Figur 5). Die Kipphebel sind zueinander in einem Abstand von jeweils 120° angeordnet. Weiter ist ein plattenförmiges Betätigungselement 16 vorgesehen, welches über ein zylinderhutför iges Verbindungselement 24 mit einem Piezoaktor 2 in Verbindung steht. A Rand des zylinderhutförmigen Verbindungselements 24 ist eine Rückstellfeder 4 angeordnet, welche sich gegen einen Absatz im Gehäuse 20 abstützt.
Wie in Figur 3 gezeigt, sind die Kipphebel 13, 14 und 23 unmittelbar mit einem Kolben 8 über Auflagerpunkte 18 in Verbindung. Am Kolben 8 ist ein Ventilelement 6 vorgesehen, welches einstückig am Kolben 8 ausgebildet ist. Wie in der Detailansicht in Figur 4 gezeigt, ist der Kolben 8 derart ausgebildet, dass sein Führungsdurchmesser einem Sitzdurchmesser des Ventilelements 6 entspricht. Hierzu ist zwischen dem Kolben 8 und dem Ventilelement 6" eine ringnutförmige Aussparung 31 ausgebildet. Der Raum, in welchem der mechanische Übersetzer 3 angeordnet ist, ist über eine Leitung 32 mit der Zufuhrleitung 11 zur Zuführung von Kraftstoff verbunden.
Wie weiter in Figur 3 gezeigt, ist an dem dem mechanischen Übersetzer 3 gegenüberliegenden Ende des Kolbens 8 ein Hub- anschlag 26 ausgebildet, um eine Hubhöhe h des Kolbens 8 zu begrenzen. Weiter ist eine zweite Rückstellfeder 27 an diesem Ende des Kolbens 8 angeordnet, wobei der Hubanschlag 26 auch als Federsitz der Feder 27 dient.
Die Funktion des Ventils 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist wie folgt: Ein Hub des Piezoaktors 2 in Richtung des Pfeils C wird über das Verbindungselement 24 auf das plattenförmige Betätigungselement 16 übertragen. Dadurch wird ebenfalls über das Verbindungselement 24 die Rückstellfeder 4 zusammengedrückt. Über das Betätigungselement 16 wird der Hub auf die nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 über die Auflagerpunkte 19 übertragen. Dadurch schwenken die Kipphebel jeweils um Schwenkachsen durch die Auflagerpunkte 17, sodass der Kolben 8, welcher über die Auflagerpunk e 18 mit den Kipphebeln in Verbindung steht, nach unten bewegt wird. Dadurch hebt sich das am Kolben 8 einstückig gebildete Ventilelement 6 vom Ventilsitz 7 ab. Somit ist die Kraftstoffzuleitung 11 über weitere Leitungen mit einem Steuer- räum 33 des Injektors 25 verbunden. Dadurch steigt der Druck in einem Steuerraum 33 an, wodurch der Injektor 25 über einen stegförmigen Vorsprung 34 entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 35 nach oben bewegt wird und eine Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkammer erfolgen kann.
Die Einspritzung von Kraftstoff wird solange aufrechterhalten, bis der Piezoaktor 2 deaktiviert wird und der mechanische Übersetzer sowie das Ventilelement 6 über die Rückstellfedern 4 bzw. 27 wieder in ihre Ausgangspositionen zu- rückbewegt werden. Dadurch schließt das Ventilelement 6 am
Ventilsitz 7. Somit wird der Injektor 25 über die Rückstellfeder 35 ebenfalls wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt und verschließt somit die Einspritzöffnung. Wie in Figur 5 gezeigt, werden im Ventil 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die drei nierenförmigen Kipphebel 13, 14 und 23 seitlich an Bereichen 21 und 22 geführt, welche im Gehäuse 20 des Ventils 1 gebildet sind. Durch diese Führun- gen 21 und 22 wird ein Kipphebelsystem mit einer besonders hohen Steifigkeit bereitgestellt. Da der Raum, in welchem der mechanische Übersetzer 3 angeordnet ist, mit Kraftstoff versorgt wird, ist auch eine ausreichende Schmierung zwischen den Kipphebeln 13, 14 und 23 sowie den jeweiligen Füh- rungen 21 und 22 vorhanden. Somit wird eine sichere Betätigung des Kolbens 8 bzw. des Ventilelements 6 sichergestellt.
In den Figuren 6, 7a bis 7c, 8a und 8b ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Steuerventils für einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Da das vierte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht, werden nachfolgend nur noch Unterschiede im Detail erläutert.
Wie in Figur 6 gezeigt, ist im Gegensatz zum dritten Ausführungsbeispiel beim vierten Ausführungsbeispiel ein Betätigungselement 16 vorgesehen, welches einen sich verjüngenden Bereich aufweist, der mit den Kipphebeln 13 und 14 in Verbindung steht. Somit wird eine Hubbewegung des Piezoaktors 2 über das sich verjüngende Betätigungselement 16 auf die Kipphebel 13 und 14 übertragen. Weiter sind die Kipphebel im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen in Querrichtung (senkrecht zu ihrer Längsrichtung) axial gelagert. Hierzu ist eine Welle 30 vorgesehen, welche jeweils durch eine in den Kipphebeln 13 und 14 gebildete Durchgangsöffnung geführt ist. Dies ist in vergrößertem Maßstab in Figur 8b dargestellt. Die Welle 30 ist ihrerseits im Gehäuse 20 des Ventils gelagert.
Somit befindet sich, im Gegensatz zu dem vorher beschriebe- nen Ausführungsbeispiel, die Schwenkachse der Kipphebel 13 und 14 nicht an einem Auflagerbereich, sondern im Bereich der durch die Welle 30 gebildeten Schwenkachse D-D. Somit weisen die Kipphebel 13 und 14 jeweils auch nur zwei Auflagerpunkte 17 und 18 auf. An ihren Auflagerpunkten 18 sind die beiden Kipphebel 13 und 14 jeweils mit einem brückenartigen Zwischenglied 5 verbunden, welches einstückig mit einem Kolben 8 gebildet ist, welcher ein Ventilelement 6 hält. Weiter ist neben der Rückstellfeder 24 am zylinderhutförmi- gen Verbindungselement 24 eine zweite, als Plattenfeder aus- gebildete Rückstellfeder 27 vorgesehen, welche sich sowohl am Zwischenglied 5 als auch am Gehäuse 20 abstützt.
In den Figuren 7a, 7b und 7c sind verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten des sich verjüngenden Betätigungselements 16 dargestellt. In 7a ist das Betätigungselement 16 kegelförmig gebildet, wodurch eine besonders einfache Herstellbarkeit des Betätigungselements 16 erreicht wird. In Figur 7b verjüngt sich das Betätigungselement 16 im Schnitt para- belförmig, was eine Betätigung der Kipphebel an einem rela- tiv weit außen liebenden Bereich ermöglicht. Dadurch kann insbesondere ein großes Hebelverhältnis erreicht werden. Figur 7c zeigt ein Betätigungselement 16, welches halbkugelförmig ausgebildet ist.
In Figur 8a ist eine alternative Lagerung der Kipphebel gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt. Wie in Figur 8a gezeigt, sind im Gehäuse 20 nasenförmige Vorsprünge 28 und 29 gebildet, welche in entsprechend geformte Aussparungen in den Kipphebeln 13 und 14 eingreifen. Dadurch kön- nen sich die Kipphebel um die durch die Vorsprünge 28 und 29 gebildete Achse D-D drehen. Vorzugsweise sind die Vorsprünge 28 und 29 dabei halbkugelförmig ausgebildet, sodass eine leichte Schwenkbarkeit der Kipphebel gewährleistet ist.
Die Funktion des Ventils 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben. Wenn der Piezoaktor 2 aktiviert wird, erfolgt.eine Verlängerung des Piezoaktors 4 in Richtung des Ventilelements 6. Dieser Hub des Piezoaktors 2 wird über das Verbindungselement 24 auf das sich verjüngende Betätigungselement 16 übertragen. Dabei wird die Rückstellfeder 4 zusammengedrückt. Über die beiden Auflagerpunkte 17 wird die Bewegung des Betätigungselement 16 auf die beiden nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 übertragen. Da die beiden Kipphebel 13 und 14 jeweils fest am Gehäuse 20 über die Welle 30 gelagert sind, drehen sie sich um die Welle 30, wodurch das brückenförmig gebildete Zwischenglied 5 entgegen der Federkraft der Plattenfeder 27 nach oben bewegt wird. Dadurch wird das Ventilelement 6 vom Ventilsitz 7 abgehoben, wodurch Fluid vom Steuerraum 9 über die Drossel 12 durch den Ventilsitz 7 abströmen kann. Dadurch wird in bekannter Weise der Steuerkolben 10 nach oben bewegt, und eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgt.
Wenn der Piezoaktor 2 deaktiviert wird, werden das Ventilelement 6 sowie die Bauteile des mechanischen Übersetzers 3 über die Rückstellfeder 4 sowie die Plattenfeder 27 wieder in ihre Ausgangspositionen zurückgebracht. Wie in Figur 6 gezeigt, wird das Hebelverhältnis A:B im vierten Ausfüh- rungsbeispiel durch die Abstände zwischen den Auflagerpunkten 7 und der Drehachse 30 sowie den Abständen zwischen den Auflagerpunkten 18 und der Drehachse 30 bestimmt und beträgt wieder A:B. In Figur 9 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Steuerventils 1 für einen Injektor dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen bezeich- net. Da das fünfte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel entspricht, werden nachfolgend nur noch Unterschiede im Detail erläutert.
Im Unterschied zum vierten Ausführungsbeispiel wird beim fünften Ausführungsbeispiel ein Hub des Piezoaktors 2 über das zylinderhutförmige Verbindungselement 24 auf ein brük- kenförmig gebildetes Betätigungselement 16 übertragen. Dieser Hub wird dann über die Auflagerpunkte 18 und 17 der Kipphebel 13 und 14 auf ein plattenförmiges Zwischenglied 5 übertragen, welches über einen Kolben 8 mit einem Ventilelement 6 in Verbindung steht. Ähnlich wie im zweiten Ausführungsbeispiel ist dabei eine Rückstellfeder 4 zwischen dem Betätigungselement 16 und dem Zwischenglied 5 angeordnet.
Wie im vierten Ausführungsbeispiel sind die Kipphebel 13 und 14 ebenfalls an Wellen 30 gelagert, sodass sie nur jeweils zwei Auflagerpunkte 17 und 18 im mechanischen Übersetzer 3 aufweisen. Ansonsten entspricht das fünfte Ausführungsbei- spiel dem vierten Ausführungsbeispiel, sodass auf eine weiter gehende Beschreibung verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß kann demnach durch die Verwendung von nierenförmigen Kipphebeln in einem mechanischen Übersetzer ein Hub eines Aktuators übertragen werden, wobei eine hohe Systemsteifigkeit sichergestellt ist. Der Aktuator kann dabei als Piezoaktor oder auch als magnetisch betriebener Aktor ausgebildet sein. Die hohe Steifigkeit bei der Übertragung des, Aktuatorhubes ermöglicht dabei eine sehr genaue Ventil- Steuerung. Weiterhin benötigt das Ventil mit dem erfindungsgemäßen Übersetzer nur einen kleinen Bauraum und weist nur ein geringes Gewicht auf.
Somit wird erfindungsgemäß ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bereitgestellt, welches einen Aktuator 2 und einen mechanischen Übersetzer 3 zur Übersetzung eines Hubes des Aktuators 2 aufweist. Weiter ist ein Rückstellelement 4 und ein Ventilelement 6 vorgesehen. Dabei ist der Übersetzer 3 als nierenförmiger Kipphebel (13, 14, 23) ausgebildet, welcher punktförmige Lagerstellen aufweist.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Aktuator (2) , einem mechanischen Übersetzer (3) zur Übersetzung eines Hubes des Aktuators (2) , einem Rückstellelement (4, 27) und einem Ventilelement (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzer als nierenförmiger Kipphebel (13, 14, 23) ausgebildet ist, welcher punktförmige Lagerstellen (17, 18, 19) aufweist.
2. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als nierenförmiger Kipphebel (13, 14, 23) ausgebildete Übersetzer in einer Querachse (D-D) lagefixiert ist.
3. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagefixierung mittels einer durch den Kipphebel (13, 14, 23) geführten Welle (30) oder durch zwei seitliche Führungselemente (28, 29) bereitgestellt ist.
4. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (13, 14, 23) genau drei punktförmige Lagerstellen (17, 18, 19) aufweist.
5. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) mit einem Betätigungselement (16) verbunden ist, welches den Kipphebel (13, 14, 23) betätigt.
6. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (16) als Brücke oder als Platte ausgebildet ist oder eine sich verjüngende Spitze aufweist.
7. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Übersetzer (3) eine Vielzahl von Kipphebeln (13, 14, 23) aufweist.
8. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Übersetzer (3) symmetrisch aufgebaut ist.
9. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilelement (6) des Ventils einstückig am Betätigungskolben (8) ausgebildet ist und ein Durchmesser eines Ventilsitzes (7) einem Durchmesser des Betätigungskolbens (8) entspricht.
10. Verwendung eines Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Einspritzvor- richtung für "ein Common-Rail-System.
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