WO2002061266A2 - Ventil zum steuern von flüssigkeiten - Google Patents

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

Definitions

  • the invention is based on a valve for controlling liquids according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • Valves for controlling liquids of the type mentioned at the outset are known from practice and are used, for example, in a fuel injection valve, in particular a common rail injector, in an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • Such a valve is described for example in the • EP 0477400 Al.
  • This valve has a piezoelectric actuator for actuation.
  • the valve has a hydraulic chamber which acts as a hydraulic ratio or coupling and tolerance compensation element. ment works.
  • the hydraulic chamber encloses a common compensation volume between two pistons delimiting it, one piston of which has a smaller diameter and is connected to the valve-closing element to be controlled and the other piston has a larger diameter and is connected to the piezoelectric actuator.
  • the piston of smaller diameter makes a stroke increased by the ratio of the piston diameters when the piston of larger diameter, the so-called actuating piston, experiences a certain deflection by means of the piezoelectric actuator.
  • tolerances based on temperature gradients or different coefficients of thermal expansion of the materials used, as well as any setting effects can be compensated for by means of a compensation volume of the hydraulic chamber without the position of the valve closing element to be controlled being changed.
  • the fluid pressure in the hydraulic coupler always drops when the valve is operated due to leakage. For this reason, it is necessary to constantly refill the hydraulic coupler with appropriate amounts of hydraulic fluid.
  • the coupler In the case of an injection valve, the coupler is usually refilled with fluid which is fed to the injection valve under high pressure and on the one hand represents the fluid to be injected into the internal combustion engine by means of the injection valve and on the other hand serves to control the injection valve.
  • the fluid is tapped via a leakage point, which, for example, in order to avoid high pressure in the coupler, has a small hydraulic cross-section, ie a throttle point.
  • valve according to the invention with the features according to the preamble of claim 1, in which the valve closing member has a piston-like, cylinder-shaped area, which forms at least one filter gap for the fluid to be supplied with the valve body and in the height of which a feed channel of the filling device branches, in contrast, has the advantage that the risk of clogging a throttle point of the filling device, for example a throttle pin or a throttle bore, is low, since the valve closing member in combination with the valve body forms a dirt filter for the fluid flowing through the throttle point to fill the hydraulic coupler.
  • the valve according to the invention has the advantage that the dirt filter formed from the valve body and valve closing member is a more or less self-cleaning dirt filter, since contaminants that may accumulate in the area of the filter gap dissolve again due to the movement of the valve closing member.
  • the invention is easy to implement in that the filter gap is realized by tightly guiding the piston-like valve closing member on the valve body, for example in an essentially correspondingly designed bore thereof.
  • the supply duct branches off downstream of at least one filter gap. Otherwise a sufficient filter effect could not be achieved.
  • the piston-like region of the valve closing element is guided on at least one annular valve body projection which surrounds the valve closing element and which forms the filter gap with the piston-like region of the valve closing element.
  • the feed channel of the filling device can branch off from an annular space surrounding the piston-like area of the valve closing member. This annular space is then expediently downstream of the filter gap.
  • the valve preferably has a control channel which establishes a connection between a space which is formed on the side of the valve closing member facing away from the actuating piston and the control space.
  • the control chamber is arranged, for example so 'as to surround the area of the valve closing member, the SST and the cooperating with the valve seat valve ch dividedbau UMF.
  • a throttle can advantageously be formed in the control channel.
  • this throttle should have a larger cross section than the upstream discharge throttle. Because of the throttle arranged in the control channel, forces then arise on the valve closing element which cause the valve closing element to close quickly. This in turn ensures small and stable injection quantities with an injection valve.
  • the control channel can either be formed in the valve closing member or, at the discretion of the person skilled in the art, also in the valve body.
  • the valve closing member is formed at least in two parts.
  • the valve closing member comprises a substantially hemispherical component which interacts with the valve seat, and an essentially cylindrical component which is guided on the valve body and forms the filter gap with it.
  • DIE se embodiment allows greater tolerances in the manufacture of the valve body, because when the semi-spherical member and the cylindrically shaped component 'radially relative to one another. ⁇ are formed, the guide for the cylindrical component does not have to be formed concentrically with the valve seat.
  • the setting of a stroke of the valve closing element when the actuating piston is actuated can be carried out by means of a stroke setting element, which is preferably disc-shaped and is arranged on the free end face of the valve closing element.
  • FIG. 1 shows a partial schematic illustration of an injection valve for injecting fuel into an internal combustion engine in a longitudinal section
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of an injection valve in a representation corresponding to FIG. 1; and FIG. 3 shows a third embodiment of an injection valve, likewise in a representation corresponding to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a fuel injection valve 1 which is provided for installation in an internal combustion engine of a motor vehicle which is known per se and is designed here as a common rail injector for injecting preferably diesel fuel.
  • the fuel injection valve 1 comprises, as essential structural units, a valve control module 2 and a nozzle module 3.
  • the nozzle module 3 comprises a valve control piston 4, which is arranged in a nozzle body 5 and is in operative connection with a nozzle needle, not shown, which controls an opening of the fuel injection valve 1 leading to a combustion chamber of the internal combustion engine, or forms a structural unit with the latter.
  • valve control chamber 6 borders on the free end face of the valve control piston 4 shown in FIG. 1.
  • the position of the valve control piston 4 and thus that of the nozzle needle is set via the pressure level prevailing in the valve control chamber 6.
  • the valve control chamber 6 is connected via an inlet throttle 7 to a fuel supply area 8, which contains fuel intended for injection, and via an outlet throttle 9 to the valve control module 2.
  • the high-pressure supply area 8 is connected to a high-pressure accumulator, not shown here, which is common to several injection valves, a so-called common rail.
  • the fuel contained in the high-pressure supply area 8 can thus be under a pressure of, for example, up to 1.5 kbar.
  • an injection time and an injection quantity of the injection valve 1 includes the valve control module 2 with ⁇ a valve body 22, chem in WEL 5 is a valve member 10 is guided, the piezoelectric means of a not shown actuator unit of conventional design is operable.
  • the actuator unit is arranged on that side of the valve member 10 10 which faces away from the valve control piston 4 and thus the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the piezoelectric actuator acts on a first piston 11, which is assigned to the valve member 10 and forms the so-called control piston.
  • the actuating piston 11 is operatively connected to a second piston 13, the so-called actuating piston, via a hydraulic coupler 12.
  • the hydraulic coupler 12 is designed as a hydraulic chamber and transmits the axial deflection of the actuating piston moved by means of the piezoelectric actuator unit
  • the hydraulic transmission causes the actuating piston 13 to make a stroke which is increased by the transmission ratio of the piston diameters when the actuating piston 11, which is in the present case
  • the actuating piston 13 is used to actuate a valve 10 closing member 14, which cooperates with a valve seat 15, which is designed here as a ball seat.
  • the valve- Closing member 14 has on its side facing the actuating piston 13 a substantially hemispherical region 16 which interacts with the correspondingly shaped valve seat 15.
  • the hemispherical region 16 is adjoined in the direction of the valve control piston 4 by an essentially piston-like, cylindrical region 17, which in turn is adjoined by an adjusting disc 18 for limiting the stroke of the valve closing member 14.
  • valve closing element 14 In the area of the hemispherical area 16 of the valve closing element 14, the same is surrounded by a control chamber 19, which is separated from a so-called drainage space 20 in the blocking position of the valve closing element 14.
  • a return channel branches off from the L5 drainage space 20 and leads to a leakage connection of the injection valve 1, which is connected to a fuel storage tank, also not shown here.
  • valve closing member 14 in particular the cylindrical one
  • Area 17 of the valve closing member 14 is guided in a bore 21 of the valve body 22.
  • two annular, rib-like projections 23 and 24 are formed, which form the guide for the valve closing member 25 14 and each represent a filter gap with the same.
  • the cylindrical region 17 of the valve closing member 14 is guided so closely to the projections 23 and 24 that only a very narrow annular gap remains between the valve closing member 14 and the projection 23 and 24, one
  • a channel 26 branches off for filling the hydraulic chamber 12 with hydraulic fluid.
  • the channel 26 leads to a throttle pin 28 arranged in a bore 27 of the valve body 22, downstream of which a channel system 33 leads to the actuating piston 11, so that hydraulic fluid can be guided into the hydraulic chamber 12 via the annular gap delimiting the actuating piston 11.
  • the channel system 33 is also equipped with a pressure relief valve 29, so that the pressure set by means of this valve 29 is always present in the hydraulic chamber 12.
  • the valve closing member 14 also has a blind hole-like bore 30 which is introduced into the valve closing member 14 from the side facing the outlet throttle 9.
  • the bore 30 is aligned axially.
  • a channel 31 designed as a throttle branches off from the bore 30 and leads to the control chamber 19. Via the bore 30 and the throttle 31, which together form a so-called control channel, the control quantity required for actuating the injection valve 1 is guided from a space 32 downstream of the outlet throttle 9 into the control space 19.
  • the diameter of the throttle 31 is very much larger than that of the outlet throttle 9 connected upstream thereof.
  • the fuel injection valve 1 according to FIG. 1 operates in the manner described below.
  • valve closing member 14 In the closed state of the fuel injection valve 1, i.e. when there is no voltage on the piezoelectric actuator unit, the valve closing member 14 is located, i.e. whose hemispherical region 16 is formed on the valve seat 15 assigned to it. The valve closing member 14 is thus in the blocking position.
  • the actuating piston 11 is retracted in the direction of the actuator unit, as a result of which the pressure prevailing in the hydraulic chamber 12 is reduced and the valve closing member 14 and thus the actuating piston 13 likewise in the direction of the piezoelectric actuator unit are moved until the valve closing member 14 comes to rest in the valve seat 15. Then the rail pressure prevailing in the high-pressure supply region 8 can build up again in the valve control chamber 6. This is done via the inlet throttle 7. As a result, the valve control piston 4 is moved back into its closed position.
  • the filter gaps are also cleaned here during the closing movement of the valve closing member 14.
  • FIG. 2 differs from that of Figure 1 in that the valve closing member 14 is not constructed in one piece, but in several parts. For reasons of clarity, functionally the same Components the same reference numerals as used in Figure 1.
  • the valve closing member 14 consists of a substantially hemispherical component 42, to which a
  • Disc 43 connects a substantially cylindrical, bolt-like area 41.
  • a channel 44 is formed, which is arranged axially and in which a throttle 45 is formed.
  • the channel 44 ends in the area of the disk 43 and establishes a connection between a space 32 delimiting the valve closing member 14 on its free end face and the control space 19. Otherwise, the effect of the cylindrical region 41 corresponds to that of the valve closing element according to FIG. 1.
  • the valve closing member 14 thus has in connection with the projections 23 and 24 a filtering action for the fuel which is used for filling the hydraulic chamber 12 and via the channel 26 and from the throttle pin
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3 differs from those according to FIGS. 1 and 2 in that here the valve closing member 14, which consists of a hemispherical region 52 and a cylindrical region 51, is formed in one piece and solidly. On the free end face adjoins the valve closing member 14, an adjusting disk 18 for adjusting the stroke of the valve closing member 14.
  • the injector 50 further includes a space 53 essentially adjoining the adjusting disk 18, into which fuel is fed via the outlet throttle 9, and from which a control duct 54 branches off, which leads to the control space 19.
  • a throttle 55 is arranged in the control channel 54.
  • the control channel 54 and the throttle 55 are formed in the valve body 22.
  • the mode of operation of the throttle 55 essentially corresponds to that of the throttle 31 of the injection valve shown in FIG. 1.

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Abstract

Es wird ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einer insbesondere piezoelektrischen Aktor-Einheit zur Betätigung eines in einem mindestens einteiligen Ventilkörper (22) angeordneten Ventilglieds (10) vorgeschlagen, das mindestens einen mit der Aktor-Einheit in Verbindung stehenden Stellkolben (11) und mindestens einen über einen hydraulischen Koppler (12) mit dem Stellkolben (11) in Wirkverbindung stehenden Betätigungskolben (13) aufweist, der mit einem Ventilschließglied (14) verbunden ist, das mit mindestens einem Ventilsitz (15) zusammenwirkt und in Schließstellung einen Steuerraum (19) von einem Ablaufraum (20) trennt, wobei der hydraulische Koppler (12) mit einer Befülleinrichtung versehen ist. Das Ventilschließglied (14) weist einen kolbenartig ausgebildeten zylinderförmigen Bereich (17; 41; 51) auf, welcher mit dem Ventilkörper (22) zumindest einen Filterspalt für der Befülleinrichtung zuzuführendes Fluid bildet und in dessen Höhe ein Zufuhrkanal (26) der Befülleinrichtung abzweigt.

Description

Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus .
Ventile zum Steuern von Flüssigkeiten der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und werden beispielsweise bei einem Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere einem Common-Rail-Injektor, einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
Ein solches Ventil ist beispielsweise auch in der • EP 0 477 400 AI beschrieben. Dieses Ventil weist zur Betätigung einen piezoelektrischen Aktor auf. Zur Übertragung der Auslenkung des Aktors auf ein Ventilschließglied weist das Ventil eine Hydraulikkammer auf, welche als hydraulische Übersetzung bzw. Kopplungs- und Toleranzausgleichsele- ment arbeitet. Die Hydraulikkammer schließt zwischen zwei sie begrenzenden Kolben, von denen ein Kolben einen kleineren Durchmesser aufweist und mit dem anzusteuernden Ventilschließglied verbunden ist und der andere Kolben einen grö- ßeren Durchmesser hat und mit dem piezoelektrischen Aktor verbunden ist, ein gemeinsames Ausgleichsvolumen ein. Der Kolben geringeren Durchmessers, der sogenannte Betätigungs- kolben, macht einen um das Übersetzungsverhältnis der Kolbendurchmesser vergrößerten Hub, wenn der Kolben größeren Durchmessers, der sogenannte Stellkolben, mittels des piezoelektrischen Aktors eine bestimmte Auslenkung erfährt. Des weiteren lassen sich über ein Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer Toleranzen aufgrund von Temperaturgradienten bzw. unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien sowie eventuelle Setzeffekte ausgleichen, ohne daß es dabei zu einer Änderung der Position des anzusteuernden Ventilschließgliedes käme.
Der Fluiddruck in dem hydraulischen Koppler fällt bei Betä- tigung des Ventils aufgrund von Leckage stets ab. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, den hydraulischen Koppler ständig mit entsprechenden Mengen Hydraulikflüssigkeit nachzubefüllen. Bei einem Einspritzventil erfolgt die Nach- befüllung des Kopplers in der Regel mit Fluid, welches dem Einspritzventil unter Hochdruck zugeführt wird und zum einen das mittels des Einspritzventils in die Verbrennungsmaschine einzuspritzende Fluid darstellt und zum anderen zur Steuerung des Einspritzventiles dient. Der Abgriff des Fluids erfolgt hierbei über eine Leckagestelle, welche zur Vermeidung von Hochdruck in dem Koppler beispielsweise ei- nen geringen hydraulischen Querschnitt, d.h. eine Drossel- stelle, aufweist.
Als problematisch erweist es sich dabei, daß sich eine solche Drosselstelle aufgrund von Verunreinigungen des dieselbe durchströmenden Fluids leicht zusetzen kann.
Vorteile der Erfindung
Das Ventil nach der Erfindung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welchem das Ventilschließglied einen kolbenartig ausgebildeten, zylinderför- igen Bereich aufweist, welcher mit dem Ventilkörper zumindest einen Filterspalt für der Befülleinrichtung zuzuführendes Fluid bildet und in dessen Höhe ein Zufuhrkanal der Befülleinrichtung abzweigt, hat demgegenüber den Vorteil, daß das Risiko eines Zusetzens einer Drosselstelle der Befülleinrichtung, beispielsweise eines Drosselstifts oder einer Drosselbohrung, gering ist, da das Ventilschließglied in Kombination mit dem Ventilkörper einen Schmutzfilter für das die Drosselstelle durchströmende Fluid zur Befüllung des hydraulischen Kopplers bildet.
Des weiteren hat das Ventil nach der Erfindung den Vorteil, daß der aus Ventilkörper und Ventilschließglied gebildete Schmutzfilter ein mehr oder weniger selbstreinigender Schmutzfilter ist, da sich Verunreinigungen, die sich im Bereich des Filterspalts gegebenenfalls ansetzen, aufgrund der Bewegung des Ventilschließglieds wieder lösen. Die Erfindung ist leicht zu verwirklichen, indem der Filterspalt durch eine enge Führung des kolbenartig ausgebildeten Ventilschließglieds an dem Ventilkörper, beispielsweise in einer im wesentlichen korrespondierend ausgebilde- ten Bohrung desselben, realisiert wird. Von Bedeutung ist hierbei natürlich, daß der Zufuhrkanal stromab zumindest eines Filterspalts abzweigt. Ansonsten könnte keine hinreichende Filterwirkung erreicht werden.
Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Ventils nach der Erfindung ist der kolbenartig ausgebildete Bereich des Ventilschließglieds an mindestens einem ringförmigen, das Ventilschließglied umgreifenden Ventilkörpervorsprung- geführt, der mit dem kolbenartigen Bereich des Ventilschließglieds den Filterspalt bildet.
In einer vorteilhaften Ausführung kann der Zufuhrkanal der Befülleinrichtung von einem den kolbenartigen Bereich des Ventilschließglieds umgebenden Ringraum abzweigen. Dieser Ringraum liegt dann zweckmäßig stromab des Filterspalts.
Um dem Ventil eine hinreichende Steuermenge an Fluid zur Verfügung stellen zu können, weist das Ventil vorzugsweise einen Steuerkanal auf, der eine Verbindung zwischen einem Raum, welcher auf der dem Betätigungskolben abgewandten Seite des Ventilschließglieds ausgebildeten ist, und dem Steuerraum herstellt. Der Steuerraum ist beispielsweise so 'angeordnet, daß er den Bereich des Ventilschließglieds umgibt, der auch den mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventil chließgliedbereich umf ßt. Auf vorteilhafte Weise kann in dem Steuerkanal eine Drossel ausgebildet sein. Bei Einsatz des Ventils nach der Erfindung bei einem Common-Rail-Injektor, bei welchem das Ventil zur Steuerung eines sogenannten Düsenmoduls dient und mit letzterem über eine- sogenannte Ablaufdrossel verbunden ist, sollte diese Drossel einen größeren Querschnitt als die vorgeschaltete Ablaufdrossel aufweisen. Aufgrund der in dem Steuerkanal angeordneten Drossel entstehen dann an dem Ventilschließglied Kräfte, die ein schnelles Schließen des Ventilschließglieds bewirken. Dies gewährleistet wiederum bei einem Einspritzventil kleine und stabile Einspritzmengen.
Der Steuerkanal kann entweder in dem Ventilschließglied oder aber nach Ermessen des Fachmannes auch in dem Ventilkörper ausgebildet sein.
Nach einer speziellen Ausfuhrungsform des Ventils nach der Erfindung ist das Ventilschließglied zumindest zweiteilig ausgebildet. Beispielsweise umfaßt das Ventilschließglied ein im wesentlichen halbkugelförmiges Bauteil, welches mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, und ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Bauteil, welches an dem Ventilkörper geführt ist und mit diesem den Filterspalt bildet. Die- se Ausfuhrungsform erlaubt größere Toleranzen bei der Herstellung des Ventilkörpers, da, wenn das halbkugelförmige Bauteil und das zylindrisch ausgebildete Bauteil' radial gegeneinander verschiebbar .^ausgebildet sind, die Führung für das zylindrisch ausgebildete Bauteil nicht konzentrisch mit dem Ventilsitz ausgebildet sein muß. Die Einstellung eines bei Betätigung des Betätigungskolbens erfolgenden Hubs des Ventilschließglieds kann mittels eines Hubeinstellelements erfolgen, das vorzugsweise scheibenartig ausgebildet ist und an der freien Stirnseite des Ventilschließglieds angeordnet ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele des Ventils nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen
Figur 1 eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines Einspritzventils zur Einspritzung von Kraftstoff in 'ei- ne Verbrennungsmaschine im Längsschnitt;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Aus- führungsform eines Einspritzventils in einer der Figur 1 entsprechenden Darstellung; und Figur 3 eine dritte Ausfuhrungsform eines Einspritzven- tils, ebenfalls in einer der Figur 1 entsprechenden Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil 1, welches zum Einbau in eine an sich bekannte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist und hier als Common-Rail-Injektor zur Einsprit- zung von vorzugsweise Dieselkraftstoff ausgebildet ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 umfaßt hierzu als wesentliche Baueinheiten ein Ventilsteuermodul 2 und ein Düsenmodul 3.
Das Düsenmodul 3 umfaßt einen Ventilsteuerkolben 4, der in einem Düsenkörper 5 angeordnet ist und mit einer nicht dargestellten Düsennadel, welche eine zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine führende Öffnung des Kraftstoffeinspritzventils 1 steuert, in Wirkverbindung steht bzw. mit dieser eine Baueinheit bildet.
An die in Figur 1 dargestellte freie Stirnseite des Ventilsteuerkolbens 4 grenzt ein sogenannter Ventilsteuerraum 6. Über das in dem Ventilsteuerraum 6 herrschende Druckniveau wird die Lage des Ventilsteuerkolbens 4 und damit diejenige der Düsennadel eingestellt. Der Ventilsteuerraum 6 steht hierzu über eine Zulaufdrossel 7 mit einem Kraftstoffzu- fuhrbereich 8, in welchem zur Einspritzung vorgesehener Kraftstoff enthalten ist, und über eine Ablaufdrossel 9 mit dem Ventilsteuermodul 2 in Verbindung.
Der Hochdruckzufuhrbereich 8 ist mit einem hier nicht dargestellten, für mehrere Einspritzventile gemeinsamen Hochdruckspeicher, einem sogenannten Common-Rail, verbunden. Der in dem Hochdruckzufuhrbereich 8 enthaltene Kraftstoff kann so unter einem Druck von beispielsweise bis zu 1,5 kbar stehen. Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer und einer Einspritzmenge umfaßt das Einspritzventil 1 das Ventilsteuermodul 2 mit ■ einem Ventilkörper 22, in wel- 5 chem ein Ventilglied 10 geführt ist, das mittels einer hier nicht dargestellten piezoelektrischen Aktuator-Einheit üblicher Bauart betätigbar ist. Die Aktuator-Einheit ist auf der dem Ventilsteuerkolben 4 und somit dem Brennraum der Verbrennungsmaschine abgewandten Seite des Ventilgliedes 10 10 angeordnet .
Der piezoelektrische Aktor greift an einem ersten, dem Ventilglied 10 zugeordneten Kolben 11 an, der den sogenannten Stellkolben bildet. Der Stellkolben 11 steht über einen hy- L5 draulischen Koppler 12 mit einem zweiten Kolben 13, dem sogenannten Betätigungskolben, in Wirkverbindung.
Der hydraulische Koppler 12 ist als Hydraulikkammer ausgebildet und überträgt die axiale Auslenkung des mittels der 0 piezoelektrischen Aktuator-Einheit verfahrenen Stellkolbens
11 auf den Betätigungskolben 13. Die hydraulische Übersetzung bewirkt, daß der Betätigungskolben 13 einen um das Übersetzungsverhältnis der Kolbendurchmesser vergrößerten Hub macht, wenn der Stellkolben 11, der im vorliegenden
!5 Fall einen größeren Durchmesser als der Betätigungskolben
13 aufweist, mittels der piezoelektrischen Aktuator-Einheit um eine bestimmte Wegstrecke verfahren wird.
Der Betätigungskolben 13 dient zur Betätigung eines Ventil- 10 schließglieds 14, das mit einem Ventilsitz 15 zusammenwirkt, der hier als Kugelsitz ausgebildet ist. Das Ventil- schließglied 14 weist auf seiner dem Betätigungskolben 13 zugewandten Seite einen im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildeten Bereich 16 auf, der mit dem korrespondierend geformten Ventilsitz 15 zusammenwirkt. An den halbkugelförmigen Bereich 16 schließt sich in Richtung des Ventilsteuerkolbens 4 ein im wesentlichen kolbenartig ausgebildeter, zylinderförmiger Bereich 17 an, an welchen wiederum eine Einstellscheibe 18 zur Begrenzung des Hubs des Ventilschließglieds 14 angrenzt.
L O
Im Bereich des halbkugelförmigen Bereichs 16 des Ventilschließglieds 14 ist dasselbe von einem Steuerraum 19 umgeben, welcher in Sperrstellung des Ventilschließglieds 14 von einem sogenannten Ablaufräum 20 getrennt ist. Von dem L5 Ablaufräum 20 zweigt ein hier nicht dargestellter Rücklauf- kanal ab, der zu einem Leckageanschluß des Einspritzventils 1 führt, welcher mit einem hier ebenfalls nicht dargestellten Kraftstoffvorratstank in Verbindung steht .
20 Das Ventilschließglied 14, insbesondere der zylinderförmige
Bereich 17 des Ventilschließglieds 14, ist in einer Bohrung 21 des Ventilkörpers 22 geführt. An der Wandung der Bohrung 21 sind zwei ringförmige, rippenartige VorSprünge 23 und 24 ausgebildet, welche die Führung für das Ventilschließglied 25 14 bilden und mit demselben jeweils einen Filterspalt darstellen. Der zylinderförmige Bereich 17 des Ventilschließglieds 14 ist so eng an den Vorsprüngen 23 und 24 geführt, daß zwischen dem Ventilschließglied 14 und dem Vorsprung 23 bzw. 24 nur ein sehr enger Ringspalt verbleibt, der eine
30 Filterfunktion für Kraftstoff bewirkt. Zwischen den Vorsprüngen 23 und 24 liegt ein Ringraum 25, von welchem ein Kanal 26 zur Befüllung der Hydraulikkammer 12 mit Hydraulikflüssigkeit abzweigt. Der Kanal 26 führt zu einem in einer Bohrung 27 des Ventilkörpers 22 angeordneten Drosselstift 28, stromab von dem ein Kanalsystem 33 an den Stellkolben 11 führt, so daß über den den Stellkolben 11 begrenzenden Ringspalt Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammer 12 geführt werden kann. Das Kanalsystem 33 ist des weiteren mit einem Überdruckventil 29 ausgestattet, so daß in der Hydraulikkammer 12 stets der mittels dieses Ventils 29 eingestellte Druck herrscht.
Das Ventilschließglied 14 weist des weiteren eine sack- lochartig ausgebildete Bohrung 30 auf, welche von der der Ablaufdrossel 9 zugewandten Seite des Ventilschließglieds 14 in dieses eingebracht ist. Die Bohrung 30 ist axial ausgerichtet. Von der Bohrung 30 zweigt ein als Drossel ausgebildeter Kanal 31 ab, der zu dem Steuerraum 19 führt. Über die Bohrung 30 und die Drossel 31, welche zusammen einen sogenannten Steuerkanal bilden, wird die zur Betätigung des Einspritzventils 1 erforderliche Steuermenge von einem der Ablaufdrossel 9 nachgeschalteten Raum 32 in den Steuerraum 19 geführt.
Der Durchmesser der Drossel 31 ist sehr viel größer als derjenige der dieser vorgeschalteten Ablaufdrossel 9. Wenn das Ventilschließglied 14 geöffnet wird, tritt an der Drossel 31 eine Druckdifferenz auf, mittels der Kräfte auf das Ventilschließglied 14 ausgeübt werden. Diese Kräfte bewirken ein schnelles Schließen des Ventilschließglieds. Dies ist wiederum eine Voraussetzung für kleine und stabile Ein- spritzmengen.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Figur 1 arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
In geschlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1, d.h., wenn keine Spannung an der piezoelektrischen Aktuator-Einheit anliegt, befindet sich das Ventilschließglied 14, d.h. dessen halbkugelförmig ausgebildeter Bereich 16, an dem diesem zugeordneten Ventilsitz 15. Das Ventilschließglied 14 ist damit in Sperrstellung.
Wenn das Einspritzventil 1 bzw. die mittels der hier nicht dargestellten Düsennadel verschlossene Einspritzdüse geöffnet werden soll, wird an der piezoelektrischen Aktuator- Einheit eine Spannung angelegt, worauf sich diese schlagartig in axialer Richtung, d.h. in Richtung des Stellkolbens 11, ausdehnt. Der Stellkolben 11 wird dadurch in Richtung des Betätigungskolbens 13 verschoben. Dies löst wiederum eine über die Hydraulikkammer 12 vermittelte Verschiebung des Betätigungskolbens 13 in Richtung des Ventilsteuerkolbens 4 aus, was wiederum eine Verschiebung des Ventilschließglieds 14 ebenfalls in dieser Richtung bewirkt . Da- durch strömt in dem Steuerraum 19 enthaltener Kraftstoff in den Ablaufräum 20 und von dort in den nicht dargestellten Rücklaufkanal ab. Dadurch verringert sich der Druck in dem Ventilsteuerraum 6, so daß der Ventilsteuerkolben 4 zurückfährt und die mit diesem eine Baueinheit bildende Düsenna- del die zu dem Verbrennungsraum der Verbrennungsmaschine führende Öffnung freigibt. Sich gegebenenfalls zwischen den Vorsprüngen 23 und 24 und dem zylinderförmig ausgebildeten Bereich 17 des Ventilschließglieds 14, also in den Filterspalten, angelagerter Schmutz wird durch die axiale Verschiebung des Ventilschließglieds 14 und die dadurch entstehenden Reibungskräfte wieder gelöst . Es handelt sich mithin um selbstreinigende Filterspalten.
Wird die an der piezoelektrischen Aktuator-Einheit angelegte Spannung unterbrochen, so wird der Stellkolben 11 in Richtung der Aktuator-Einheit zurückgefahren, wodurch der in der Hydraulikkammer 12 herrschende Druck gemindert wird und das Ventilschließglied 14 und damit der Betätigungskol- ben 13 ebenfalls in Richtung der piezoelektrischen Aktuator-Einheit verfahren werden, bis das Ventilschließglied 14 in dem Ventilsitz 15 zum Liegen kommt. Dann kann sich in dem Ventilsteuerraum 6 erneut der in dem Hochdruckzufuhrbereich 8 herrschende Rail-Druck aufbauen. Dies erfolgt über die Zulaufdrossel 7. Dadurch wird der Ventilsteuerkolben 4 wieder in seine Schließstellung verschoben.
Wie bei dem Übergang in den geöffneten Zustand des Ventil- gliedes 14 erfolgt auch hier während der Schließbewegung des Ventilschließglieds 14 eine Reinigung der Filterspalte.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich von demjenigen nach Figur 1 dadurch, daß das Ventilschließglied 14 nicht einteilig, sondern mehrteilig aufgebaut ist . Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden für funktionsgleiche Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet .
Das Ventilschließglied 14 besteht aus einem im wesentlichen halbkugelförmigen Bauteil 42, an welches sich über eine
Scheibe 43 ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildeter, bolzenartiger Bereich 41 anschließt. In dem bolzenartigen Bereich 41 ist ein Kanal 44 ausgebildet, der axial angeordnet ist und in dem eine Drossel 45 ausgebildet ist. Der Kanal 44 endet im Bereich der Scheibe 43 und stellt eine Verbindung zwischen einem das Ventilschließglied 14 an dessen freien Stirnseite begrenzenden Raum 32 und dem Steuerraum 19 her. Ansonsten entspricht die Wirkung des zylindrisch ausgebildeten Bereichs 41 demjenigen des Ventilschließ- glieds nach Figur 1.
Das Ventilschließglied 14 hat also in Verbindung mit den Vorsprüngen 23 und 24 eine Filterwirkung für den Kraftstoff, der zur Befüllung der Hydraulikkammer 12 verwendet wird und der über den Kanal 26 und die aus dem Drosselstift
28 bestehende Drossel sowie das Kanalsystem 33 geführt wird.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 unterscheidet sich von denjenigen nach den Figuren 1 und 2 dadurch, daß hier das Ventilschließglied 14, das aus einem halbkugelförmigen Bereich 52 und einem zylindrischen Bereich 51 besteht, einstückig und massiv ausgebildet ist. An der freien Stirnseite schließt sich an das Ventilschließglied 14 eine Ein- Stellscheibe 18 zur Einstellung des Hubs des Ventilschließglieds 14 an. Des weiteren umfaßt das Einspritzventil 50 einen im wesentlichen an die Einstellscheibe 18 angrenzenden Raum 53, in den über die Ablaufdrossel 9 Kraftstoff geführt wird, und von dem ein Steuerkanal 54 abzweigt, der zu dem Steuerraum 19 führt. In dem Steuerkanal 54 ist eine Drossel 55 angeordnet. Der Steuerkanal 54 und die Drossel 55 sind in dem Ventilkörper 22 ausgebildet.
Die Wirkungsweise der Drossel 55 entspricht im wesentlichen derjenigen der Drossel 31 des in Figur 1 dargestellten Ein- spritzventils.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einer insbesondere piezoelektrischen Aktuator-Einheit zur Betätigung eines in einem mindestens einteiligen Ventilkorper
(22) angeordneten Ventilglieds (10) , das mindestens einen mit der Aktuator-Einheit in Verbindung stehenden Stellkolben (11) und mindestens einen über einen hydraulischen Koppler (12) mit dem Stellkolben (11) in Wirkverbindung stehenden Betätigungskolben (13) aufweist, der mit einem Ventilschließglied (14) verbunden ist, das mit mindestens einem Ventilsitz (15) zusammenwirkt und in Schließstellung einen Steuerraum (19) von einem Ablaufraum (20) trennt, wobei der hydraulische Koppler
(12) mit einer Befülleinrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließglied (14) einen kolbenartig ausgebildeten, zylinderförmigen Bereich (17; 41; 51) aufweist, welcher mit dem Ventilkörper (22) zumindest einen Filterspalt für der Befülleinrichtung zu- zuführendes Fluid bildet und in dessen Höhe ein Zufuhrkanal (26) der Befülleinrichtung abzweigt.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kolbenartig ausgebildete Bereich (17; 41; 51) des Ventilschließglieds (14) an mindestens einem ringförmigen Vorsprung (23, 24) des Ventilkörpers (22) ausgebildet ist, der mit dem kolbenartig ausgebildeten Bereich (17; 41; 51) des Ventilschließglieds (14) -den Filterspalt bildet.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (26) der Befülleinrichtung von einem den kolbenartigen Bereich (17; 41; 51) des Ventil- schließglieds (14) umgebenden Ringraum (25) abzweigt.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Steuerkanal (30; 44; 54), der eine Verbindung zwischen einem auf der dem Betätigungskolben (13) abgewandten Seite des Ventilschließglieds (14) ausgebildeten Raum (32; 53) und dem Steuerraum (19) herstellt.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuerkanal (30; 44; 54) eine Drossel (31; 45; 55) ausgebildet ist.
6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (3^0; 44) in dem Ventilschließglied
(14) ausgebildet ist.
7. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal (54) in dem Ventilkörper (22) ausgebildet ist.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließglied (14) zumindest zweiteilig ausgebildet ist.
9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließglied (14) zumindest ein im wesentlichen halbkugelförmiges Bauteil (42) , welches mit dem Ventilsitz (15) zusammenwirkt, und ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Bauteil (41) aufweist.
10.Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilschließglied (14) an seiner freien Stirnseite mit einem Hubeinstellelement (18) , vorzugsweise einer Hubeinstellscheibe, versehen ist.
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