WO2005095787A1

WO2005095787A1 - Servoventil und einspritzventil

Info

Publication number: WO2005095787A1
Application number: PCT/EP2004/051616
Authority: WO
Inventors: Jürgen Dick; Hellmut Freudenberg; Werner Reim; Willibald SCHÜRZ
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2005-10-13
Also published as: DE102004014198B3

Abstract

Dichthülse ist mittels einer ersten Feder (56) in Richtung der Dichtkante (54) vorgespannt. Dem Servoventil ist ferner ein erster Absteuerkanal zugeordnet, der mit der Ausnehmung (44) des äusseren Kolbens (40) im Bereich innerhalb der Dichtkante (54) der Dichthülse hydraulisch gekoppelt ist. Ferner ist ein zweiter Absteuerkanal vorgesehen, der mit der Ausnehmung (38) des Ventilkörpers (16) in dem Bereich ausserhalb der Dichtkante (54) der Dichthülse (52) hydraulisch gekoppelt ist. Dem Servoventil ist ferner ein Leckageraum (14) zugeordnet, der abhängig von der Position des inneren Kolbens (48) mit dem ersten Absteuerkanal hydraulisch gekoppelt oder entkoppelt ist und der abhängig von der Position des äusseren Kolbens (40) mit dem zweiten Absteuerkanal hydraulisch gekoppelt oder entkoppelt von diesem ist. Der äussere Kolben (40) und der innere Kolben (48) haben je eine Kontaktfläche, die dazu vorgesehen sind, dass ein Ventilantrieb auf sie einwirkt.

Description

Beschreibung

Servoventil und Einspritzventil

Die Erfindung betrifft ein Servoventil und ein Einspritzventil mit einem Servoventil .

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoff-Emissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoff-Emissionen zu senken. Ein anderer Ansatzpunkt ist die von der Brennkraftmaschine erzeugten Emissionen mittels von Abgasnachbehandlungssystemen in unschädliche Stoffe umzuwandeln. Die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Um eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung zu erreichen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrü.cke bis zu 2.000 bar.

Ferner sind sogenannte Registerdüsen-Einspritzventile bekannt geworden mit zwei Einspritzdüsen-Kreisen und diesen zugeordneten ersten und zweiten Düsennadeln, mittels derer ein stufenweises Öffnen bzw. Schließen der einzelnen Einspritzdüsen- Kreise möglich ist. So ist aus der EP 0 976 649 A2 ein derartiges Ventil bekannt. Das Ventil hat ein Gehäuse, in dem ein als Piezo-Aktuator ausgebildeter Ventilantrieb und ein Düsenkörper angeordnet sind. Der Düsenkörper hat eine erste Reihe von Einspritzlöchern und axial beabstandet dazu eine zweite Reihe von Einspritzlöchern. In einer Ausnehmung des Düsenkör- pers ist eine Düsennadel geführt, die in ihrer Schließposition den Kraftstofffluss sowohl durch die erste als auch die zweite Reihe von Einspritzlöchern unterbindet und in ihrer Offenposition zumindest den Kraftstof fluss durch die erste Reihe von Einspritzlöchern freigibt.

Die Düsennadel wirkt über einen Mitnehmermechanismus auf einen Einsatzkörper ein, der eine innere Düsennadel bildet. Die innere Düsennadel verhindert in ihrer Schließposition einen Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern und gibt den sonstigen Positionen den Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern frei. Der Piezo-Aktua- tor wirkt über ein Servoventil auf die Düsennadel ein. Das Servoventil umfasst eine Ablaufbohrung, eine Ventilstange, ein Schließglied, eine Steuerkammer und einen Leckageraum. Durch ein entsprechend gesteuertes Ausdehnen des Piezo-Aktua- tors wird über die Schließstange das Schließglied von seinem Dichtsitz weggedrückt. Dies, hat zur Folge, dass Kraftstoff aus der Steuerkammer abfließt. Durch das damit verbundene Sinken des Drucks in der Steuerkammer öffnet oder bewegt sich die Düsennadel von ihrer Schließposition hin zu ihrer Offenposition. Dies hat zur Folge, dass sie zunächst die erste Reihe von Einspritzlöchern freigibt und mit sinkendem Druck in der Steuerkammer dann über den Mitnehmermechanismus die innere Düsennadel von ihrer Schließposition hin in ihre Offenposition bewegt wird und somit auch die zweite Reihe der Einspritzlöcher freigegeben wird. Die erste Reihe der Einspritzlöcher ist so ausgebildet, dass ihr Querschnitt deutlich geringer ist als der Querschnitt der Einspritzlöcher der zweiten Reihe. Dies hat zur Folge, dass der Kraftstoff, der durch die erste Reihe von Einspritzlöchern in den Brennraum der Brennkraftmaschine zugemessen wird, deutlich feiner zerstäubt wird. Dies ist insbesondere im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine von Vorteil, in dem eine geringere Kraftstoffmenge eingespritzt wird und durch den geringeren Durchmesser der Einspritzlöcher dann kleinere Kraftsto ftropfen entstehen und somit die Rußbildung verringert wird. Durch den deutlich größeren Durchmesser der zweiten Reihe von Einspritzlöchern kann dann im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden, dass eine ausreichende Menge an Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum des Zylinders zugemessen wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Servoventil zu schaffen, das geeignet ist zum Steuern einer ersten und zweiten Düsennadel eines Einspritzventils und das einfach und kompakt ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein Einspritzventil zu schaffen mit einer ersten und zweiten Düsennadel, das einfach und kompakt ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß des ersten Aspekts der Erfindung zeichnet sie sich aus durch ein Servoventil, insbesondere für ein Einspritzventil, mit einem Ventilkörper, der eine Ausnehmung hat und einen Sitz, der in einem Bereich der Ausnehmung ausgebildet ist. Ferner ist ein äußerer Kolben vorgesehen, der in die Ausnehmung des Ventilkörpers eingebracht ist und der einen kegelförmigen Absatz hat, der mit dem Sitz des Ventilkörpers so zusammenwirkt, dass er in der Schließposition des äußeren Kolbens an dem Sitz des Ventilkörpers dichtend anliegt. Der äußere Kolben hat eine Ausnehmung, in deren Bereich ein Sitz des äußeren Kolbens ausgebildet ist. Ferner ist ein innerer Kolben vorgesehen, der in die Ausnehmung des äußeren Kolbens eingebracht ist und der einen kegelförmigen Absatz hat, der mit dem Sitz des äußeren Kolbens so zusammenwirkt, dass er in der Schließposition des inneren Kolbens an dem Sitz des äußeren Kolbens dichtend anliegt. Eine Dichthülse ist vorgesehen, die in der Ausnehmung des inneren Kolbens angeordnet ist und die eine umlaufende Dichtkante hat, die auf dem freien Ende ausgebildet ist, das dem Sitz des äußeren Kolbens abgewandt ist. Die Dichthülse ist mittels einer ersten Feder in Richtung der Dichtkante vorgespannt. Ferner ist ein erster Absteuerkanal ausgebildet, der mit der Ausnehmung des äußeren Kolbens in dem Bereich innerhalb der Dichtkante der Dichthülse hydraulisch gekoppelt ist. Ein zweiter Absteuerkanal ist mit der Ausnehmung des Ventilkörpers in den Bereich außerhalb der Dichtkante der Dichthülse hydraulisch gekoppelt. Ein Leckageraum ist abhängig von der Position des inneren Kolbens mit dem ersten Absteuerkanal hydraulisch gekoppelt oder entkoppelt und ist abhängig von der Position des äußeren Kolbens mit dem zweiten Absteuerkanal hydraulisch gekoppelt oder entkoppelt . Der äußere Kolben und der innere Kolben haben j e- weils eine Kontaktfläche, die dazu vorgesehen ist, dass ein Ventilantrieb auf sie einwirkt.

Gemäß des weiteren Aspekts der Erfindung zeichnet sie sich aus durch ein Einspritzventil mit einem Ventilantrieb und dem Servoventil. Das Einspritzventil umfasst ferner eine erste Düsennadel und eine zweite Düsennadel. Die erste Düsennadel ist so in dem Einspritzventil angeordnet, dass sie den Flu- idflusss durch mindestens eine erste Einspritzdüse in ihrer Offenposition freigibt und in ihrer Schließposition verhindert. Die zweite Düsennadel ist so in dem Einspritzventil angeordnet, dass sie den Fluidfluss durch mindestens eine zweite Einspritzdüse in ihrer Offenposition freigibt und in ihrer Schließposition verhindert. Das Servoventil ist so in dem Einspritzventil angeordnet, dass mittels des Servoventils die Position der ersten und der zweiten Düsennadel steuerbar ist.

Das Servoventil ermöglicht auf einfache und kompakte Weise, dass Fluid über den ersten Absteuerkanal abgesteuert wird, ohne dass Fluid notwendiger Weise über den zweiten Absteuerkanal abgesteuert wird. Es ermöglicht so in dem Einspritzventil, dass die erste Düsennadel getrennt von der zweiten Düsennadel von ihrer Schließposition in ihre Offenposition und umgekehrt gesteuert werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Kolben koaxial zu dem äußeren Kolben angeordnet. Dadurch kann das Servoventil zum einen besonders kompakt ausgebildet werden, zum anderen kann der Stellantrieb zentral sowohl auf den inneren als auf den äußeren Kolben einwirken und es müssen keine Hebelanordnungen vorgesehen sein und auch die Gefahr eines Verklemmens des inneren oder äußeren Kolbens ist äußerst gering.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stützt sich die erste Feder einerseits auf einen Absatz des inneren Kolbens und andererseits auf einen Absatz der Dichthülse ab. So spannt sie sowohl die erste Dichthülse vor als auch den inneren Kolben und den äußeren Kolben in ihre Schließpositionen vor.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Feder und ein Federhalter vorgesehen, die so mit dem äußeren Kolben gekoppelt sind, dass sie den äußeren Kolben in seine Schließstellung ziehen, wenn keine weiteren Kräfte auf den äußeren Kolben einwirken. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung, insbesondere, wenn die zweite Feder und der Federhalter in dem Leckageraum angeordnet sind. Darüber hinaus kann so die Eigensicherheit des Servoventils gewährleistet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der äußere Durchmesser des kegelförmigen Absatzes des äußeren Kolbens größer als der Durchmesser seiner Ausnehmung in dem Bereich der Dichthülse. Dadurch wird einfach der äußere Kolben auch außerhalb der Schließposition des inneren Kolbens in seine Schließposition gedrückt, solange der Ventilantrieb nicht auf den äußeren Kolben einwirkt. Dadurch kann während des Betrieb des Servoventils oder des Einspritzventils gewährleistet werden, dass kein ungewolltes Öffnen des Servoventils erfolgt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Düsennadel als innere Düsennadel ausgebildet und die zweite Düsennadel als äußere Düsennadel ausgebildet, die koaxial zu der inneren Düsennadel angeordnet ist. Ferner ist ein Steuerraum vorgesehen, der mit der inneren und äußeren Düsennadel gekoppelt ist, wobei der erste Absteuerkanal fluchtend zu der inneren Düsennadel in den Steuerraum mündet und die innere und äußere Düsennadel so ausgebildet sind, dass die innere Düsennadel sich bei einem höheren Druck in dem Steuerraum von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt als die äußere Düsennadel und die innere Düsennadel in ihrer Offenposition den ersten Absteuerkanal hydraulisch von dem Steuerraum entkoppelt. Dadurch ist eine einfache separate Ansteuerung der inneren und äußeren Düsennadeln gewährleistet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Absteuerkanal als Federtasche ausgebildet, die eine Düsenfeder aufnimmt, die die erste Düsennadel in ihre Schließposition vorspannt. Dadurch ist das Einspritzventil äußerst kompakt und einfach ausgebildet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Einspritzventil mit einem Servoventil und

Figur 2 eine Vergrößerung des Einspritzventils gemäß Figur 1 im Bereich des Servoventils.

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Ein Einspritzventil (Figur 1) hat ein Injektorgehäuse 1. In einer Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 ist ein Stellantrieb angeordnet, der bevorzugt als Piezo-Aktuator 4 ausgebildet ist. Der Piezo-Aktuator 4 ist als ein Stapel von Pie- zoelementen ausgebildet und ändert seine axiale Ausdehnung abhängig von der ihm zugeführten oder abgeführten elektrischen Energie. Der Piezo-Aktuator 4 ist mit einem Übertrager 6 gekoppelt. Der Übertrager 6 ist ebenfalls in der Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 angeordnet. Der Piezo-Aktuator 4 ist über einen O-Ring 8 in der Ausnehmung 2 zentriert. Ein Faltenbalg 10 dichtet den Piezo-Aktuator von dem in der Ausnehmung 2 befindlichen Fluid-Medium ab. Der Faltenbalg 10 ist dazu einerseits mit einem eingepressten Ring 12 verschweißt und andererseits mit dem Übertrager 6 verschweißt. Der durch den Faltenbalg 10 und den eingepressten Ring 12 gegenüber dem Piezo-Aktuator 4 abgetrennte Raum bildet einen Leckageraum 14. Der Leckageraum ist mittels einer nicht dargestellten Le- ckagebohrung mit einem Niederdruckbereich einer Kraftstoffversorgung für das Einspritzventil hydraulisch koppelbar.

Das Einspritzventil umfasst ferner einen Ventilkörper 16, eine Zwischenplatte 18, einen Nadelführungskörper 20 und einen Düsenkörper 21. Der Ventilkörper 16, die Zwischenplatte 18, der Nadelführungskörper 20 und der Düsenkörper 21 bilden eine Düsenbaugruppe, die mittels einer Düsenspannmutter 22 an dem Injektorgehäuse 1 befestigt ist.

Der Düsenkörper 21 hat eine Ausnehmung 24, in der eine innere Düsennadel 26 und eine äußere Düsennadel 28 angeordnet sind. Die äußere Düsennadel 28 ist in dem Nadelführungskörper 20 geführt. Die innere Düsennadel 26 ist koaxial zu der äußeren Düsennadel 28 in einer Ausnehmung 29 der äußeren Düsennadel angeordnet und in dieser auch geführt. Die Ausnehmung 29 der äußeren Düsennadel 28 durchdringt die äußere Düsennadel 28 in axialer Richtung vollständig. Eine erste Düsenfeder 30 spannt die äußere Düsennadel 28 in eine Schließposition vor, in der ' sie den Kraftstofffluss durch mindestens eine erste Einspritzdüse 34 unterbindet.

Eine zweite Düsenfeder 32 ist so angeordnet, dass sie die innere Düsennadel 26 in eine dieser zugeordneten Schließposition vorspannt, in der sie den Kraftstofffluss durch mindestens eine zweite Einspritzdüse 36 unterbindet.

Ein Servoventil umfasst den Ventilkörper 16, in dem eine Ausnehmung 38 des Ventilkörpers 16 ausgebildet ist. Ein äußerer Kolben 40 ist in die Ausnehmung 38 des Ventilkörpers 16 eingebracht. In der Ausnehmung 38 des Ventilkörpers 16 ist ein Sitz 41 ausgebildet. Der äußere Kolben 40 hat einen kegelförmigen Absatz 42, der in einer Schließposition des äußeren Kolbens dichtend an dem Sitz 41 des Ventilkörpers 16 anliegt. Der äußere Kolben 40 hat eine Ausnehmung 44, in die ein innerer Kolben 48 eingebracht ist. Der äußere Kolben 40 hat im Bereich seiner Ausnehmung 44 einen Sitz 46.

Der innere Kolben 48 hat einen kegelförmigen Absatz 50, der in einer Schließposition des inneren Kolbens 48 an dem Sitz 46 des äußeren Kolbens 40 dichtend anliegt.

Ferner ist in die Ausnehmung 44 des äußeren Kolbens 40 eine Dichthülse 52 eingebracht, die eine umlaufende Dichtkante 54 hat, die auf ihrer dem Sitz 46 des äußeren Kolbens 40 abgewandten Seite ausgebildet ist. Die Dichthülse 52 wird mittels einer ersten Feder 56 in Richtung der Dichtkante 54 vorgespannt und liegt somit mit der Dichtkante 54 dichtend auf der Zwischenplatte 18 auf. Die erste Feder 56 stützt sich einerseits auf einen Absatz 58 des inneren Kolbens 48 ab und stützt sich andererseits auf einem Absatz 60 der Dichthülse 52 ab. Durch diese Anordnung der ersten Feder 56 wird einerseits die Dichthülse 52 mit ihrer Dichtkante 54 dichtend auf die Zwischenplatte 18 gedrückt und andererseits der innere Kolben 48 mit seinem kegelförmigen Absatz 50 in den Sitz 46 des äußeren Kolbens 40 gedrückt und liegt somit dichtend an diesem an, wenn keine weiteren Kräfte auf den inneren Kolben 48 durch den Piezo-Aktuator 4 ausgeübt werden. Darüber hinaus drückt die erste Feder 56 auf den äußeren Kolben 40 dichtend in den Sitz 41 des Ventilkörpers 16 mit seinem kegelförmigen Absatz 42, solange die durch das den äußeren Kolben 40 umgebende Hydraulikfluid hervorgerufenen Kräfte nicht größer sind als die durch die Vorspannung der ersten Feder 56 aufgebrachte Kraft und unter der Voraussetzung, dass durch den Piezo- Aktuator 4 keine in Öffnungsrichtung wirkende Kräfte aufgebracht werden. Bevorzugt ist der äußere Radius des kegelförmigen Absatzes 42 des äußeren Kolbens 40 größer als der äußere Radius der Dichthülse 52 und somit der Radius der Ausnehmung 44 des äußeren Kolbens 40 in dem Bereich der Dichthülse 52. Dies hat den Vorteil, dass die durch den Druck des Hydraulikfluids, das den äußeren Kolben 40 im Bereich der Ausnehmung 38 des Ventilkörpers 16 umgibt, die resultierende Kraft, die auf den äußeren Kolben 40 einwirkt, den äußeren Kolben 40 in den Sitz 41 des Ventilkörpers 16 mit seinem kegelförmigen Absatz 42 drückt. Dadurch ist der äußere Kolben 40 unabhängig von dem Druck des Hydraulikfluids, das ihn umgibt, in seiner Schließposition, wenn keine entsprechenden Kräfte über den Piezo-Aktuator 4 auf den äußeren Kolben 40 ausgeübt werden. Ferner wirkt auch die erste Feder 56 schließend auf den äußeren Kolben 14, da sich die durch sie ausgeübte Kraft über den kegelförmigen Absatz 50 des inneren Kolbens 58 auf den Sitz 46 des äußeren Kolbens 40 und damit dann auch auf den kegelförmigen Absatz 41 des äußeren Kolbens 40 überträgt.

Zur zusätzlichen Sicherung, dass der äußere Kolben 40 sich in seiner Schließposition befindet, wenn keine dieser entgegenwirkende Kräfte durch den Piezo-Aktuator 4 ausgeübt werden, kann ein Federhalter 62 mit dem äußeren Kolben 40 gekoppelt sein, auf dem sich eine zweite Feder 64 einerseits abstützt. Die zweite Feder 64 stützt sich andererseits auf einem Boden des Leckageraums 14 ab. Mittels der Anordnung der zweiten Feder 64 und des Federhalters 62 wird so der äußere Kolben 40 in seine Schließposition gezogen. Durch diese Anordnung, kann die zweite Feder 64 äußerst kompakt dem ohnehin vorhandenen Leckageraum 14 angeordnet sein. In der Zwischenplatte 18 ist eine erste Abiaufbohrung 66 eingebracht, die ausgehend von der dem Ventilkörper 16 zugewandten Seite hin zu einer Federtasche 68 geführt ist. Die Federtasche 68 erstreckt sich bis hin zu der dem Nadelführungskör- per 20 zugewandten Seite der Zwischenplatte 18. Die Federtasche 68 mündet so in einen Steuerraum 70, der in dem Nadelführungskörper 20 ausgebildet ist.

Eine zweite Ablaufbohrung 72 ist von dem Steuerraum 70 hin zu der Seite der Zwischenplatte 18 geführt, die dem Ventilkörper 16 zugewandt ist. Die erste Abiaufbohrung 66 ist so hydraulisch gekoppelt mit der Federtasche 68 und ist andererseits hydraulisch gekoppelt mit der Ausnehmung 44 des äußeren Kolbens 40 in den Bereich innerhalb der Dichtkante 54 der Dichthülse 52. Die zweite Abiaufbohrung 72 koppelt den Steuerraum 70 hydraulisch mit der Ausnehmung 38 des Ventilkörpers 16 in dem Bereich außerhalb der Dichtkante 54 der Dichthülse 52.

Eine Hochdruckbohrung 74 durchdringt den Ventilkörper 16, die Zwischenplatte 18, den Nadelführungskörper 20 und den Düsenkörper 21 und führt so Kraftstoff unter hohem Druck, beispielsweise bis zu 2.000 bar, hin zu der mindestens ersten und zweiten Einspritzdüse 34, 36.

Eine erste Zulaufdrossel 76 koppelt die Hochdruckbohrung 74 hydraulisch mit der Federtasche 68. Eine zweite Zulaufdrossel 78 koppelt die Hochdruckbohrung 74 hydraulisch mit dem Steuerraum 70 und der zweiten Abiaufbohrung 72. Der Steuerraum 70 wird in einem Bereich begrenzt durch eine Kontaktfläche 80 der inneren Düsennadel 26 und eine Kontaktfläche 82 der äußeren Düsennadel 28. Die in der Federtasche 68 befindliche zweite Düsenfeder 32 stützt sich auf der Kontaktfläche 80 der inneren Düsennadel 26 ab und spannt diese so in Richtung ihrer Schließposition vor.

Wenn der Piezo-Aktuator 4 in der Weise angesteuert wird, dass er sich in axialer Richtung hin zu dem inneren und äußeren Kolben 40, 48 ausdehnt, wird zunächst der innere Kolben von seiner Schließposition in eine Offenposition, d.h. entfernt von seiner Anlage an dem Sitz 46 des äußeren Kolbens 40 bewegt. Dazu ragt eine Kontaktfläche des inneren Kolbens 40 hin zu dem Übertrager 6 über eine entsprechende Kontaktfläche des äußeren Kolbens 40 hin zu dem Übertrager 6 hinaus.

Wenn sich dann der innere Kolben 48 in einer Position entfernt von seiner Schließposition befindet, fließt Fluid von dem Steuerraum 70 durch die Federtasche 68, die erste Ablauf- bohrung 66 und hindurch durch die Ausnehmung 44 des äußeren Kolbens entlang des kegelförmigen Absatzes 50 hin zu dem Leckageraum 14, in dem ein niedriger Fluiddruck herrscht. Mit dem Abfließen des Fluids von dem Steuerraum 70 geht ein Druckabfall in dem Steuerraum 70 einher. Dieser Druckabfall hat zur Folge, dass die durch das Fluid in dem Steuerraum 70 hervorgerufenen Kräfte auf die Kontaktfläche 80 der inneren Düsennadel 26 und die Kontaktfläche 82 der äußeren Düsennadel verringert werden. Die innere und die äußere Düsennadel 26, 28 weisen ferner Absätze auf, die hydraulisch gekoppelt sind mit der Hochdruckbohrung 74 und die so ausgebildet sind, dass die durch den Druck des Fluids in der Hochdruckbohrung hervorgerufenen Kräfte öffnend auf die erste und zweite Düsennadel 26, 28 wirken. Diese Kräfte wirken somit entgegen der Kräfte, die durch den Druck des Hydraulikfluids in dem Steuerraum 70 auf die Kontaktflächen 80, 82 der ersten und zweiten Düsennadel 26, 28 einwirken. Mit fortschreitendem Abfall des Drucks in dem Steuerraum 70 verschiebt sich die Kräftebi- lanz dieser Kräfte hin zugunsten der Kräfte des Hydraulikfluids, die öffnend auf die erste und zweite Düsennadel 26,28 wirken. Die erste Kontaktfläche 80 und ein entsprechender Absatz an der inneren Düsennadel 26 und die Kontaktfläche 82 und ein entsprechender Absatz an der äußeren Düsennadel 28 sind so dimensioniert, dass sich die innere Düsennadel 26 bei einem höheren Druckwert von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt als dies für die äußere Düsennadel 28 der Fall ist.

Sinkt der Druck in dem Steuerraum 70 unter den Druck ab, bei dem sich die innere Düsennadel 26 von ihrer Schließposition hin zu ihrer Offenposition bewegt, so bewegt sich die innere Düsennadel hin zu einem Anschlag des Steuerraums 70 an der Zwischenplatte 80. Die Federtasche 68 mündet in den Steuerraum 70 im Bereich dieses Anschlags und zwar fluchtend zu der inneren Düsennadel 26. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass, wenn die innere Düsennadel 26 in ihrer Offenposition ist, d.h. an dem Anschlag des Steuerraums 70, der in oder an der Zwischenplatte 18 ausgebildet ist, ein weiterer Ablauf von Fluid durch die Federtasche 68 und weiter durch den Ablaufkanal 66 und schließlich hin zum Leckageraum verhindert wird. In diesem Zustand strömt zwar Fluid durch die erste Zulaufdrossel 76 hin zur Federtasche 68. Dieses Fluid kann jedoch über die erste Ablauf ohrung 66 und durch die Ausnehmung 44 des äußeren Kolbens 40 in den Leckageraum 14 abfließen und somit ergibt sich dann in der Federtasche kein Druckanstieg, der zu einem Wegbewegen der inneren Düsennadel 26 von ihrer Offenposition führen würde, bei geeigneter Dimensionierung der Zulaufdrossel 76.

Wird anschließend der Hub des Piezo-Aktuators 4 wieder so verringert, dass der innere Kolben 48 wieder dichtend mit seinem kegelförmigen Absatz 50 an dem Sitz 46 des äußeren Kolbens 40 anliegt, so kann kein weiteres Fluid mehr über den ersten Ablaufkanal 66 abfließen und das über die erste Zulaufdrossel 76 zulaufende Fluid bewirkt einen steigenden Druck in der Federtasche 68, was schließlich dazu führt, dass sich die innere Ventilnadel 80 von ihrer Offenposition zurück in ihre Schließposition bewegt.

Wird jedoch durch entsprechendes Ansteuern des Piezo-Aktuators 4 der Hub des Piezoaktors weiter in Richtung hin zu dem inneren und äußeren Kolben 48, 40 erhöht, so wird schließlich auch der äußere Kolben 40 von seiner dichtenden Anlage mit seinem kegelförmigen Absatz 42 an dem Sitz 41 des Ventilkörpers 16 wegbewegt und so in seine Offenposition gebracht. In der Offenposition des äußeren Kolbens 14 kann das in dem Steuerraum 70 befindliche Fluid über den zweiten Ablaufkanal 72 durch die Ausnehmung 38 des Ventilkörpers 16 vorbei an dem Sitz 41 des Ventilkörpers 16 in den Leckageraum 14 strömen. Dadurch ergibt sich dann ein weiterer Druckabfall in dem Steuerraum 70, der schließlich dazu führt, dass sich auch die äußere Düsennadel 28 von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt. Über die zweite Zulaufdrossel 78 strömt in diesem Zustand Fluid in den Steuerraum 70 und von diesem dann weiter durch die zweite Ablauf ohrung 72 und die Ausnehmung 38 des Ventilkörpers 16 in den Leckageraum. Bei geeigneter Dimensionierung der Zulaufdrossel steigt der Druck in dem Steuerraum jedoch, solange die Kopplung zu dem Leckageraum 14 gegeben ist, nicht auf einen Wert an, der zu einem erneuten Bewegen der äußeren Düsennadel 28 hin zu ihrer Schließposition führen würde.

Wird anschließend der Hub des Piezo-Aktuators 4 wieder so verringert, dass der äußere Kolben 44 mit seinem kegelförmi- gen Absatz 42 wieder an dem Sitz 41 des Ventilkörpers 16 dichtend anliegt, so kann kein weiteres Fluid mehr über die zweite Abiaufbohrung 72 abfließen und das über die zweite Zulaufdrossel 78 zufließende Fluid bewirkt einen Druckanstieg in dem Steuerraum 70, der schließlich dazu führt, dass sich die äußere Düsennadel 28 wieder von ihrer Offenposition hin zu ihrer Schließposition bewegt.

Die geschachtelte Anordnung der inneren und äußeren Kolben 48, 40 ermöglicht so im Zusammenwirken mit der Dichthülse 52 die Funktion zweier Servoventile auf äußerst kompakte Weise. Ferner kann der Piezo-Aktuator 4 über den Übertrager 6 direkt sowohl auf den inneren Kolben 48 als auch auf den äußeren Kolben 40 einwirken. Es sind somit keine zusätzlichen Hebel oder ähnliches erforderlich. Durch die konzentrische Anordnung des inneren und äußeren Kolbens 48, 40 können auch die Kräfte von dem Piezo-Aktuator 4 über den Übertrager 6 zentral übertragen werden.

Claims

Patentansprüche

1. Servoventil, insbesondere für ein Einspritzventil, mit - einem Ventilkörper (16) , der eine Ausnehmung (38) hat und einen Sitz (41) , der in einem Bereich der Ausnehmung (38) ausgebildet ist, - einem äußeren Kolben (40) , der in die Ausnehmung (38) des Ventilkörpers (16) eingebracht ist, der einen kegelförmigen Absatz (42) hat, der mit dem Sitz (41) des Ventilkörpers (16) so zusammenwirkt, dass der kegelförmige Absatz (42) in der Schließposition des äußeren Kolbens (40) an dem Sitz (41) des Ventilkörpers dichtend anliegt, und der eine Ausnehmung (44) hat, in deren Bereich ein Sitz (46) des äußeren Kolbens (40) ausgebildet ist, - einem inneren Kolben (48) , der in die Ausnehmung (44) des äußeren Kolbens (40) eingebracht ist und der einen kegelförmigen Absatz (50) hat, der mit dem Sitz (46) des äußeren Kolbens (40) so zusammenwirkt, dass der kegelförmige Absatz' (50) in der Schließposition des inneren Kolbens (48) an dem Sitz (46) des äußeren Kolbens (40) dichtend anliegt, - einer Dichthülse (52), die in der Ausnehmung (44) des äußeren Kolbens (40) angeordnet ist und eine umlaufende Dichtkante (54) hat, die auf dem freien Ende der Dichthülse (52) ausgebildet ist, das dem Sitz (46) des äußeren Kolbens (40) abgewandt ist, wobei die Dichthülse mittels einer ersten Feder (56) in Richtung der Dichtkante (54) vorgespannt ist, - einem ersten Absteuerkanal, der mit der Ausnehmung (44) des äußeren Kolbens (40) in dem Bereich innerhalb der Dichtkante (54) der Dichthülse (52) hydraulisch gekoppelt ist, - einem zweiten Absteuerkanal, der mit der Ausnehmung (38) des Ventilkörpers (16) in dem Bereich außerhalb der Dichtkante (54) der Dichthülse (52) hydraulisch gekoppelt ist, und - einem Leckageraum (14) , der abhängig von der Position des inneren Kolbens (48) mit dem ersten Absteuerkanal hydraulisch gekoppelt oder entkoppelt ist und der abhängig von der Position des äußeren Kolbens (40) mit dem zweiten Absteuerkanal hydraulisch gekoppelt oder entkoppelt von diesem ist, wobei der äußere Kolben (40) und der innere Kolben (48) je eine Kontaktfläche haben, die dazu vorgesehen sind, dass ein Ventilantrieb auf sie einwirkt.

2. Servoventil nach Anspruch 1, bei dem der innere Kolben (48) koaxial zu dem äußeren Kolben (40) angeordnet ist.

3. Servoventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem sich die erste Feder (56) einerseits auf einem Absatz (58) des inneren Kolbens (48) und andererseits auf einem Absatz (60) der Dichthülse (52) abstützt.

4. Servoventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine zweite Feder (64) und ein Federhalter (62) vorgesehen sind, die so mit dem äußeren Kolben (40) gekoppelt sind, dass sie den äußeren Kolben (40) in seine Schließstellung ziehen, wenn keine weiteren Kräfte auf den äußeren Kolben (40) einwirken.

5. Servoventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der äußere Durchmesser des kegelförmigen Absatzes (42) des äußeren Kolbens (40) größer ist als der Durchmesser seiner Ausnehmung (44) in dem Bereich der Dichthülse (52) .

Einspritzventil mit

- einem Ventilantrieb,

- einem Servoventil nach einem der vorstehenden Ansprüche,

- einer ersten Düsennadel (26) und einer zweiten Düsennadel (28) , wobei die erste Düsennadel (26) den Fluidfluss durch mindestens eine erste Einspritzdüse (34) in ihrer Offenposition freigibt und in ihrer Schließposition den Fluidfluss verhindert und eine zweite Düsennadel den Fluidfluss durch mindestens eine zweite Einspritzdüse (36) in ihrer Offenposition freigibt und in ihrer Schließposition verhindert und die Position der ersten und zweiten Düsennadel (26, 28) mittels des Servoventils steuerbar ist.

Einspritzventil nach Anspruch 6, mit

- einer als innere Düsennadel (26) ausgebildeten ersten Düsennadel,

- einer als äußere Düsennadel (28) ausgebildeten zweiten Düsennadel, die koaxial zu der inneren Düsennadel (26) angeordnet ist,

- einem Steuerraum (70) , der mit der inneren Düsennadel (26) und der äußeren Düsennadel (28) gekoppelt ist,

- wobei der erste Absteuerkanal fluchtend zu der inneren Düsennadel (26) in den Steuerraum (70) mündet und die innere und die äußere Düsennadel (26, 28) so ausgebildet sind, dass die innere Düsennadel (26) sich bei einem höheren Druck in dem Steuerraum (70) als die äußere Düsen- nadel (28) von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt und die innere Düsennadel (26) in ihrer Offenposition den ersten Absteuerkanal hydraulisch von dem Steuerräum (70) entkoppelt.

8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 7, bei dem der erste Absteuerkanal als Federtasche (68) ausgebildet ist, die eine Düsenfeder (32) aufnimmt, die die erste Düsennadel in ihre Schließposition vorspannt.