Beschreibung
Servoventil und Einspritzventil
Die Erfindung betrifft ein Servoventil und ein Einspritzven¬ til, das geeignet ist zum Zumessen von Fluid, insbesondere von Kraftstoff.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zuläs¬ sigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, di¬ verse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoff-Emissi¬ onen 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-Ge¬ misches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Um eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung zu errei¬ chen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zuge¬ messen. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2000 bar.
Ferner sind sogenannte Registerdüsen-Einspritzventile bekannt geworden mit zwei Einspritzdüsen-Kreisen und diesen zugeord¬ neten ersten und zweiten Düsennadeln, mittels derer ein stu¬ fenweises Öffnen bzw. Schließen der einzelnen Einspritzdüsen- Kreise möglich ist. So ist aus der EP 0 978 649 A2 ein derar¬ tiges Ventil bekannt. Das Ventil hat ein Gehäuse, in dem ein als Piezo-Aktuator ausgebildeter Ventilantrieb und ein Düsen¬ körper 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 Schließpositi¬ on den Kraftstofffluss sowohl durch die erste als auch die zweite Reihe von Einspritzlöchern unterbindet und in ihrer Offenposition zumindest den Kraftstofffluss durch die erste Reihe von Einspritzlöchern freigibt.
Die Düsennadel wirkt über einen Mitnehmermechanismus auf ei¬ nen Einsatzkörper ein, der eine innere Düsennadel bildet. Die innere Düsennadel verhindert in ihrer Schließposition einen Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern und gibt in den sonstigen Positionen den Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern frei. Der Piezo- Aktuator wirkt über ein Servoventil auf die Düsennadel ein. Das Servoventil umfasst eine Ablaufbohrung, eine Ventilstan¬ ge, ein Schließglied, eine Steuerkammer und einen Leckage¬ raum. Durch ein entsprechend gesteuertes Ausdehnen des Piezo- Aktuators wird über die Schließstange das Schließglied von seinem Dichtsitz weggedrückt. Dies hat zur Folge, dass Kraft¬ stoff aus der Steuerkammer abfließt. Durch das damit verbun¬ dene 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 ers¬ te 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 Ein¬ spritzlöcher ist so ausgebildet, dass ihr Querschnitt deut¬ lich 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 zer-
stäubt wird. Dies ist insbesondere im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine von Vorteil, in dem eine geringere Kraft¬ stoffmenge eingespritzt wird und durch den geringeren Durch¬ messer der Einspritzlöcher dann kleinere Kraftstofftropfen entstehen und somit die Rußbildung verringert wird. Durch den deutlich größeren Durchmesser der zweiten Reihe von Ein¬ spritzlöchern kann dann im Vollastbetrieb der Brennkraftma¬ schine gewährleistet werden, dass eine ausreichende Menge an Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum des Zylinders zugemes¬ sen wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil zu schaffen, das einfach ist und einfach ansteuerbar sein kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten Aspekts aus durch ein Servoventil mit einem Ventilgehäuse, in dem eine Ausnehmung ausgebildet ist und ein erster, zweiter und drit¬ ter Steuerkanal ausgebildet sind, die jeweils in die Ausneh¬ mung münden. Das Ventilgehäuse kann einstückig oder auch mehrstückig ausgebildet sein. Es kann insbesondere durch eine oder mehrere Ventilplatten und gegebenenfalls eine Zwischen¬ platte gebildet sein.
Ferner hat das Servoventil einen ersten Ventilkörper, der in der Ausnehmung des Ventilgehäuses angeordnet ist, der in ei¬ ner Schließstellung des ersten Ventilkörpers mit seinem Schließkörper dichtend an einem ersten Sitzbereich anliegt, der in der Wandung der Ausnehmung des Ventilgehäuses ausge¬ bildet ist. Außerhalb der Schließstellung gibt der Schließ-
körper einen Bereich zwischen dem ersten Sitzbereich und dem Schließkörper des ersten Ventilkörpers frei. Ein zweiter Ven¬ tilkörper ist vorgesehen, der in der Ausnehmung des Ventilge¬ häuses angeordnet ist, der in einer Schließstellung des zwei¬ ten Ventilkörpers mit seinem Schließkörper dichtend an einem zweiten Sitzbereich anliegt. Der zweite Sitzbereich ist in der Wandung der Ausnehmung des Ventilgehäuses ausgebildet. Außerhalb der Schließstellung gibt der zweite Ventilkörper einen Bereich zwischen dem zweiten Sitzbereich und seinem Schließkörper frei. Der erste Steuerkanal mündet hydraulisch zwischen dem ersten und dem zweiten Sitzbereich in die Aus¬ nehmung. Der zweite Steuerkanal mündet so in die Ausnehmung, dass er in der Schließstellung des zweiten Ventilkörpers hyd¬ raulisch entkoppelt ist von dem freien Volumen der Ausneh¬ mung, das sich hydraulisch zwischen dem ersten und dem zwei¬ ten Sitzbereich befindet. Der erste und zweite Ventilkörper und die Ausnehmung des Ventilgehäuses sind so ausgebildet, dass eine Bewegung des ersten Ventilkörpers weg von seiner Schließstellung nach Überwinden eines vorgegebenen Spiels zu einer Bewegung des zweiten Ventilkörpers aus seiner Schlie߬ stellung heraus führt. Dies ermöglicht das Ansteuern des Ser- voventils durch nur einen Stellantrieb. Eine Stirnfläche ist an dem zweiten Ventilkörper ausgebildet, über die eine Kraft eingeleitet wird, die den zweiten Ventilkörper in seine Schließstellung drückt durch den auf die Stirnfläche wirken¬ den Druck des Fluids. Ferner umfasst das Servoventil eine Dichthülse, die zusammen mit dem dritten Steuerkanal so aus¬ gebildet und angeordnet ist, dass die Stirnfläche des zweiten Ventilkörpers in seiner Schließstellung hydraulisch gekoppelt ist mit dem ersten Steuerkanal und sie hydraulisch entkoppelt ist von dem zweiten Steuerkanal. Das erfindungsgemäße Servo¬ ventil hat den Vorteil, dass nach dem Herausbewegen des ers¬ ten Ventilkörpers aus seiner Schließstellung der Druck des
Fluids, der auf die Stirnfläche des zweiten Ventilkörpers einwirkt, abfällt durch die hydraulische Kopplung des sie um¬ gebenden freien Raums mit dem ersten Steuerkanal. Dies hat dann zur Folge, dass die Kraft, die zum Herausbewegen des zweiten Ventilkörpers aus seiner Schließstellung benötigt wird, deutlich geringer ist als bei einem Nichtvorhandensein des dritten Steuerkanals und der Dichthülse. Dadurch ergibt sich ein energetisch sehr günstiges Schaltverhalten des Ser- voventils. Darüber hinaus kann bei dem erfindungsgemäßen Ser- voventil die Sitzdurchmesser der Schließkörper im wesentli¬ chen unabhängig voneinander gewählt werden. Unter dem jewei¬ ligen Sitzdurchmesser ist derjenige Durchmesser des jeweili¬ gen Schließkörpers an der Stelle zu verstehen, an der der je¬ weilige Schließkörper in der Schließstellung des jeweiligen Ventilkörpers den jeweiligen Sitzbereich des Ventilkörpers kontaktiert. Die Kraft, die notwendig ist, um den jeweiligen Ventilkörper von seiner Schließstellung herauszubewegen, hängt ab von dem Sitzdurchmesser des Schließkörpers des je¬ weiligen Ventilkörpers. So kann durch geeignetes Dimensionie¬ ren der Sitzdurchmesser der Schließkörper gewährleistet wer¬ den, dass lediglich geringe Kräfte zum Betätigen der Ventil¬ körper aus ihren jeweiligen Schließstellungen heraus erfor¬ derlich sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Servoventils ist die Dichthülse in der Ausnehmung des Ventilgehäuses geführt und der zweite Ventilkörper ist in der Dichthülse geführt. Auf diese Weise kann der zweite Ventilkörper kompakt ausgebildet sein.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Feder vorgesehen ist, die sich einerseits auf einem Kragen des zweiten Ventilkör¬ pers und andererseits auf einer Auflagefläche der Dichthülse
abstützt und so einerseits auf dem zweiten Ventilkörper eine Kraft in Richtung seiner Schließstellung ausübt und anderer¬ seits auf die Dichthülse eine Kraft ausübt, die in Richtung einer Dichtkante der Dichthülse gerichtet ist. Auf diese Wei¬ se hat die Servofeder somit eine Doppelfunktion.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Dichtkan¬ te radial innen bezüglich der Dichthülse ausgebildet ist. In diesem Fall hängt dann eine Anpresskraft, mit der die Dicht¬ hülse gegen die Wandung der Ausnehmung gedrückt wird, im we¬ sentlichen nur ab von der durch die Servofeder ausgeübten Kraft auf die Dichthülse. Alternativ kann die Dichtkante je¬ doch auch beispielsweise radial außen bezogen auf die Dicht¬ hülse angeordnet sein.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil mit einem Körper, der eine Ausneh¬ mung hat, eine äußere Düsennadel, die in der Ausnehmung ange¬ ordnet ist, die eine Ausnehmung hat und die in einer Schlie߬ position einen Fluidfluss durch ein erstes Einspritzloch un¬ terbindet und diesen ansonsten freigibt. Das Einspritzventil hat ferner eine innere Düsennadel, die in der Ausnehmung der äußeren Düsennadel angeordnet ist und die in einer Schließpo¬ sition einen Fluidfluss durch ein zweites Einspritzloch un¬ terbindet und diesen ansonsten freigibt. Ferner umfasst das Einspritzventil das Servoventil. Das Servoventil, der Körper und die innere und die äußere Düsennadel sind so ausgebildet, dass abhängig von der Stellung des ersten Ventilkörpers die Position der inneren Düsennadel einstellbar ist und dass ab¬ hängig von der Stellung des zweiten Ventilkörpers die Positi¬ on der äußeren Düsennadel einstellbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Einspritzventil mit einem Servoventil,
Figur 2 eine Vergrößerung eines Teilbereichs des Einspritz¬ ventils gemäß Figur 1 in dem Bereich, in dem das Ser¬ voventil angeordnet ist, und
Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III III1 durch den Teilbereich des Einspritzventils gemäß Figur 2.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren¬ übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein Einspritzventil hat ein Injektorgehäuse 1. In einer Aus¬ nehmung des Injektorgehäuses 1 ist ein Stellantrieb angeord¬ net, der bevorzugt ein Piezo-Aktuator 4 ist. Der Antrieb kann jedoch auch ein beliebiger anderer geeigneter Stellantrieb sein, wie beispielsweise ein elektromagnetischer Stellan¬ trieb. Ferner ist in dem Injektorgehäuse 1 ein Leckageraum 14 ausgebildet.
Eine Düsenbaugruppe des Einspritzventils umfasst eine erste Ventilplatte 16, eine zweite Ventilplatte 17, eine Zwischen¬ platte 18, einen Nadelführungskörper 20 und einen Düsenkörper 22. Die Düsenbaugruppe ist mittels einer Düsenspannmutter 23 mit dem Injektorgehäuse 1 mechanisch gekoppelt. Ein Körper kann die Düsenbaugruppe, Teile der Düsenbaugruppe und/oder das Injektorgehäuse 1 und/oder die Düsenspannmutter 23 umfas¬ sen.
Der Nadelführungskörper 20 hat eine Ausnehmung 24, die sich axial in einer Ausnehmung 26 des Düsenkörpers 22 fortsetzt. Eine äußere Düsennadel 27 ist in der Ausnehmung 24 des Nadel¬ führungskörpers 20 und der Ausnehmung 26 des Düsenkörpers 22 angeordnet. Die äußere Düsennadel 27 hat eine sie in axialer Richtung durchdringende Ausnehmung 28, in der eine innere Dü¬ sennadel 29 angeordnet ist. Die innere und äußere Düsennadel 27, 29 sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Ferner ist eine erste Düsenfeder 30 vorgesehen, welche eine Kraft auf die äußere Düsennadel 27 ausübt in einer Schließrichtung der äußeren Düsennadel 27 und die somit ohne das Vorhanden¬ sein weiterer Kräfte die äußere Düsennadel 27 in eine Schließposition drückt, in der sie einen Fluidfluss durch ein erstes Einspritzloch 34 unterbindet. Befindet sich die äußere Düsennadel außerhalb ihrer Schließposition, so gibt sie den Fluidfluss durch das erste Einspritzloch 34 frei.
Ferner ist eine zweite Düsenfeder 32 vorgesehen, welche eine Kraft auf die innere Düsennadel 29 ausübt in einer Schlie߬ richtung der inneren Düsennadel 29 und die somit ohne das Vorhandensein weiterer Kräfte die innere Düsennadel 29 in ei¬ ne Schließposition drückt, in der sie einen Fluidfluss durch ein zweites Einspritzloch 36 unterbindet. Befindet sich die innere Düsennadel außerhalb ihrer Schließposition, so gibt sie den Fluidfluss durch das zweite Einspritzloch 36 frei.
Die zweite Düsenfeder ist in einer Federtasche 37 angeordnet, die in der Zwischenplatte 18 ausgebildet ist. Ein freier Raum der Federtasche 37 wird begrenzt durch die Kontaktfläche 46 und bildet so einen ersten Steuerraum 48. Ein zweiter Steuer¬ raum 50 ist radial außerhalb des ersten Steuerraums 48 ausge¬ bildet, umfasst die Ausnehmung 42 in der Zwischenplatte und grenzt an eine Kontaktfläche 54 der äußeren Düsennadel 27.
Die Position der inneren Düsennadel 29 wird bestimmt durch eine Kräftebilanz aus der durch die zweite Düsenfeder 32 auf die innere Düsennadel 29 einwirkende Kraft, die durch den Druck in dem ersten Steuerraum 48 auf die innere Düsennadel 29 über die Kontaktfläche 46 einwirkende Kraft und einer Kraft, die hervorgerufen durch den Druck des Fluids über ei¬ nen Hochdruckabsatz 52 der inneren Düsennadel 29 auf diese entgegen der Schließrichtung einwirkt.
Die Position der äußeren Düsennadel 27 hängt ab von der Kräf¬ tebilanz der Kraft, die durch die erste Düsenfeder 30 hervor¬ gerufen wird, dem in dem zweiten Steuerraum 50 herrschenden Druck, der über die Kontaktfläche 54 der äußeren Düsennadel 27 eine Kraft einkoppelt, die schließend auf die äußere Dü¬ sennadel 27 wirkt, und einer Kraft, die durch den Fluiddruck in einem Bereich eines Hochdruckabsatzes 56 der äußeren Dü¬ sennadel entgegengesetzt der Schließrichtung der äußeren Dü¬ sennadel 27 wirkt. Das jeweilige freie Volumen im Bereich der Hochdruckabsätze 56, 52 ist jeweils hydraulisch gekoppelt mit einer Hochdruckbohrung 58 des Einspritzventils.
Ein Servoventil umfasst ein Ventilgehäuse, das je nach Aus¬ führungsform die erste und zweite Ventilplatte 16, 17 und ge¬ gebenenfalls die Zwischenplatte 18 umfasst. Das Ventilgehäuse kann alternativ auch einstückig oder mehr als zweistückig ausgebildet sein. In den ersten und zweiten Ventilplatten 16, 17 ist eine Ausnehmung 62 ausgebildet.
Ein erster Ventilkörper 64 (Figur 2) ist in der Ausnehmung 62 der beiden Ventilplatten 16, 17 angeordnet. Er hat einen Schließkörper 68, der in einer Schließstellung des ersten Ventilkörpers 64 dichtend an einem ersten Sitzbereich 66 an-
liegt, der in der Wandung der Ausnehmung 62 der Ventilplatten 16, 17 ausgebildet ist. Außerhalb der Schließstellung gibt er einen Bereich zwischen dem ersten Sitzbereich 66 und dem Schließkörper 68 des ersten Ventilkörpers frei. Der erste Ventilkörper 64 umfasst ferner einen Bund 70, auf dem sich eine erste Servofeder 72 mit ihrem einen freien axialen Ende abstützt. Die erste Servofeder 72 stützt sich mit ihrem ande¬ ren freien axialen Ende auf einem Absatz 74 ab, der in der Wandung der Ausnehmung 62 ausgebildet ist. Die erste Servofe¬ der 72 ist mit einer geeigneten Vorspannung versehen und übt so eine Kraft auf den ersten Ventilkörper 68 aus, durch die er ohne das Einwirken weiterer Kräfte in seine Schließstel¬ lung gepresst wird. Bevorzugt ist der erste Ventilkörper 64 im Bereich seines Bundes 70 geführt. Um den Umfang des Bundes herum ist mindestens eine Eintiefung vorgesehen, durch die Fluid fließen kann. Der erste Ventilkörper hat ferner einen Antriebskontaktbereich 77, der hingewandt ist zu dem als Stellantrieb ausgebildeten Piezo-Aktuator 4. Der erste Ven¬ tilkörper 64 hat ferner einen Kontaktbereich 78, der in dem Bereich seines axialen Endes ausgebildet ist, das dem An- triebs-Kontaktbereich 77 abgewandt ist.
Ferner ist in der Ausnehmung 62 ein zweiter Ventilkörper 80 angeordnet, der einen Schließkörper hat. In einem Schließkör¬ per des zweiten Ventilkörpers 80 liegt der Schließkörper 84 dichtend an einem zweiten Sitzbereich 82 der Ausnehmung 62 der Ventilplatten 16, 17 an. Außerhalb der Schließstellung des zweiten Ventilkörpers 80 gibt der Schließkörper 84 des zweiten Ventilkörpers 80 einen Bereich zwischen dem zweiten Sitzbereich 82 und dem Schließkörper 84 des zweiten Ventil¬ körpers 80 frei. Sowohl der Schließkörper 78 des ersten Ven¬ tilkörpers 64 als auch der Schließkörper 84 des zweiten Ven¬ tilkörpers 80 können kegelförmig oder auch sphärisch ausge-
bildet sein. Eine sphärische Form hat den Vorteil, dass eine axiale Führung des jeweiligen Ventilkörpers in axialer Rich¬ tung kürzer ausgebildet sein kann als im Falle der kegelför¬ migen Ausbildung des jeweiligen Schließkörpers 68, 84.
Ferner hat der zweite Ventilkörper 80 einen Kragen 86, auf dem sich eine zweite Servofeder 88 mit ihrem ersten freien axialen Ende abstützt. Die zweite Servofeder 88 stützt sich mit ihrem anderen freien axialen Ende auf einer Dichthülse 92 ab. Die zweite Servofeder 88 übt so ohne das Einwirken weite¬ rer Kräfte eine Kraft auf den zweiten Ventilkörper 80 aus, die ihn in seine Schließstellung drückt. Die Dichthülse 92 wird durch die geeignet vorgespannte Servofeder 88, die mit ihrem anderen freien axialen Ende auf einer Auflagefläche 90 der Dichthülse 92 aufliegt, im Bereich einer Dichtkante 96 auf die Zwischenplatte 18 gepresst, die in diesem Bereich ei¬ nen Teil der Wandung der Ausnehmung 62 der Ventilplatten 16, 17 bildet.
Der zweite Ventilkörper 80 hat einen Zapfen 94, der sich in die Hülse hineinerstreckt und zwar bündig zu der inneren Wan¬ dung der Dichthülse 92. Der Zapfen 94 ist bevorzugt in der Dichthülse geführt. Die Dichthülse ist in diesem Fall dann wiederum in der Ausnehmung 62 der ersten und der zweiten Ven¬ tilplatten 16, 17 geführt. Sie weist in diesem Fall mindes¬ tens eine um ihren Umfang verteilte Eintiefung auf, durch die gewährleistet wird, dass Fluid zwischen der Dichthülse und der Wandung der Ausnehmung 62 der Ventilplatten 16, 17 durch¬ strömen kann. Der Kragen 86 kann in axialer Richtung schmal ausgebildet sein, da er nicht der Führung des zweiten Ventil¬ körpers dienen muss. Falls die Führung des zweiten Ventilkör¬ pers nicht in der Dichthülse 92 erfolgt, kann der zweite Ven-
tilkörper in dem Bereich des Kragens 86 in der Ausnehmung 62 der ersten und zweiten Ventilplatten 16, 17 geführt sein.
Der erste Steuerraum 48 ist über eine erste Zulaufdrossel 98 mit der Hochdruckbohrung 58 hydraulisch gekoppelt. Ein erster Steuerkanal 100 erstreckt sich von dem ersten Steuerraum 46 hin zu der Ausnehmung 62 in der ersten und zweiten Ventil¬ platte 16, 17. Er mündet in diese hydraulisch zwischen den ersten und zweiten Sitzbereich 66, 82.
Der zweite Steuerraum 50 ist über eine zweite Zulaufdrossel 106 mit der Hochdruckbohrung 58 hydraulisch gekoppelt. Der zweite Steuerraum 50 ist ferner über einen zweiten Steuerka¬ nal 102 mit der Ausnehmung 62 der Ventilplatten 16, 17 hyd¬ raulisch gekoppelt. Der zweite Steuerkanal 102 mündet so in die Ausnehmung 62, dass er in der Schließstellung des zweiten Ventilkörpers 80 hydraulisch entkoppelt ist von einem freien Volumen der Ausnehmung 62 der ersten und zweiten Ventilplat¬ ten 16, 17, das sich hydraulisch zwischen dem ersten und zweiten Sitzbereich befindet (66, 72) . Ferner ist ein dritter Steuerkanal 104 vorgesehen, welcher sich von dem ersten Steu¬ erraum 48 ebenfalls hin zu der Ausnehmung 62 der ersten und zweiten Ventilplatte 16, 17 erstreckt. Er mündet in die Aus¬ nehmung 62 in den Bereich der Ausnehmung, in dem die Wandung durch die Zwischenplatte 18 gebildet wird und der radial in¬ nerhalb der Dichtkante 96 der Dichthülse 92 liegt.
Die Funktionsweise des Servoventils ist im folgenden ausge¬ hend von einem Zustand beschrieben, in dem sich sowohl der erste als auch der zweite Ventilkörper 64, 80 in ihrer Schließstellung befinden. Wird nun über den Stellantrieb, al¬ so dem Piezo-Aktuator 4 eine zunehmende Kraft in Richtung nach unten in der Bildebene der Figur 1 übertragen, so bewegt
sich der erste Ventilkörper 64 heraus aus seiner Schließstel¬ lung, wenn die durch die von der ersten Servofeder 72 aufge¬ brachte Kraft und die durch den Hydraulikdruck hervorgerufe¬ nen Kräfte aus dem ersten Ventilkörper 64 geringer sind, als die durch den Piezo-Aktuator 4 aufgebrachte Kraft. Bewegt sich nun der erste Ventilkörper 64 heraus aus seiner Schlie߬ stellung, so wird ein Bereich zwischen dem ersten Sitzbereich 66 und dem Schließkörper 68 des ersten Ventilkörpers 64 frei¬ gegeben. Dies hat zur Folge, dass Fluid aus dem ersten Steu¬ erraum 46 über den ersten Steuerkanal 100 in die Ausnehmung 62 in den ersten und zweiten Ventilplatten 16, 17 und von dort weiterhin zu dem Leckageraum 14 strömen kann. Der Lecka¬ geraum 14 ist nicht mit Hochdruck beaufschlagt. Bei geeigne¬ ter Dimensionierung der ersten Zulaufdrossel 98 sinkt dann der Druck in dem ersten Steuerraum 48.
Mit sinkendem Druck in dem Steuerraum 48 sinkt auch die Kraft, die über die Kontaktfläche 46 der inneren Düsennadel 29 in Schließrichtung der inneren Düsennadel 29 ausgeübt wird und somit erfolgt schließlich das Bewegen der inneren Düsen¬ nadel 29 heraus aus ihrer Schließposition. Verringert sich die über den Piezo-Aktuator 4 übertragene Kraft und somit sein Hub zu einem späteren Zeitpunkt wieder, so bewegt sich der erste Ventilkörper 64 wieder zurück in seinem dichtende Anlage mit dem ersten Sitzbereich 66. Durch das über die ers¬ te Zulaufdrossel 98 zufließende Fluid steigt dann der Druck in dem ersten Steuerraum 48 wieder an, was letztlich wieder zu einem Bewegen der inneren Düsennadel 29 zurück in ihre Schließposition führt.
Eine auf eine Stirnfläche 108 des Zapfens 94 einwirkende Kraft hängt ab von dem Druck des Fluids, das sich in einem freien Raum innerhalb der Dichthülse 92 radial innerhalb der
Dichtkanten 96 befindet. Durch die hydraulische Kopplung die¬ ses freien Volumens mit dem ersten Steuerraum 48 durch den dritten Steuerkanal 104 führt somit das Herausbewegen des ersten Ventilkörpers 64 aus seiner Schließstellung auch zu einem Abfall des Drucks des Fluids in dem freien Raum radial innerhalb der Dichtkante 96 der Dichthülse 92. Dies hat dann wiederum zur Folge, dass die über die Stirnfläche 108 auf den zweiten Ventilkörper 80 einwirkende Kraft verringert wird.
Mit zunehmendem Hub des Piezo-Aktuators 4 wird das Spiel auf¬ gebraucht, das zwischen den Kontaktbereichen 76, 78 des ers¬ ten beziehungsweise zweiten Ventilkörper 64, 80 in deren je¬ weiligen Schließstellungen besteht. Wenn das Spiel aufge¬ braucht ist, führt ein weiteres Zunehmen des Hubs des Piezo- Aktuators 4 im Sinne eines weiteren Herausbewegens des Schließkörpers 68 des ersten Ventilkörpers 64 auch zu einem Herausbewegen des Schließkörpers 84 des zweiten Ventilkörpers 80 aus einer Schließstellung. Die Kraft, die erforderlich ist, den Schließkörper 68 des zweiten Ventilkörper 80 aus seiner Schließstellung herauszubewegen ist dadurch deutlich reduziert, dass die über die Stirnfläche 108 durch den Hyd¬ raulikdruck entgegenwirkende Kraft mit abnehmendem Druck in dem ersten Steuerraum 48 sinkt. Dadurch ist ein energetisch günstigeres, das heißt weniger Energie benötigendes, Heraus¬ bewegen des Schließkörpers 84 des zweiten Ventilkörpers 80 aus seiner Schließposition heraus gewährleistet.
Wenn sich der zweite Schließkörper 84 aus seiner Schließstel¬ lung herausbewegt, dann sinkt der Druck in dem zweiten Steu¬ erraum 50 bei geeigneter Dimensionierung der zweiten Zulauf¬ drossel 106. Mit sinkendem Druck in dem zweiten Steuerraum 50 verringert sich auch die Kraft, die durch den Druck des Flu¬ ids in dem zweiten Steuerraum 50 über die Kontaktfläche 54
der äußeren Düsennadel 27 auf diese in ihrer Schließrichtung eingekoppelt ist. Dies führt letztendlich zu einem Bewegen der äußeren Düsennadel 27 heraus aus ihrer Schließposition.
Wird der Hub des Piezo-Aktuators 4 anschließend wieder ver¬ ringert, so bewegt sich der zweite Ventilkörper 80 wieder zu¬ rück in seine Schließstellung. Es kann dann kein Fluid mehr aus dem zweiten Steuerraum 50 in den Leckageraum 14 abfließen und durch das über die zweite Zulaufdrossel 106 zufließende Fluid steigt der Druck in dem zweiten Steuerraum 50 wieder an, was schließlich zu einem Zurückbewegen der äußeren Düsen¬ nadel 27 in ihre Schließposition führt. Bevorzugt sind die Sitzdurchmesser der Schließkörper 68, 84 möglichst klein ge¬ wählt unter Berücksichtigung der geforderten Eigenschaften des Servoventils, also beispielsweise seiner mechanischen Festigkeit und seiner Standhaftigkeit gegenüber hohen Druck¬ beanspruchungen.
Das Servoventil kann auch in einer anderen Vorrichtung als dem Einspritzventil angeordnet sein oder für das dortige An¬ ordnen vorgesehen sein.