DE10019765A1 - Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einer Aktuator-Einheit (4) zur Betätigung eines axial verschiebbaren Ventilglieds (3), welches einen ersten Kolben (9) und einen davon durch eine Hydraulikkammer (13) getrennten zweiten Kolben (11) aufweist, und das ein Ventilschließglied (12) betätigt, das einen Niederdruckbereich (16) mit Systemdruck von einem Hochdruckbereich (17) trennt. Zum Leckageausgleich ist eine mit dem Hochdruckbereich (17) verbindbare Befülleinrichtung (24) mit einem Hohlraum (25) vorgesehen, in dem ein Drosselkörper (26) derart angeordnet ist, daß in den Hohlraum (25) einenends des Drosselkörpers (26) eine zu dem Hochdruckbereich (17) führende Leitung (33) mündet und anderenends eine zu der hydraulischen Übersetzung führende Systemdruck-Leitung (28) abzweigt. Durch geometrische Festlegung des Drosselkörpers (26), eines ihn umgebenden Spaltes (27) und der Abmessungen des Kolbens (9), entlang dem der Systemdruck zum Niederdruckbereich (16) hin abgebaut wird, wird der Systemdruck (p_sys) in Abhängigkeit des vorliegenden Drucks (p_R) im Hochdruckbereich (17) aufgebaut (Figur 1).
Description
Die Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern von Flüs
sigkeiten gemäß der im Patentanspruch 1 näher definierten
Art aus.
Ein derartiges Ventil ist beispielsweise in der EP 0 477 400 A1
beschrieben, wobei hier die Auslenkung eines piezo
elektrischen Aktors über eine Hydraulikkammer übertragen
wird, welche als hydraulische Übersetzung bzw. Toleranzaus
gleichselement arbeitet und zwischen zwei sie begrenzenden
Kolben, von denen einer mit einem kleineren Durchmesser
ausgebildet ist und mit einem anzusteuernden Ventilschließ
glied verbunden ist, und der andere Kolben mit einem größe
ren Durchmesser ausgebildet ist und mit dem piezoelektri
schen Aktor verbunden ist, ein gemeinsames Ausgleichsvolu
men einschließt. Somit macht der Betätigungskolben einen um
das Übersetzungsverhältnis des Kolbendurchmessers vergrößerten
Hub, wenn der größere Kolben durch den piezoelektri
schen Aktor um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird.
Dieses bekannte Ventil ist zur Trennung eines Niederdruck
bereichs von einem Hochdruckbereich vorgesehen und kann zum
Beispiel bei Kraftstoffinjektoren, insbesondere Common-
Rail-Injektoren, oder Pumpen von Kraftfahrzeugen eingesetzt
werden, wo derartige Ventile in unterschiedlichen Ausfüh
rungen auch aus der Praxis bekannt sind.
Zur Funktionsfähigkeit eines solchen Ventils benötigt das
hydraulische System im Niederdruckbereich, insbesondere im
hydraulischen Koppler, einen Systemdruck, welcher jedoch
leckagebedingt abfällt, wenn keine ausreichende Nachfüllung
mit Hydraulikflüssigkeit stattfindet. Daher ist in der Re
gel eine Befüllvorrichtung vorgesehen, mit der Druckmittel
aus dem Hochdruckbereich in den Systemdruckbereich nachge
führt werden kann.
Für Common-Rail-Injektoren sind aus der Praxis hierzu Lö
sungen bekannt, bei denen der Systemdruck, der zweckmäßig
im Ventil selbst erzeugt wird und auch bei einem System
start möglichst konstant sein soll, durch Zuführung von Hy
draulikflüssigkeit aus dem Hochdruckbereich des zu steuern
den Kraftstoffs in den Niederdruckbereich, in welchem Sy
stemdruck vorherrscht, mit Hilfe von Leckspalten sicherge
stellt wird, die zum Beispiel durch Leck- bzw. Befüllstifte
dargestellt werden. Der Systemdruck wird üblicherweise
durch ein Ventil eingestellt und kann zum Beispiel auch von
mehreren Common-Rail-Ventilen konstant gehalten werden.
Ein Systemdruck in der Hydraulikkammer, welcher im wesent
lichen konstant ist und zumindest weitgehend unabhängig von
dem vorherrschenden Hochdruck im Hochdruckbereich ist, be
reitet jedoch das Problem, daß bei hohen Druckwerten eine
große Aktorkraft zur Öffnung des Ventilschließgliedes ent
gegen der Hochdruckrichtung erforderlich ist, was den Ein
satz eines großen und entsprechend kostenintensiven Aktua
tors bedingt. Des weiteren ist bei hohem Druck im Hoch
druckbereich die Verdrängung von Hydraulikvolumen aus der
Hydraulikkammer über die die angrenzenden Kolben umgebenden
Spalte entsprechend verstärkt, wodurch die Wiederbefüllzeit
zum Aufbau und Halten des Systemdrucks auf der Niederdruck
seite gegebenenfalls derart verlängert wird, daß mangels
vollständiger Wiederbefüllung bei einer kurz darauf folgen
den Betätigung des Ventils ein kürzerer Ventilhub ausge
führt wird, der das Öffnungsverhalten des gesamten Ventils
unter Umständen negativ beeinflussen kann.
Das erfindungsgemäße Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 hat den Vorteil,
daß der Systemdruck auf konstruktiv einfache Weise in Ab
hängigkeit des in dem Hochdruckbereich vorherrschenden
Druckes variierbar ist. Durch die hochdruckabhängige Wie
derbefüllung ist bei hohem Druckniveau im Hochdruckbereich
eine Erhöhung des Systemdrucks in der Hydraulikkammer mög
lich, wodurch der Betätigungskolben zur Öffnung des Ventil
schließglieds entgegen dem anstehenden Hochdruck unter
stützt wird. Vorteilhafterweise wird damit eine verringerte
Ansteuerspannung der Aktuator-Einheit gegenüber einem Ventil
mit konstantem Systemdruck erforderlich, weshalb das
erfindungsgemäße Ventil mit einer kleineren und kostengün
stigeren Aktuator-Einheit ausgestattet werden kann. Daneben
ermöglicht das erfindungsgemäße Ventil eine definierte Be
füllung des Niederdruckbereiches, insbesondere der Hydrau
likkammer. Bei steigendem Druck im Hochdruckbereich kann
dabei mit dem variablen Systemdruck die Wiederbefüllzeit
verkürzt werden.
Konstruktiv zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch
ihre einfache Art aus, die es erlaubt, den variablen Sy
stemdruck in der Hydraulikkammer durch leicht einstellbare
geometrische Größen wie Durchmesser und Längen des Drossel
körpers und des Kolbens, entlang dem der Systemdruck zum
Niederdruckbereich hin abgebaut wird, zu definieren. Neben
den niedrigen Kosten bei Herstellung und Montage ist vor
allem die Robustheit der Systemdruckversorgung gegenüber
Partikeln bzw. Schmutz in der Hydraulikflüssigkeit vorteil
haft, die auf die Ausgestaltung der Wiederbefülleinrichtung
mit einem quasi Nebenstrom zurückzuführen ist. Damit ist
die sichere Bereitstellung des erforderlichen Systemdrucks
im gesamten Motorkennfeld gewährleistet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann vorgesehen
sein, daß der wenigstens eine Drosselkörper in dem Hohlraum
axial verstellbar angeordnet ist, wobei er vorzugsweise
derart beweglich ist, daß er die Abzweigung der System
druck-Leitung bei Absinken des Systemdruckes wenigstens
teilweise überschneidet. Damit verkürzt sich die zu durch
strömende Länge des Spaltes um den Drosselkörper, was einen
höheren Durchfluß und einen Anstieg des Systemdrucks zur
Folge hat.
Das erfindungsgemäße Ventil ist besonders geeignet zur An
steuerung von Kraftstoffeinspritzventilen, jedoch kann es
prinzipiell auch bei allen hydraulisch übersetzten Systemen
mit einem piezoelektrischen Aktuator oder einem Magnetstel
ler, wie zum Beispiel in Pumpen, verwirklicht werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge
genstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeich
nung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ventils zur
Steuerung von Flüssigkeiten sind in der Zeichnung darge
stellt und werden in der folgenden Beschreibung näher er
läutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung
eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem
Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt, und
Fig. 2 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung
eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung im Längs
schnitt, wobei hier ein Drosselkörper einer Befülleinrich
tung axial verschieblich gelagert ist.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine
Verwirklichung eines Ventils gemäß der Erfindung bei einem
Kraftstoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen von
Kraftfahrzeugen. Dieses Kraftstoffeinspritzventil 1 ist
vorliegend als ein Common-Rail-Injektor zur Einspritzung
von vorzugsweise Dieselkraftstoff ausgebildet, wobei die
Kraftstoffeinspritzung über das Druckniveau in einem Ven
tilsteuerraum 2, welcher mit einer Hochdruckversorgung ver
bunden ist, gesteuert wird.
Über Kräfteverhältnisse in dem Kraftstoffeinspritzventil 1
wird ein Einspritzbeginn, eine Einspritzdauer und eine Ein
spritzmenge eingestellt. Hierzu wird ein Ventilglied 3 über
eine als piezoelektrischer Aktor 4 ausgebildete Aktuator-
Einheit angesteuert, welcher auf der dem Ventilsteuerraum 2
abgewandten Seite des Ventilgliedes 3 angeordnet ist und in
an sich bekannter Weise aus mehreren Schichten aufgebaut
ist. Auf seiner dem Ventilglied 2 zugewandten Seite weist
der piezoelektrische Aktor 4 einen Aktorkopf 5 und auf sei
ner dem Ventilglied 3 abgewandten Seite einen Aktorfuß 6
auf, der sich an einer Wand eines Ventilkörpers 7 abstützt.
An dem Aktorkopf 5 liegt über ein Auflager 8 ein erster
Kolben 9 des Ventilglieds 3 an, welcher auch als Stellkol
ben bezeichnet wird. Das Ventilglied 3 umfaßt neben diesem
ersten Kolben 9 einen ebenfalls in einer Längsbohrung 10
des Ventilkörpers 7 verschiebbar angeordneten zweiten Kol
ben 11, welcher ein Ventilschließglied 12 betätigt und da
her auch als Betätigungskolben bezeichnet wird.
Die beiden Kolben 9 und 11 begrenzen eine Hydraulikkammer
13, welche als hydraulischer Koppler dient und die Auslen
kung des piezoelektrischen Aktors 4 überträgt. Da der
Durchmesser A1 des zweiten Kolbens 11 kleiner ist als der
Durchmesser des ersten Kolbens 9, macht der zweite Kolben
11 einen um das Übersetzungsverhältnis des Kolbendurchmes
sers vergrößerten Hub, wenn der größere erste Kolben 9
durch den piezoelektrischen Aktor 4 um eine bestimmte Weg
strecke bewegt wird.
Neben ihrer Funktion als hydraulischer Koppler dient die
Hydraulikkammer 13 auch zum Ausgleich von Toleranzen auf
grund von Temperaturgradienten im Bauteil oder unterschied
lichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten
Materialien sowie eventueller Setzeffekte, so daß diese oh
ne Auswirkung auf die Position des anzusteuernden Ventil
schließgliedes 12 bleiben.
An dem ventilsteuerraumseitigen Ende des Ventilgliedes 3
wirkt das kugelartige Ventilschließglied 12 mit an dem Ven
tilkörper 7 ausgebildeten Ventilsitzen 14, 15 zusammen und
trennt dabei einen Niederdruckbereich 16 mit dem System
druck p_sys von einem Hochdruckbereich 17 mit einem Hoch
druck bzw. Raildruck p_R. Die Ventilsitze 14, 15 sind in
einem von dem Ventilkörper 7 gebildeten Ventilraum 18 aus
gebildet, von dem ein Leckageablaufkanal 19 auf der dem
piezoelektrischen Aktor 4 zugewandten Seite des Ventilsit
zes 14 wegführt. Hochdruckseitig ist der Ventilraum 18 über
den zweiten Ventilsitz 15 und eine Ablaufdrossel 20 mit dem
Ventilsteuerraum 2 des Hochdruckbereiches 17 verbindbar. In
diesem nicht näher dargestellten Ventilsteuerraum 2 kann in
an sich bekannter Art und Weise ein bewegbarer Ventilsteu
erkolben angeordnet sein, durch dessen axiale Bewegungen in
dem Ventilsteuerraum 2, der in üblicher Weise mit einer
Einspritzleitung verbunden ist, welche mit einem für mehrere
Kraftstoffeinspritzventile gemeinsamen Hochdruckspei
cherraum (Common-Rail) verbunden ist und eine Einspritzdüse
mit Kraftstoff versorgt, das Einspritzverhalten des Kraft
stoffeinspritzventils 1 gesteuert wird.
An das piezoseitige Ende der Bohrung 10 mit dem Ventilglied
3 schließt sich ein weiterer Ventildruckraum 21 an, der
durch den Ventilkörper 7, den ersten Kolben 9 und ein mit
dem ersten Kolben 9 sowie mit dem Ventilkörper 7 verbunde
nes Dichtelement 22 begrenzt ist. Aus diesem Ventildruck
raum 21 führt eine Leckageleitung 23 ab. In der gezeigten
Ausführung ist das Dichtelement 22 als faltenbalgartige
Membran ausgebildet und verhindert, daß der Aktor 4 mit dem
in dem Niederdruckbereich 16 enthaltenen Kraftstoff in Kon
takt kommt.
Zum Ausgleich von Leckageverlusten des Niederdruckbereiches
16 bei einer Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils 1
ist eine Befülleinrichtung 24 vorgesehen. Diese weist einen
kanalartigen Hohlraum 25 auf, in dem ein stiftartiger Dros
selkörper 26 mit einem ihn umgebenden Spalt 27 angeordnet
ist. In einen Bereich des Hohlraumes 25 an einem Ende des
Drosselkörpers 26 mündet eine von dem Hochdruckbereich 17
herführende Leitung 33, und aus einem Bereich des Hohlrau
mes 25 an dem entgegengesetzten Ende des Drosselkörpers 26
zweigt eine Systemdruck-Leitung 28 ab, welche zu der Hy
draulikkammer 13 führt. Die Systemdruck-Leitung 28 mündet
in der gezeigten bevorzugten Ausführung in einen den ersten
Kolben 9 umgebenden Spalt 29, über den der Systemdruck zu
dem Ventildruckraum 21 und damit zu dem Niederdruckbereich
16 hin abgebaut wird.
Selbstverständlich kann in einer hiervon abweichenden Aus
führung auch vorgesehen sein, daß die Systemdruck-Leitung
28 in einen den zweiten Kolben 11 umgebenden Spalt 30 mün
det, wie dies in der Fig. 1 strichliert mit der Leitung
28' angedeutet ist, oder daß die Systemdruck-Leitung direkt
in die Hydraulikkammer 13 mündet. Die indirekte Befüllung
der Hydraulikkammer 13 dient jedoch einer Verbesserung des
Druckhaltevermögens in der Hydraulikkammer während der An
steuerung.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung stellt somit eine Reihen
schaltung von zwei getrennten Kolben dar, nämlich dem Dros
selkörper 26 und dem ersten Kolben 9, über die der Hoch
druck p_R zum Niederdruckbereich 16 hin abgebaut wird. Da
bei wird der Hochdruck p_R über den Spalt 27 des im wesent
lichen axial unbeweglich in dem Hohlraum 25 angeordneten
Drosselkörpers 26 auf den Systemdruck p_sys reduziert. Das
Druckteilerverhältnis wird dabei durch das Verhältnis der
Längen und Durchmesser des Drosselkörpers 26 und des nach
geschalteten Kolbens 9 eingestellt. Die Einstellung des Sy
stemdruckes p_sys durch die getrennten kolbenartigen Bau
teile erlaubt es, die Länge des Drosselkörpers sehr gering
zu dimensionieren, da die zweite Hälfte des Druckteilers
durch den Kolben 9 gebildet wird. Die kurzen Längen bzw.
größeren Durchmesser erlauben eine höhere Qualität der Bau
teile bei gleichzeitiger Reduzierung der Kosten bei der
Herstellung und vor allem bei der Einstellung bzw. Montage.
Der Systemdruck p_sys, welcher nach einer Einspritzung nach
einer gewissen Wiederbefüllzeit erreicht ist, und das Verhältnis
der Durchmesser und Leckspaltenlängen an dem Dros
selkörper 26 und dem Kolben 9 ist von mehreren Parametern
abhängig, zu denen der Sitzdurchmesser A2 des ersten Ven
tilsitzes 14 und das Verhältnis des Durchmessers A0 des er
sten Kolbens 9 zu dem Durchmesser A1 des zweiten Kolbens 11
zählen. In der gezeigten Ausführung, bei der das Ventil
schließglied 12 bei Entlastung des Hochdruckbereiches 17
durch eine Federkraft F_F einer Feder 31, die zwischen dem
Ventilschließglied 12 und dem zweiten Ventilsitz 15 ange
ordnet ist, in Schließstellung an dem ersten Ventilsitz 14
gehalten wird, ist die Federkraft F_F ein weiterer Parame
ter zur geometrischen Festlegung des Drosselkörpers 26 und
des ersten Kolbens 9.
Dabei wird der Systemdruck p_sys so eingestellt, daß er
stets kleiner ist als ein maximal zulässiger Systemdruck,
der wiederum einem Druckniveau entspricht, bei dem eine
selbsttätige Ventilöffnung ohne Betätigung der Aktuator-
Einheit 4 eintritt.
In der Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante zu dem in der
Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem
aus Gründen der Übersichtlichkeit funktionsgleiche Bauteile
mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet
sind.
Gegenüber der Ausführung nach Fig. 1, bei welcher der
Drosselkörper 26 in dem Hohlraum 25 der Befülleinrichtung
24 im wesentlich axial unbeweglich angeordnet ist, ist der
Drosselkörper 26 hier mittels einer Federeinrichtung 32 in
dem Hohlraum 25 axial verschiebbar angeordnet. Dabei wird
der Drosselkörper 26 in dem Hohlraum 25 durch die Feder
kraft der Federeinrichtung 32 bei Entlastung des Hochdruck
bereiches 17 an einen hochdruckseitigen Anschlag 33 ver
schoben. Bei anliegendem Hochdruck p_R wird der Drosselkör
per 26 entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 32 und
dem Systemdruck verschoben. Die Federkraft und die Dimen
sionierung des Drosselkörpers 26 sind dabei so ausgelegt,
daß der Drosselkörper 26 mit seinem systemdruckseitigen En
de, welches eine Steuerkante 34 bildet, die Abzweigung der
Systemdruck-Leitung 28 wenigstens teilweise überschneidet,
wenn der Systemdruck p_sys unzulässig abfällt. Die Feder
einrichtung 32 erlaubt damit eine selbsttätige Korrektur
des Systemdruckes p_sys als Funktion der Leckage über die
Kolben 9 und 11 infolge von Temperatur- und Lageeinflüssen.
Sobald nämlich der Systemdruck p_sys sinkt, verkürzt sich
durch die Überlappung der Steuerkante 34 mit der Abzweigung
der Systemdruck-Leitung 28 die effektive Dichtlänge bzw.
Leckspaltlänge entlang dem Drosselkörper 26, und die Lecka
gen werden ausgeglichen. Auf diese Weise kann der System
druck p_sys in der Hydraulikkammer konstant gehalten wer
den.
Neben der Funktion der Federeinrichtung 32, mit dem Dros
selkörper 26 ein selbstregulierendes System zu bilden, das
auf Druckänderungen, d. h. Druckverluste im Systemdruckbe
reich, reagieren kann, sorgt die axiale Beweglichkeit des
Drosselkörpers 26 in vorteilhafter Weise auch dafür, daß
der Spalt 27 selbständig gereinigt wird und nicht durch im
Kraftstoff enthaltene Schmutzpartikel zugesetzt wird.
Bei beiden gezeigten Ausführungen ist die von dem Hoch
druckbereich 17 abzweigende Leitung 33 der Befülleinrich
tung 24 mit dem Ventilraum 18 verbunden, in dem das Ventil
schließglied 12 zwischen den Ventilsitzen 14 und 15 beweg
bar ist, und welcher auch in eine Hochdruckleitung inte
griert sein kann.
Abweichend hiervon kann es selbstverständlich auch vorgese
hen sein, daß die von dem Hochdruckbereich 17 abführende
Leitung 33 mit einem Hochdruckzulauf von einer Hochdruck
pumpe zu dem Ventilsteuerraum 2 oder mit anderen Bereichen
im Hochdruckbereich 17, wie zum Beispiel mit dem Ventil
steuerraum oder der Ablaufdrossel 20 strömungsmäßig verbun
den ist.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Fig. 1 bzw. 2 arbei
tet in nachfolgend beschriebener Weise.
Bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor 4, d. h. geschlos
senem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1, wird das
Ventilschließglied 12 an den ihm zugeordneten oberen Ven
tilsitz 14 durch den Hochdruck bzw. Raildruck p_R und die
Feder 31 gepreßt.
Bei langsamer Betätigung, zum Beispiel infolge temperatur
bedingter Längenänderungen des piezoelektrischen Aktors 4
oder weiterer Ventilbauteile, dringt der erste Kolben 9 mit
Temperaturerhöhung in die Hydraulikkammer 13 ein und zieht
sich bei Temperaturabsenkung daraus zurück, ohne daß dies
Auswirkungen auf die Schließ- und Öffnungsstellung des Ventilschließgliedes
12 und des Kraftstoffeinspritzventiles 1
ingesamt hat.
Zur Öffnung des Ventils und damit zur Einspritzung durch
das Kraftstoffeinspritzventil 1 wird der piezoelektrische
Aktor 4 mit Spannung beaufschlagt, so daß sich dieser
schlagartig axial ausdehnt. Dabei stützt sich der piezo
elektrische Aktor 4 an dem Ventilkörper 7 ab und baut einen
Öffnungsdruck in der Hydraulikkammer 13 auf. Wenn das Ven
til 1 durch den Systemdruck p_sys in der Hydraulikkammer 13
im Gleichgewicht ist, bewegt der zweite Kolben 11 das Ven
tilschließglied 12 aus seinem oberen Ventilsitz 14 in eine
Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen 14, 15. Bei
hohem Raildruck p_R ist zum Erreichen des Gleichgewichts
drucks piezoseitig eine größere Kraft erforderlich. Diese
wird durch die Befülleinrichtung 24 aufgebracht, indem bei
hohem Raildruck p_R auch der Druck p_sys in der Hydraulik
kammer 13 entsprechend erhöht wird. Auf diese Weise wird
die piezoseitige Kraft auf das Ventilschließglied 12 bei
gleicher Spannung auf den piezoelektrischen Aktor 4 erhöht,
wobei sich die Krafterhöhung aus dem Systemdruck p_sys und
dem Durchmesser A1 des zweiten Kolbens 11 ergibt. Diese
Krafterhöhung entspricht einer substantiell höheren Span
nung, welche an dem piezoelektrischen Aktor angelegt werden
müßte, so daß die gewonnene Kraftreserve zum Beispiel zur
kleineren Dimensionierung des piezoelektrischen Aktors ge
nützt werden kann.
Sobald das Ventilschließglied 12 entgegen dem Raildruck p_R
seinen unteren Ventilsitz 15 erreicht hat, wird die Bespan
nung des piezoelektrischen Aktors 4 unterbrochen, woraufhin
sich das Ventilglied 12 wieder in seine Mittelstellung be
wegt und abermals eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt.
Gleichzeitig findet über die Befülleinrichtung 23 eine Wie
derbefüllung der Hydraulikkammer 13 auf den Systemdruck
p_sys statt.
Die beschriebenen Ausführungen beziehen sich jeweils auf
ein sogenanntes Doppelsitzventil, jedoch ist die Erfindung
selbstverständlich auch auf einfachschaltende Ventile mit
nur einem Ventilsitz anwendbar.
Claims (11)
1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einer Aktuator-
Einheit (4), insbesondere mit einem piezoelektrischen
Aktuator, zur Betätigung eines in einem Ventilkörper (7)
axial verschiebbaren Ventilglieds (3), dem ein Ventil
schließglied (12) zugeordnet ist, welches mit wenigstens
einem Ventilsitz (14, 15) zum Öffnen und Schließen des
Ventils (1) zusammenwirkt und einen Niederdruckbereich
(16) mit Systemdruck von einem Hochdruckbereich (17)
trennt, wobei das Ventilglied (3) wenigstens einen er
sten Kolben (9) und einen zweiten Kolben (11) aufweist,
zwischen denen eine als hydraulische Übersetzung arbei
tende Hydraulikkammer (13) ausgebildet ist, wobei zum
Ausgleich von Leckverlusten eine mit dem Hochdruckbe
reich (17) verbindbare Befülleinrichtung (24) vorgesehen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Befülleinrichtung
(24) mit wenigstens einem kanalartigen Hohlraum (25)
ausgebildet ist, in dem wenigstens ein Drosselkörper
(26) derart angeordnet ist, daß in den Hohlraum (25) an
einem Ende des Drosselkörpers (26) eine zu dem Hochdruckbereich
(17) führende Leitung (33) mündet, und daß
an dem entgegengesetzten Ende des Drosselkörpers (26)
eine zu der Hydraulikkammer (13) führende Systemdruck-
Leitung (28) abzweigt, wobei sich ein Systemdruck
(p_sys) durch geometrische Festlegung des als Vollkörper
ausgebildeten Drosselkörpers (26), eines ihn umgebenden
Spaltes (27) und der Abmessungen des Kolbens (9), ent
lang dem der Systemdruck p_sys zum Niederdruckbereich ()
hin abgebaut wird, in Abhängigkeit des vorliegenden
Drucks (p_R) im Hochdruckbereich (17) aufbaut.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
wenigstens eine Drosselkörper (26) in dem Hohlraum (25)
axial verstellbar angeordnet ist.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Drosselkörper (26) in dem Hohlraum (25) derart axial be
weglich angeordnet ist, daß der Drosselkörper (26) die
Abzweigung der Systemdruck-Leitung (28) bei Absinken des
Systemdruckes (p_sys) wenigstens teilweise überschnei
det.
4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drosselkörper (26) zur selbsttätigen Korrektur
des Systemdruckes (p_sys) in dem Hohlraum (25) mittels
einer auf der der Systemdruck-Leitung (28) zugewandten
Seite des Drosselkörpers angeordneten Federeinrichtung
(32) axial verschiebbar ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die geometrische Festlegung des Drosselkörpers
(26) und/oder des Kolbens (9), entlang dem der
Systemdruck (p_sys) zum Niederdruckbereich (16) hin ab
gebaut wird, in Abhängigkeit wenigstens der Parameter
Sitzdurchmesser (A2) und Verhältnis des Durchmessers
(A0) des ersten Kolbens (9) zu dem Durchmesser (A1) des
zweiten Kolbens (11) gewählt ist.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Federkraft (F_F) einer Feder (31),
welche zwischen dem Ventilschließglied (12) und einem
dem Hochdruckbereich (17) zugewandten zweiten Ventilsitz
(15) angeordnet ist und das Ventilschließglied (12) bei
Entlastung des Hochdruckbereiches (17) in Schließstel
lung an dem ersten Ventilsitz (14) hält, ein Parameter
zur geometrischen Festlegung des wenigstens einen Dros
selkörpers (26) und des Kolbens (9), entlang dem der Sy
stemdruck (p_sys) zu dem Niederdruckbereich (16) hin ab
gebaut wird, ist.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die geometrische Festlegung derart er
folgt, daß der Systemdruck (p_sys) in der Hydraulikkam
mer (13) stets kleiner ist als ein maximal zulässiger
Systemdruck, wobei der maximal zulässige Systemdruck der
Hydraulikkammer (13) vorzugsweise einem Druck ent
spricht, bei dem eine selbsttätige Ventilöffnung ohne
Betätigung der Aktuator-Einheit (4) eintritt.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der wenigstens eine Drosselkörper (26) als
ein zylindrischer Stift ausgebildet ist, wobei jeweils
der Durchmesser bezogen auf die jeweils umgebende Boh
rung (27, 29) und die Länge des Drosselkörpers (26) und
des Kolbens (9), entlang dem der Systemdruck (p_sys) zu
dem Niederdruckbereich (16) hin abgebaut wird, bei deren
geometrischer Festlegung variiert werden.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zu der Hydraulikkammer (13) führende
Systemdruck-Leitung (28) in diese über einen an die Hy
draulikkammer (13) angrenzenden, den ersten Kolben (9)
umgebenden Spalt (29) und/oder den zweiten Kolben (11)
umgebenden Spalt (30), vorzugsweise über den den ersten
Kolben (9) umgebenden Spalt (29) führt.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Aktuator-Einheit als piezoelektrische
Einheit (4) ausgebildet ist.
11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet
durch seine Verwendung als Bestandteil eines Kraftstoff
einspritzventils für Brennkraftmaschinen, insbesondere
eines Common-Rail-Injektors (1).
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10048933A1 (de) * | 2000-10-04 | 2002-05-02 | Bosch Gmbh Robert | Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten |
FR2832764A1 (fr) * | 2001-11-23 | 2003-05-30 | Bosch Gmbh Robert | Injecteur de carburant a convertisseur hydraulique |
DE10333690A1 (de) * | 2003-07-24 | 2005-02-17 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
DE10333698A1 (de) * | 2003-07-24 | 2005-02-24 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
DE10333696A1 (de) * | 2003-07-24 | 2005-02-24 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
DE10333695A1 (de) * | 2003-07-24 | 2005-03-03 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10043625C2 (de) * | 2000-09-05 | 2003-03-27 | Bosch Gmbh Robert | Hydraulisch übersetztes Ventil |
DE10136186A1 (de) * | 2001-07-25 | 2003-02-06 | Bosch Gmbh Robert | Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten |
DE10148594A1 (de) * | 2001-10-02 | 2003-04-10 | Bosch Gmbh Robert | Brennstoffeinspritzventil |
JP4325589B2 (ja) | 2004-07-06 | 2009-09-02 | 株式会社デンソー | コモンレール用インジェクタ |
CN100432415C (zh) * | 2004-07-06 | 2008-11-12 | 株式会社电装 | 共轨喷油器 |
US7506825B2 (en) * | 2006-05-31 | 2009-03-24 | Caterpillar Inc. | Fuel injector control system |
JP2009287620A (ja) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Ihi Aerospace Engineering Co Ltd | バルブ装置 |
US8500036B2 (en) * | 2010-05-07 | 2013-08-06 | Caterpillar Inc. | Hydraulically amplified mechanical coupling |
DE102010027278B4 (de) * | 2010-07-15 | 2020-07-02 | Metismotion Gmbh | Thermisch volumenneutraler Hubübertrager sowie Dosierventil mit einem solchen Hubübertrager und Verwendung des Dosierventils |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0477400A1 (de) * | 1990-09-25 | 1992-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Anordnung für einen in Hubrichtung wirkenden adaptiven, mechanischen Toleranzausgleich für den Wegtransformator eines piezoelektrischen Aktors |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3648967A (en) * | 1970-11-10 | 1972-03-14 | Physics Int Co | Temperature compensated hydraulic valve |
US4762300A (en) * | 1985-02-19 | 1988-08-09 | Nippondenso Co., Ltd. | Control valve for controlling fluid passage |
US5779149A (en) | 1996-07-02 | 1998-07-14 | Siemens Automotive Corporation | Piezoelectric controlled common rail injector with hydraulic amplification of piezoelectric stroke |
DE29708546U1 (de) * | 1997-05-14 | 1998-09-10 | FEV Motorentechnik GmbH & Co. KG, 52078 Aachen | Elektrischer Festkörperaktuator mit hydraulischer Übersetzung |
DE19743640A1 (de) * | 1997-10-02 | 1999-04-08 | Bosch Gmbh Robert | Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten |
DE19807903C2 (de) | 1998-02-25 | 2001-11-29 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Kraftübertragung |
DE19946830A1 (de) * | 1999-09-30 | 2001-05-03 | Bosch Gmbh Robert | Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten |
DE19946833C2 (de) * | 1999-09-30 | 2002-02-21 | Bosch Gmbh Robert | Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten |
DE19949848A1 (de) * | 1999-10-15 | 2001-04-19 | Bosch Gmbh Robert | Druckübersetzer für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen |
-
2000
- 2000-04-20 DE DE10019765A patent/DE10019765B4/de not_active Expired - Fee Related
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2001
- 2001-03-20 JP JP2001578811A patent/JP2003532002A/ja active Pending
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- 2001-03-20 US US10/018,524 patent/US6719264B2/en not_active Expired - Fee Related
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0477400A1 (de) * | 1990-09-25 | 1992-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Anordnung für einen in Hubrichtung wirkenden adaptiven, mechanischen Toleranzausgleich für den Wegtransformator eines piezoelektrischen Aktors |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10048933A1 (de) * | 2000-10-04 | 2002-05-02 | Bosch Gmbh Robert | Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten |
WO2002029254A3 (de) * | 2000-10-04 | 2002-11-21 | Bosch Gmbh Robert | Ventil zum steuern von flüssigkeiten |
FR2832764A1 (fr) * | 2001-11-23 | 2003-05-30 | Bosch Gmbh Robert | Injecteur de carburant a convertisseur hydraulique |
DE10333690A1 (de) * | 2003-07-24 | 2005-02-17 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
DE10333698A1 (de) * | 2003-07-24 | 2005-02-24 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
DE10333696A1 (de) * | 2003-07-24 | 2005-02-24 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
DE10333695A1 (de) * | 2003-07-24 | 2005-03-03 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
US7290530B2 (en) | 2003-07-24 | 2007-11-06 | Robert Bosch Gmbh | Fuel injection device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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EP1276985A1 (de) | 2003-01-22 |
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US6719264B2 (en) | 2004-04-13 |
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DE102018200500A1 (de) | Kraftstoffinjektor |
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