DE102005025141B3

DE102005025141B3 - Ventil

Info

Publication number: DE102005025141B3
Application number: DE200510025141
Authority: DE
Inventors: Mathias PFLÜGL; Harald Schmidt; Harald W. Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-06-02

Abstract

Ein Ventil umfasst einen Hubaktor (1) und eine Ventilnadel (3). Der Hubaktor (1) ist mit der Ventilnadel (3) so gekoppelt, dass die Ventilnadel (3) axial aus einer Schließposition der Ventilnadel (3) heraus- oder in die Schließposition der Ventilnadel (3) hineinbewegbar ist, abhängig von einem elektrischen Ansteuern des Hubaktors (1). Das Ventil umfasst ferner ein steuerbares Übertragungselement (9), dessen Längsausdehnung variabel ist und das in einem Übertragungsweg zwischen dem Hubaktor (1) und der Ventilnadel (3) angeordnet und mit dem Hubaktor (1) und mit der Ventilnadel (3) gekoppelt ist. Das Ventil ist ausgebildet, das Übertragungselement (9) zum Variieren seiner Längsausdehnung so anzusteuern, dass die Ventilnadel (3) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer, nachdem die Ventilnadel (3) aus ihrer Schließposition herausbewegt wurde, in ihre Schließposition bewegt wird, wenn die Ventilnadel (3) nicht bereits mittels des Hubaktors (1) in ihre Schließposition bewegt wurde.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, das einen Hubaktor und eine Ventilnadel umfasst und bei dem der Hubaktor mit der Ventilnadel so gekoppelt ist, dass die Ventilnadel axial aus einer Schließposition der Ventilnadel heraus oder in die Schließposition der Ventilnadel hinein bewegbar ist, abhängig von einem elektrischen Ansteuern des Hubaktors.
Ist die Ventilnadel direkt mit dem Hubaktor mechanisch gekoppelt, dann besteht zwischen einem Hub des Hubaktors und einem Hub der Ventilnadel ein funktionaler Zusammenhang. Ist der Hubaktor beispielsweise als ein Piezoaktor ausgebildet, dann ist ein Hub des Piezoaktors abhängig von einer dem Piezoaktor zugeführten elektrischen Ladungs- oder Energiemenge. Dem Piezoaktor zugeführte Ladung kann auch dann in dem Piezoaktor gespeichert bleiben, wenn eine elektrische Kopplung des Piezoaktors z.B. mit einer Ansteuereinheit defekt ist. Da der Hub des Piezoaktors abhängig ist von der in dem Piezoaktor gespeicherten Ladung, bleibt der Hub des Piezoaktors entsprechend bestehen. Dies kann jedoch dazu führen, dass das Ventil z.B. in einer Offenposition verbleibt und ein Durchfluss durch das Ventil nicht unterbunden werden kann. Handelt es sich bei dem Ventil beispielsweise um ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine, dann kann in einem solchen Fall die Brennkraftmaschine zerstört werden durch eine zu große Menge an Kraftstoff, die durch das Ventil in einen Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine strömt.

Die DE 195 19 191 A1 offenbart ein Einspritzventil, das einen Piezoaktor und eine Düsennadel aufweist. Der Piezoaktor wirkt auf einen Primärkolben. Die Düsennadel ist mit einem Sekundärkolben gekoppelt, der in einer Bohrung des Primärkolbens geführt ist. In einem Raum, der zwischen dem Primärkolben und dem Sekundärkolben in der Bohrung des Primärkolbens gebildet ist, ist ferner eine Feder vorgesehen, die den Primärkolben und den Sekundärkolben auseinander drückt. Der Raum ist über eine Entlastungsbohrung mit einem Leckageraum verbunden, der mit einem Rücklauf verbunden ist, so dass in den Raum eindringender Kraftstoff dem Rücklauf zugeführt wird. Der Primärkolben wirkt ferner auf eine Tellerfeder ein, die in einem immer mit Kraftstoff gefüllten Arbeitsraum angeordnet ist und die sich gegen ein Gehäuse des Ventils abstützt. Durch ein Auslenken des Piezoaktors gegen eine Kraft der Tellerfeder wird ein Druck in dem Arbeitsraum erhöht, wodurch der Sekundärkolben gegen eine Kraft der Feder in der Bohrung des Primärkolbens bewegt wird und die Düsennadel aus ihrem Sitz hebt. Der Primärkolben und der Sekundärkolben sowie der Primärkolben und das Gehäuse des Ventils sind zueinander mit Passungen gepaart, die leckagebehaftete Spaltdichtungen darstellen, so dass Kraftstoff aus dem Arbeitsraum in den Leckageraum und den Rücklauf entweichen kann.

In der DE 198 21 768 C2 sind eine Dosiervorrichtung und ein Dosierverfahren offenbart. Ein Stellantrieb wirkt auf einen Druckkolben, in dem eine Kolbenkammer ausgebildet ist. In der Kolbenkammer ist ein mit einem Stößel eines Steuerventils verbundener Hubkolben angeordnet. In der Kolbenkammer zwischen dem Druckkolben und dem Hubkolben ist eine Rückstellvorrichtung angeordnet. Die Kolbenkammer ist mit einer Kolbenzuleitung verbunden, über die der Kolbenkammer Fluid zugeführt wird. Ferner ist in der Dosiervorrichtung eine Hydraulikkammer ausgebildet, der das Fluid über eine Passung zwischen dem Druckkolben und dem Hubkolben durch Leckage aus der Kolbenkammer zugeführt wird. Ferner ist ein Befüllventil vorgesehen, über das der Hydraulikkammer Fluid zugeführt werden kann. Durch ein Auslenken des Stellantriebs wird ein Druck in der Hydraulikkammer erhöht und dadurch der Hubkolben gegen eine Kraft der Rückstellvorrichtung in den Druckkolben gedrückt.

In der DE 101 20 709 A1 ist ein Ventil offenbart zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Piezoaktor und einem mechanischen Übersetzer zum Übersetzten eines Hubes des Piezoaktors. Ferner ist ein Steuerventil vorgesehen, das durch den Piezoaktor über den mechanischen Übersetzer, ein Ausgleichselement und ein Zwischenstück betätigt werden kann. Das Steuerventil ist über eine Drossel mit einem Steuerraum verbunden, in dem ein Kolben angeordnet ist, der mit einer Ventilnadel verbunden ist. In einer Offenposition des Steuerventils ist der Steuerraum mit einer Leckölleitung verbunden. Der Steuerraum ist ferner über eine weitere Drossel mit einem Zulauf verbunden, über den dem Steuerraum Kraftstoff zugeführt werden kann.

Die DE 100 02 720 A1 offenbart ein weiteres Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit prinzipiell ähnlichem Aufbau und ähnlicher Funktionsweise wie die DE 101 20 709 A1 .

Die DE 101 04 016 A1 offenbart ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einer als hydraulische Übersetzung arbeitenden Hydraulikkammer, die zum Ausgleich von Leckageverlusten mit Flüssigkeit befüllbar ist. Ein piezoelektrischer Aktor wirkt auf einen ersten Kolben. Ein zweiter Kolben betätigt ein Ventilschließglied. Der erste und der zweite Kolben grenzen an die Hydraulikkammer und sind über diese miteinander gekoppelt. Die Hydraulikkammer ist über eine Drossel mit einem Hochdruckbereich des Ventils verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Ventil zu schaffen, das zuverlässig ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Ventil, das einen Hubaktor und eine Ventilnadel umfasst. Der Hubaktor ist mit der Ventilnadel so gekoppelt, dass die Ventilnadel axial aus einer Schließposition der Ventilnadel heraus oder in die Schließposition der Ventilnadel hinein bewegbar ist abhängig von einem elektrischen Ansteuern des Hubaktors. Das Ventil umfasst ferner ein steuerbares Übertragungselement, dessen Längsausdehnung variabel ist und das in einem Übertragungsweg zwischen dem Hubaktor und der Ventilnadel angeordnet und mit dem Hubaktor und mit der Ventilnadel gekoppelt ist. In dem Übertragungselement ist ein hydraulisches Polster ausbildbar. Zum Variieren der Längsausdehnung des Übertragungselements ist dem hydraulischen Polster ein Fluid zuführbar oder entnehmbar. Das Ventil ist ausgebildet, das Übertragungselement zum Variieren seiner Längsausdehnung so anzusteuern, dass die Ventilnadel nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer, nachdem die Ventilnadel aus ihrer Schließposition herausbewegt wurde, in ihre Schließposition bewegt wird, wenn die Ventilnadel nicht bereits mittels des Hubaktors in ihre Schließposition bewegt wurde. Ferner umfasst das Ventil ein erstes Steuerventil, das mit dem Übertragungselement derart gekoppelt ist, dass dem hydraulischen Polster das Fluid abhängig von einem Öffnungszustand des ersten Steuerventils entnehmbar ist.

Der Vorteil ist, dass das Ventil auch dann zuverlässig geschlossen wird, wenn das elektrische Ansteuern des Hubaktors oder der Hubaktor nicht funktionsfähig ist. Dadurch kann zuverlässig verhindert werden, dass eine zu große Menge eines Mediums zugemessen wird. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass eine zu große Menge an Kraftstoff durch ein Einspritzventil in einen Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine gelangt. Dadurch kann ein Beschädigen der Brennkraftmaschine zuverlässig verhindert werden.

Ferner ist ein einfacher Ausgleich von Toleranzen in dem Übertragungsweg zwischen dem Hubaktor und der Ventilnadel möglich, indem dem hydraulischen Polster des Übertragungsglieds zum Anpassen seiner Längsausdehnung entsprechend der auszugleichenden Toleranz das Fluid zugeführt oder entnommen wird. Zum Bewegen der Ventilnadel in ihre Schließposition nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer kann das hydraulische Polster sehr einfach durch Entnehmen des Fluids abgebaut und die Längsausdehnung des Übertragungselements so verringert werden. Das hydraulische Polster ermöglicht ferner einen verschleißarmen Betrieb.

Ein weiterer Vorteil ist, dass das Zuführen oder Entnehmen des Fluids mittels des ersten Steuerventils einfach steuerbar ist. Beispielsweise kann durch Öffnen des ersten Steuerventils nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer das hydraulische Polster durch Entnehmen des Fluids abgebaut werden, so dass sich die Längsausdehnung des Übertragungselements verringert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Übertragungselement einen ersten und einen zweiten Kolben, die längs einer Achse angeordnet sind und zwischen denen das hydraulische Polster ausbildbar ist. Über den ersten und den zweiten Kolben ist das Übertragungselement so sehr einfach mit dem Hubaktor oder der Ventilnadel koppelbar. Eine Kraftübertragung von dem Hubaktor auf den ersten Kolben sowie von dem zweiten Kolben auf die Ventilnadel ist einfach und zuverlässig möglich. Ferner kann das Übertragungselement so besonders robust ausgebildet sein.

In diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, wenn das Übertragungselement ein Federelement umfasst, das zwischen, dem ersten und dem zweiten Kolben angeordnet ist. Das Federelement übt auf den ersten und den zweiten Kolben eine Federkraft aus, die so gerichtet ist, dass der erste und der zweite Kolben auseinandergedrückt werden. Dadurch kann zuverlässig sichergestellt werden, dass das hydraulische Polster zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben ausgebildet werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Ventil ein hydraulisches Zeitglied, das mit dem ersten Steuerventil gekoppelt ist oder das das erste Steuerventil umfasst. Das hydraulische Zeitglied ist so ausgebildet, dass das erste Steuerventil nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer geöffnet wird, wenn die Ventilnadel nicht bereits mittels des Hubaktors in ihre Schließposition bewegt wurde. Durch das hydraulische Zeitglied kann sehr einfach das erste Steuerventil nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer geöffnet werden.

In diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, wenn das hydraulische Zeitglied einen dritten Kolben umfasst und der dritte Kolben in einer Ausnehmung des Ventils so axial bewegbar angeordnet ist, dass in der Ausnehmung eine Kammer ausgebildet ist durch eine erste axiale Endfläche des dritten Kol bens als ein Teil einer Wandung der Kammer. Der Kammer ist abhängig von einem Öffnungszustand der Ventilnadel Fluid zu führbar. Ein zweites axiales Ende des dritten Kolbens ist derart mit dem ersten Steuerventil gekoppelt, dass das erste Steuerventil abhängig von einem Fluiddruck in der Kammer öffnet, wenn der Fluiddruck einen vorgegebenen Fluiddruck überschreitet, und ansonsten geschlossen ist. Das hydraulische Zeitglied ist ferner so ausgebildet, dass ein Fluidfluss von dem hydraulischen Polster in einem Fluidablauf ermöglicht wird, wenn das erste Steuerventil geöffnet ist, und der Fluidfluss unterbunden ist, wenn das erste Steuerventil geschlossen ist. Ein solches hydraulisches Zeitglied ist einfach und zuverlässig. Der Fluiddruck in der Kammer kann sehr einfach als ein Schaltsignal für das erste Steuerventil genutzt werden.

In diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, wenn zwischen einer Mantelfläche des dritten Kolbens und einer Wandung der Ausnehmung ein Spalt so ausgebildet ist, dass zwischen der Kammer und dem Fluidablauf ein Leckfluss fließen kann. Der Leckfluss ist so groß, dass der Fluiddruck in der Kammer auf einen vorgegebenen Ruhedruck gefallen ist innerhalb einer Zeitdauer zwischen einem Bewegen der Ventilnadel in ihre Schließposition und einem nachfolgenden Bewegen der Ventilnadel aus ihrer Schließposition heraus. Dies hat den Vorteil, dass die vorgegebene Zeitdauer zuverlässig für jeden Ansteuerzyklus des Ventils vorgegeben sein kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Ventil ein zweites Steuerventil, das durch den Hubaktor betätigbar ist. Durch das zweite Steuerventil ist der Kammer das Fluid zuführbar, wenn sich die Ventilnadel in einer Offenposition befindet. Der Vorteil ist, dass die Kammer nur dann mit Fluid gefüllt wird, während sich die Ventilnadel nicht in ihrer Schließposition befindet. So wird in der Kammer der Fluiddruck aufgebaut, während sich die Ventilnadel in ihrer Offenposition befindet. Der Fluiddruck in der Kammer kann genutzt werden, um das erste Steuerventil bei Erreichen des vorgegebenen Fluiddrucks zu öffnen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das hydraulische Zeitglied eine Drossel, die hydraulisch zwischen dem zweiten Steuerventil und der Kammer angeordnet ist. Die Drossel begrenzt einen Fluidfluss von dem zweiten Steuerventil in die Kammer. Dies hat den Vorteil, dass abhängig von einer Dimensionierung der Drossel sehr einfach und zuverlässig die vorgegebene Zeitdauer vorgegeben werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Ventils ist eine axiale Ausdehnung des hydraulischen Polsters mindestens so groß wie ein maximaler Hub der Ventilnadel, wenn das Übertragungselement zum Erhalten des hydraulischen Polsters angesteuert ist. Dies hat den Vorteil, dass die Ventilnadel auch dann durch Entnehmen des Fluids aus dem hydraulischen Polster in ihre Schließposition bewegt werden kann, wenn der Hubaktor seinen maximalen Hub aufweist, indem der Hub der Ventilnadel durch das Entnehmen des Fluids kompensiert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Ventil,
2 ein vergrößerter Ausschnitt aus dem Ventil gemäß 1 und
3 ein Übertragungselement und ein hydraulisches Zeitglied.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Ventil, insbesondere ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine. Das Ventil umfasst einen Hubaktor 1, der beispielsweise als ein Piezoaktor ausgebildet ist. Das Ventil umfasst ferner ein Ausgleichselement 2 und eine Ventilnadel 3. Das Ausgleichselement 2 ist beispielsweise ausgebildet zum Ausgleichen von thermisch bedingten Längenänderungen des Hubaktors 1 oder eines Gehäuses des Ventils, in dem der Hubaktor 1 angeordnet ist. Der Hubaktor 1 ist über das Ausgleichselement 2 mit der Ventilnadel 3 gekoppelt. Das Ventil weist ferner einen Fluidzulauf 4 auf, durch den dem Ventil ein Fluid, z.B. Kraftstoff, zugeführt werden kann. Vorzugsweise wird das Fluid mit einem hohen Fluiddruck zugeführt, z.B. mit 500 bis 2000 bar. Das Ausgleichselement 2 ist bevorzugt in einem Niederdruckbereich des Ventils angeordnet, in dem der Fluiddruck z.B. nur etwa 1 bar beträgt. Der Hubaktor 1 ist bevorzugt durch eine geeignete Dichtung so abgedichtet angeordnet, dass das Fluid nicht zu dem Hubaktor 1 gelangen kann.
In 2 ist ein Ausschnitt aus dem Ventil vergrößert dargestellt. Der Hubaktor 1 wirkt über das Ausgleichselement 2 auf einen Stößel 5 eines zweiten Steuerventils 6 ein. Das zweite Steuerventil 6 ist beispielsweise als ein Kugelventil ausgebildet, kann jedoch auch anders ausgebildet sein. Das zweite Steuerventil 6 ist in diesem Beispiel als ein Kugelventil ausgebildet und weist eine Kugel als Schließkörper auf. Das zweite Steuerventil 6 kann jedoch ebenso anders ausgebildet sein, z.B. als ein Kegelventil. Der Stößel 5 ist über den Schließkörper des zweiten Steuerventils 6 mit einem ersten Hebel 7 gekoppelt. Ein Hub des Hubaktors 1 wird so über das Ausgleichselement 2, den Stößel 5, den Schließkörper des zweiten Steuerventils 6 und den ersten Hebel 7 auf einen ersten Kolben 8 eines Übertragungselements 9 übertragen.
Das Übertragungselement 9 weist ferner einen zweiten Kolben 10 und ein Federelement 11 auf. Zwischen dem ersten Kolben 8 und dem zweiten Kolben 10 ist ein hydraulisches Polster 12 ausbildbar. Das hydraulische Polster 12 ist so ausgebildet, dass der erste Kolben 8 und der zweite Kolben 10 zueinander beabstandet angeordnet sind, wenn das hydraulische Polster 12 mit Fluid gefüllt ist. Der erste Kolben 8 und der zweite Kolben 10 sind durch das hydraulische Polster 12 vorzugsweise so weit voneinander beabstandet, dass ein Abstand zwischen dem ersten Kolben 8 und dem zweiten Kolben 10 bzw. dass eine axiale Ausdehnung des hydraulischen Polsters 12 einem maximalen Hub der Ventilnadel 3 entspricht.
Während des Betriebs des Ventils bleibt das hydraulische Polster 12 vorzugsweise erhalten. Somit wird der Hub des Hubaktors 1 von dem ersten Kolben 8 über das hydraulische Polster 12 auf den zweiten Kolben 10 übertragen. Der zweite Kolben 10 wirkt auf einen zweiten Hebel 13 ein, der mit der Ventilnadel 3 gekoppelt ist und diese abhängig von dem Hub des Hubaktors 1 aus ihrer Schließposition heraus bewegt oder in ihre Schließposition hinein bewegt.
Das Ventil ist so ausgebildet, dass das Übertragungselement 9 bezüglich seiner Längsausdehnung steuerbar ist. Die Längsausdehnung des Übertragungselements 9 ist aufgrund des hydraulischen Polsters 12 variabel. Durch Zuführung von Fluid zu dem hydraulischen Polster 12 oder durch Entnehmen von Fluid aus dem hydraulischen Polster 12 kann die Längsausdehnung des Ü bertragungselements 9 variiert werden. Dazu ist das Übertragungselement 9 in einem Bereich des hydraulischen Polsters 12 über eine erste Leitung 14 mit einem ersten Steuerventil 15 gekoppelt. Das erste Steuerventil 15 ist beispielsweise als ein weiteres Kugelventil ausgebildet und weist beispielsweise eine weitere Kugel als Schließkörper auf. Das erste Steuerventil 15 kann jedoch auch anders ausgebildet sein.
Das Ventil umfasst ferner ein hydraulisches Zeitglied 16. Das hydraulische Zeitglied 16 ist mit dem ersten Steuerventil 15 gekoppelt oder umfasst das erste Steuerventil 15. Durch das hydraulische Zeitglied 16 und das erste Steuerventil 15 ist das Übertragungselement 9 ansteuerbar zum Variieren seiner Längsausdehnung. Das hydraulische Zeitglied 16 weist einen dritten Kolben 17 auf, der in einer Ausnehmung 18 des Ventils angeordnet ist. Durch eine Wandung der Ausnehmung 18 und durch eine erste axiale Endfläche des dritten Kolbens 17, die einen Teil einer Wandung bildet, ist eine Kammer 19 gebildet. Ein zweites axiales Ende des dritten Kolbens 17 ist so mit dem ersten Steuerventil 15 gekoppelt, dass das erste Steuerventil 15 abhängig von einem Fluiddruck in der Kammer 19 öffnet, wenn der Fluiddruck einen vorgegebenen Fluiddruck überschreitet, und ansonsten geschlossen ist.
Der vorgegebene Fluiddruck kann durch ein Verhältnis der ersten axialen Endfläche des dritten Kolbens 17 und einer Fläche, die durch eine Dichtkante 24 des ersten Steuerventils 15 umschlossen ist, vorgegeben werden. Die Dichtkante 24 ist als ein Ventilsitz für den Schließkörper des ersten Steuerventils 15 an dem ersten Steuerventil 15 ausgebildet.
Die Ausnehmung 18 ist in einem der Kammer 19 abgewandten Bereich des dritten Kolbens 17 mit einem Fluidablauf 20 gekop pelt. In dem Fluidablauf 20 herrscht vorzugsweise ein geringer Fluiddruck, z.B. etwa 1 bar. Die Kammer 19 ist hydraulisch über eine zweite Leitung 21 mit dem zweiten Steuerventil 6 gekoppelt. Ist das zweite Steuerventil 6 geöffnet, kann das Fluid durch das zweite Steuerventil 6 und durch die zweite Leitung 21 in die Kammer 19 fließen. Der Stößel 5 weist dazu vorzugsweise in einem dem Schließkörper des zweiten Steuerventils 6 zugewandten Bereich einen geringeren Durchmesser auf als ein einem dem Ausgleichselement 2 zugewandten Bereich.
In der zweiten Leitung 21 ist eine Drossel 23 vorgesehen, durch die ein Fluidfluss von dem zweiten Steuerventil 6 in die Kammer 19 begrenzt ist. Durch eine geeignete Dimensionierung der Drossel 23 kann so vorgegeben werden, wie schnell sich in der Kammer 19 der Fluiddruck aufbaut. Dadurch ist ferner vorgegeben, wie schnell der vorgegebene Fluiddruck zum Öffnen des ersten Steuerventils 15 erreicht werden kann. Das hydraulische Zeitglied 16 ist dadurch so ausgebildet, dass das erste Steuerventil 15 nach einer vorgegebenen Zeitdauer geöffnet wird und das Fluid in dem hydraulischen Polster 12 über die erste Leitung 14 und das erste Steuerventil 15 in den Fluidablauf 20 entleert wird. Durch das Entleeren des hydraulischen Polsters 12 verringert sich die Längsausdehnung des Übertragungselements 9. Bevorzugt verringert sich die Längsausdehnung des Übertragungselements 9 um mindestens den maximalen Hub der Ventilnadel 3. Dadurch wird die Ventilnadel 3 über den zweiten Hebel 13 in ihre Schließposition bewegt, wenn das zweite Steuerventil 6 für mindestens die vorgegebene Zeitdauer geöffnet ist.
Das Entleeren des hydraulischen Polsters 12 soll jedoch nur dann erfolgen, wenn aufgrund einer Störung oder eines Defekts des Hubaktors 1 oder der elektrischen Ansteuerung des Hubaktors 1 die Ventilnadel 3 nicht mehr durch den Hubaktor 1 in ihre Schließposition bewegt werden kann. Somit ist sicherzustellen, dass das erste Steuerventil 15 nur dann öffnet, wenn diese Bedingung erfüllt ist. Dazu muss der Fluiddruck in der Kammer 19 abgebaut werden, während sich die Ventilnadel 3 in ihrer Schließposition befindet. Vorzugsweise ist zwischen dem dritten Kolben 17 und der Wandung der Ausnehmung 18 ein Spalt vorgesehen, der so groß ist, dass der Fluiddruck in der Kammer auf einen vorgegebenen Ruhedruck gefallen ist innerhalb einer minimalen Zeitdauer zwischen einem Bewegen der Ventilnadel 3 in ihre Schließposition und einem nachfolgenden Bewegen der Ventilnadel 3 aus ihrer Schließposition heraus. Der vorgegebene Ruhedruck entspricht beispielsweise dem Fluiddruck in dem Fluidablauf 20, kann jedoch auch einen anderen Fluiddruck aufweisen.
Das Fluid in der Kammer 19 gelangt über den Spalt in den Fluidablauf 20. Die Drossel 23, der Spalt und das Flächenverhältnis der ersten axialen Endfläche des dritten Kolbens 17 und der durch die Dichtkante 24 umschlossenen Fläche müssen so dimensioniert sein, dass der Fluiddruck in der Kammer 19 nach der vorgegebenen Zeitdauer den vorgegebenen Fluiddruck zum Öffnen des ersten Steuerventils 15 erreicht, wenn die Ventilnadel 3 in ihrer Offenposition ist und nicht vor Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer in ihre Schließposition bewegt wurde. Die Drossel 23 ist ferner so dimensioniert, dass auch bei einer maximal vorgesehenen Öffnungszeitdauer des Ventils, d.h. die Ventilnadel 3 befindet sich nicht in ihrer Schließposition, der vorgegebene Fluiddruck zum Öffnen des ersten Steuerventils 15 noch nicht erreicht wird.
Das Übertragungselement 9 ist vorzugsweise in einem Hochdruckbereich des Ventils angeordnet. In dem Hochdruckbereich des Ventils herrscht beispielsweise ein Fluiddruck zwischen 500 und 2000 bar. Der Fluiddruck kann jedoch auch größer oder geringer sein. Das Fluid gelangt bevorzugt entlang eines weiteren Spalts zwischen dem ersten Kolben 8 und einer Wandung eines Körpers, in dem der Kolben 8 und der Kolben 10 axial bewegbar angeordnet und geführt sind, oder des zweiten Kolbens 10 und der Wandung des Körpers in das hydraulische Polster 12. Das Fluid in dem hydraulischen Polster 12 weist somit vorzugsweise ebenfalls den Fluiddruck in dem Hochdruckbereich des Ventils auf.
Das Federelement 11, das beispielsweise eine Federkraft von etwa 10 Newton aufweist, drückt den ersten Kolben 8 und den zweiten Kolben 10 auseinander, so dass die axiale Ausdehnung des hydraulischen Polsters 12 zunimmt, bis der erste Kolben 8 und der zweite Kolben 10 an den ersten Hebel 7 bzw. den zweiten Hebel 13 stoßen. Somit weist das Übertragungselement 9 die größtmögliche Längsausdehnung zwischen dem ersten Hebel 7 und dem zweiten 13 auf. Dadurch können einerseits Toleranzen des Übertragungswegs zwischen dem Hubaktor 1 und der Ventilnadel 3 ausgeglichen werden. Andererseits kann so der Hub des Hubaktors 1 mit nur geringem Verlust auf die Ventilnadel 3 übertragen werden.
Durch einen hohen Fluiddruck in dem Hochdruckbereich des Ventils kann der Fluiddruck in der Kammer 19 schneller aufgebaut werden als durch einen geringeren Fluiddruck in dem Hochdruckbereich des Ventils. Durch die geeignete Dimensionierung der Drossel 23 kann dieser Einfluss des Fluiddrucks in dem Hochdruckbereich auf die Zeitdauer für den Aufbau des Fluiddrucks in der Kammer 19 jedoch verringert sein. Ferner wirkt der hohe Fluiddruck in dem Hochdruckbereich des Ventils über den Schließkörper des ersten Steuerventils 15 dem Öffnen des ersten Steuerventils 15 entgegen. Der vorgegebene Fluiddruck zum Öffnen des ersten Steuerventils 15 ist dadurch entsprechend größer.

Claims

Ventil, – das einen Hubaktor (1) und eine Ventilnadel (3) umfasst, – bei dem der Hubaktor (1) mit der Ventilnadel (3) so gekoppelt ist, dass die Ventilnadel (3) axial aus einer Schließposition der Ventilnadel (3) heraus oder in die Schließposition der Ventilnadel (3) hinein bewegbar ist abhängig von einem elektrischen Ansteuern des Hubaktors (1), – das ein steuerbares Übertragungselement (9) umfasst, dessen Längsausdehnung variabel ist und das in einem Übertragungsweg zwischen dem Hubaktor (1) und der Ventilnadel (3) angeordnet und mit dem Hubaktor (1) und der Ventilnadel (3) gekoppelt ist und in dem ein hydraulisches Polster (12) ausbildbar ist, dem zum Variieren der Längsausdehnung des Übertragungselements (9) ein Fluid zuführbar oder entnehmbar ist, – das ausgebildet ist, das Übertragungselement (9) zum Variieren seiner Längsausdehnung so anzusteuern, dass die Ventilnadel (3) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer, nachdem die Ventilnadel (3) aus ihrer Schließposition herausbewegt wurde, in ihre Schließposition bewegt wird, wenn die Ventilnadel (3) nicht bereits mittels des Hubaktors (1) in ihre Schließposition bewegt wurde, und – das ein erstes Steuerventil (15) umfasst, das mit dem Übertragungselement (9) derart gekoppelt ist, dass dem hydraulischen Polster (12) das Fluid abhängig von einem Öffnungszustand des ersten Steuerventils (15) entnehmbar ist.
Ventil nach Anspruch 1, bei dem das Übertragungselement (9) einen ersten und einen zweiten Kolben (8, 10) umfasst, die längs einer Achse angeordnet sind und zwischen denen das hydraulische Polster (12) ausbildbar ist.
Ventil nach Anspruch 2, bei dem das Übertragungselement (9) ein Federelement (11) umfasst, das zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben (8, 10) angeordnet ist und das auf diese eine Federkraft ausübt, die so gerichtet ist, dass der erste und der zweite Kolben (8, 10) auseinander gedrückt werden.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ein hydraulisches Zeitglied (16) umfasst, das mit dem ersten Steuerventil (15) gekoppelt ist oder das das erste Steuerventil (15) umfasst und das so ausgebildet ist, dass das erste Steuerventil (15) nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer geöffnet wird, wenn die Ventilnadel (3) nicht bereits mittels des Hubaktors (1) in ihre Schließposition bewegt wurde.
Ventil nach Anspruch 4, bei dem – das hydraulische Zeitglied (16) einen dritten Kolben (17) umfasst, – der dritte Kolben (17) in einer Ausnehmung (18) des Ventils so axial bewegbar angeordnet ist, dass in der Ausnehmung (18) eine Kammer (19) ausgebildet ist durch eine erste axiale Endfläche des dritten Kolbens (17) als ein Teil einer Wandung der Kammer (19), – der Kammer (19) abhängig von einem Öffnungszustand der Ventilnadel (3) Fluid zuführbar ist, – ein zweites axiales Ende des dritten Kolbens (17) derart mit dem ersten Steuerventil (15) gekoppelt ist, dass das erste Steuerventil (15) abhängig von einem Fluiddruck in der Kammer (19) öffnet, wenn der Fluiddruck einen vorgegebenen Fluiddruck überschreitet, und ansonsten geschlossen ist, – das hydraulische Zeitglied (16) so ausgebildet ist, dass ein Fluidfluss von dem hydraulischen Polster (12) in einen Fluidablauf (20) ermöglicht wird, wenn das erste Steuerventil (15) geöffnet ist, und der Fluidfluss unterbunden ist, wenn das erste Steuerventil (15) geschlossen ist.
Ventil nach Anspruch 5, bei dem zwischen einer Mantelfläche des dritten Kolbens (17) und einer Wandung der Ausnehmung (18) ein Spalt so ausgebildet ist, dass zwischen der Kammer (19) und dem Fluidablauf (20) ein Leckfluss fließen kann, der so groß ist, dass der Fluiddruck in der Kammer (19) auf einen vorgegebenen Ruhedruck gefallen ist innerhalb einer Zeitdauer zwischen einem Bewegen der Ventilnadel (3) in ihre Schließposition und einem nachfolgenden Bewegen der Ventilnadel (3) aus ihrer Schließposition heraus.
Ventil nach einem der Ansprüche 5 oder 6, das ein zweites Steuerventil (6) umfasst, das durch den Hubaktor (1) betätigbar ist und durch das der Kammer (19) das Fluid zuführbar ist, wenn sich die Ventilnadel (3) in einer Offenposition befindet.
Ventil nach Anspruch 7, bei dem das hydraulische Zeitglied (16) eine Drossel (23) umfasst, die hydraulisch zwischen dem zweiten Steuerventil (6) und der Kammer (19) angeordnet ist und die einen Fluidfluss von dem zweiten Steuerventil (6) in die Kammer (19) begrenzt.
Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine axiale Ausdehnung des hydraulischen Polsters (12) mindestens so groß ist, wie ein maximaler Hub der Ventilnadel (3).