DE19838862A1 - Dosiervorrichtung - Google Patents
DosiervorrichtungInfo
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Abstract
Doesiervorrichtung, aufweisend DOLLAR A - ein Gehäuse (2) mit einem in dessen Innenraum plazierten Piezoaktor (1), DOLLAR A - eine von einem primärseitigen Trennelement (4, 41, 42) und einem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) begrenzte Hydraulikkammer (8), die mit einer Hydraulikflüssigkeit (14) gefüllt ist und die den Innenraum des Gehäuses (2) in eine mit einem Fluid (F) druckbefüllte Fluidkammer (7) und einen Raum für den Piezoaktor (1) untertrennt, DOLLAR A - eine Ventilnadel (5) in der Fluidkammer (7), die mit dem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) verbunden ist, DOLLAR A - einen mit der Hydraulikflüssigkeit (14) gefüllten Hydrospeicher (10) mit einer mindestens teilweise flexiblen Außenwand (101), der mit der Ventilnadel (5) verbunden ist, DOLLAR A - eine gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92), die den Hydrospeicher (10) mit der Hydraulikkammer (8) verbindet, so daß DOLLAR A - eine schnelle Bewegung des Piezoaktors (1) über das primärseitige Trennelement (4, 41, 42) und die Hydraulikkammer (8) auf das sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) und damit auf die Ventilnadel (5) hydraulisch hubtransformiert übertragbar ist, DOLLAR A - über eine gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92) ein Druck (PT) in der Hydraulikkammer (8) vergleichsweise langsam an einen resultieren Druck (PH) im Hydrospeicher (10) angleichbar ist, DOLLAR A - durch die Bewegung der Ventilnadel (5) ein Öffnen und Schließen eines Ventils (16) zur dosierten Abgabe des Fluid (F) steuerbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Dosierung eines Fluids.
Die Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines
Motors stellt eine wirkungsvolle Maßnahme zur weiteren Absen
kung des Verbrauch und der Abgasemission dar. Zur Vermeidung
der mit der Direkteinspritzung verbundenen Nachteile ist ein
spezielles Brennverfahren erforderlich, das sich nur mit ei
nem stark verbesserten Kraftstoffeinspritzer umsetzen läßt.
Aufgrund der sehr kurzen Aufbereitungszeit des Kraftstoffge
misches ist zur Sicherstellung einer ausreichenden Gemisch
aufbereitung und Ladungsschichtung im Brennraum deshalb eine,
unter Umständen sogar mehrfache, Hochdruckeinspritzung von
Kraftstoff geboten.
Die hochpräzise Dosierung einer kleinen Kraftstoffmenge bei
einem hohen Einspritzdruck ist jedoch mit einem konventionel
len elektromagnetischen Einspritzer nur bedingt möglich, bei
spielsweise aufgrund einer vergleichsweise langen Ansprech
dauer. Deshalb ist der Einsatz eines sehr schnell schaltenden
Stellantriebs, z. B. eines piezoelektrischen, elektrostrikti
ven oder magnetostriktiven Aktors, zum Betrieb eines Kraft
stoff-Einspritzventils interessant.
Allerdings wird bei der Integration eines piezoelektrischen
anstelle eines elektromagnetischen Antriebs wegen der vorge
gebenen Randbedingungen eine hohe Anforderung an die Dosier
vorrichtung gestellt. Beispielsweise werden oft gefordert:
- - eine möglichst weitgehende Beibehaltung der etablierten Bauformen,
- - eine Beibehaltung eines nach innen öffnenden Ventils,
- - eine Vergrößerung des Piezohubs durch Hubübersetzung,
- - eine Abdichtung des Piezoaktors gegenüber dem zu dosieren den Fluid,
- - eine Funktionsfähigkeit über einen weiten Temperaturbereich (z. B. -40°C bis +150°C),
- - eine Funktionsfähigkeit über einen weiten Einspritzdruckbe reich (z. B. 0-250 bar bei einem Benzin-Injektor),
- - eine Versagenssicherheit bei Kurzschluß oder Leitungsunter brechung,
- - eine Lebensdauer ≧ 2.109 Betätigungen.
Eine befriedigende Lösung der oben angegebenen Problempunkte,
insbesondere für einen Benzin-Hochdruckinjektor, existiert
bisher nicht.
Aus US-PS 4 725 002 ist ein Dosierventil zur Dosierung von
Flüssigkeiten und Gasen bekannt, das eine Vorrichtung ledig
lich zur Dämpfung und zum Ausgleich einer thermischen Längen
änderung eines Piezoaktors enthält. Die Vorrichtung besteht
aus einem Dämpfungsraum und einem Ausgleichsraum, die über
einen Ringspalt miteinander verbunden sind. Der Dämpfungsraum
ist zwischen einem Gehäuse und einem primärseitigen Pie
zoaktor angebracht. Der Piezoaktor treibt eine Ventilnadel
direkt an.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosier
vorrichtung bereitzustellen, mittels der eine präzise Dosier
ung auch einer kleinen Fluidmenge, auch bei einem hohen Ein
spritzdruck, realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 23
gelöst.
Die Idee der Erfindung basiert darauf, eine schnell schalt
bare Dosiervorrichtung zu verwenden, die einen geschlossenen
und weitgehend druckausgeglichenen hydraulischen Hubtransfor
mator mit integriertem Hydrospeicher verwendet.
Dabei dient als Primärantrieb ein Piezoaktor, der in einem
Gehäuse plaziert ist und der sich an der Innenwand des Gehäu
ses abstützt. Dieser Innenraum wird durch eine Hydraulikkam
mer in eine Fluidkammer und einen Raum für den Piezoaktor
untertrennt.
Die Hydraulikkammer wird von einem primärseitigen und einem
sekundärseitigen Trennelement begrenzt, beispielsweise einer
Membran, einem Kolben oder einem Balg. Sie ist mit einer
unter einem Vordruck stehenden Hydraulikflüssigkeit, z. B. mit
synthetischen oder mineralischen Ölen, Fetten oder Queck
silber gefüllt.
In der mit einem Fluid druckbeaufschlagten Fluidkammer befin
det sich eine Ventilnadel, die mit der Sekundärmembran ver
bunden ist. Durch den Hub der Ventilnadel ist ein Öffnen und
Schließen eines Ventils steuerbar, wodurch Fluid dosiert aus
der Fluidkammer abgebbar ist.
Mit der Ventilnadel ist ein Hydrospeicher verbunden, welcher
eine wenigstens teilweise flexible Außenwand aufweist und der
ebenfalls mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Der
Hydrospeicher und die Hydraulikkammer sind über eine gedros
selte Verbindungsleitung miteinander verbunden, beispiels
weise durch eine sich in der Ventilnadel befindliche Drossel
bohrung.
Eine Bewegung des Piezoaktors wird über das primärseitige
Trennelement und die Hydraulikkammer auf das sekundärseitige
Trennelement und damit auf die Ventilnadel übertragen. Durch
die gedrosselte Verbindungsleitung ist ein sich aufbauender
Druckunterschied zwischen Hydraulikkammer und Hydrospeicher
vergleichsweise langsam ausgleichbar. Ein schneller herge
stellter Druckunterschied, beispielsweise bei einer Betäti
gung des Primärantriebs, wird daher im wesentlichen unge
dämpft vom primärseitigen Trennelement auf das sekundärsei
tige Trennelement übertragen.
Durch die Verbindung der Hydraulikkammer über die gedrosselte
Verbindungsleitung mit dem Hydrospeicher ergibt sich vorteil
hafterweise eine vollständige Kompensation temperaturbeding
ter Längen- und Volumenänderungen sowie von Setzeffekten des
Piezoaktors. Dadurch ist die Funktionsfähigkeit in einem
weiten Temperaturbereich von mindestens -40°C bis 150°C
möglich.
Durch die unter einem Vordruck stehende Hydraulikflüssigkeit
ergibt sich der Vorteil, daß der Piezoaktor unter einer
Druckvorspannung steht. Dies ist besonders vorteilhaft bei
einem keramischen oder keramikähnlichen Piezoaktor, weil die
ser durch eine Zugspannung leicht zerstört wird. Es folgt
eine hohe Lebensdauer der Dosiervorrichtung ≧ 2.109 Betäti
gungen.
Zusätzlich kann zur Druckvorspannung des Piezoaktors ein
Federelement, z. B. eine Rohrfeder oder eine Tellerfeder, vor
gesehen sein, so daß vorteilhafterweise die Druckvorspannung
des Piezoaktors auch bei einem niedrigen Druck des Fluids
oder der Hydraulikflüssigkeit gewährleistet ist.
Die Verwendung eines Niederspannungs-PMAs ("PMA" = "Piezo
electric Multilayer Actor" = Vielschicht-Piezoaktor) ist
unter anderem wegen seiner niedrigen Ansteuerspannung, seiner
hohen mechanischen Steifigkeit und seinen kurzen Schaltzeiten
vorteilhaft.
Auch die Verwendung eines elektrostriktiver oder magneto
striktiven Aktors ist aufgrund der schnellen Betätigungsdauer
denkbar.
Durch eine Verwendung des primärseitigen und des sekundärsei
tigen Trennelementes ist günstigerweise eine beliebige hy
draulische Hubtransformation einstellbar. Zur Hubübersetzung
(Hubverhältnis < 1) zwischen Primärantrieb und Ventilnadel
wird die der Hydraulikflüssigkeit ausgesetzte Oberfläche des
primärseitigen Trennelementes beispielsweise größer ausgelegt
als die der Hydraulikflüssigkeit ausgesetzte Seite des
sekundärseitigen Trennelementes. Eine typische Hubübersetzung
zwischen sekundärseitigem und primärseitigem Trennelement
liegt zwischen 1,5 : 1 und 10 : 1, insbesondere bei 6 : 1. Es ist
aber auch eine Hubuntersetzung (Hubverhältnis < 1) oder eine
Hubtransformation ohne Hubänderung (Hubverhältnis = 1)
denkbar.
Mit Hilfe der unter einem Vordruck stehenden Hydraulikkammer
ist weiterhin ein invertierter piezohydraulischer Betriebsmo
dus zur Bewegungskommutierung vorteilhafterweise möglich, wo
durch die nach innen öffnende Dosierung beibehaltbar ist.
Durch eine entsprechende Auslegung dieses Systems kann die
hydraulische Dosiervorrichtung aber auch zum Betätigen nach
außen öffnender Ventile verwendet werden.
Auch ist durch eine Druckvorspannung des Piezoaktors eine An
steuerung bis in den Bereich negativer (d. h. der Polungs
richtung entgegengesetzter) Spannungen möglich, wodurch sich
günstigerweise ein verbesserter Piezohub ergibt. Die negative
Ansteuerspannung liegt dabei typischerweise in einem Bereich
von bis zu 30% der möglichen positiven Ansteuerspannung.
Bei einer Verwendung eines in einer Bohrung geführten Kolbens
wird vorteilhafterweise der parasitäre Kraftnebenschluß der
Membranen vermieden.
Diese Dosiervorrichtung erreicht zudem durch ihre kompakte
Bauweise, daß bestehende Bauformen für Dosiervorrichtungen
beibehaltbar sind.
Durch den Einsatz des Piezoaktors sind zudem eine sehr
schnelle Schaltzeit von typischerweise 10 µs bis 100 µs mög
lich.
Natürlich ist diese Dosiervorrichtung nicht auf eine Kraft
stoff-Einspritzung beschränkt, z. B. auf eine Benzin-Ein
spritzung, eine Diesel-Einspritzung oder eine Methan-Ein
spritzung für einen Gasmotor. Es sind vielmehr andere Anwen
dungen denkbar, z. B. eine Steuerung eines Hydraulikventils.
So kann ein solches Hydraulikventil zur Steuerung eines
Bremskreislaufes oder zur Dosierung eines aktiven Schwing
ungsdämpfers verwendet werden.
Das Fluid kann eine Flüssigkeit sein, z. B. Wasser, oder ein
Gas, z. B. Druckluft. Bei einer Verwendung der Dosiervor
richtung zur Kraftstoff-Einspritzung ist das Fluid vorteil
hafterweise eine Flüssigkeit wie Benzin, Diesel, Kerosin, Pe
troleum oder Alkohol oder ein Gas wie Methan oder Buthan.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Dosiervor
richtung schematisch näher ausgeführt:
Fig. 1 zeigt eine Dosiervorrichtung,
Fig. 2 zeigt einen Betriebsmodus der Dosiervorrichtung,
Fig. 3 zeigt eine Auslenkung eines Piezoaktors,
Fig. 4 zeigt eine weitere Dosiervorrichtung,
Fig. 5 zeigt eine weitere Dosiervorrichtung,
Fig. 6 zeigt verschiedene dynamische Variablen,
Fig. 7 zeigt den Verlauf von dynamischen Variablen bei einer
typischen Anwendung.
In Fig. 1 ist als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein
Ausführungsbeispiel einer Dosiervorrichtung dargestellt.
Als Antrieb dient ein Piezoaktor 1, der sich mit einer Stirn
seite am Boden der Innenwand eines Gehäuses 2 abstützt. Der
Piezoaktor 1 ist als Niederspannungs-PMA ausgeführt. Mit sei
ner anderen Stirnseite liegt der Piezoaktor 1 über einem
Druckstempel 3 an einem primärseitigen Trennelement 4 an, das
als Primärmembran 41 ausgeführt ist.
Die Verwendung einer Primärmembran 41 ergibt den Vorteil ei
nes einfachen Aufbaus, einer weitgehend verschleißfreien Be
tätigung und einer hohen hydraulischen Dichtigkeit.
In geringem Abstand zur Primärmembran 41 befindet sich ein
sekundärseitiges Trennelement 6 in Form einer Sekundärmembran
61. Der von der Primärmembran 41 und der Sekundärmembran 61
eingeschlossene Raum wird als Hydraulikkammer 8 bezeichnet,
die mit einer Hydraulikflüssigkeit 14 druckbeaufschlagt ist.
Die Hydraulikkammer 8 dient der hydraulischen Kraftübertra
gung zwischen der Primärmembran 41 und der Sekundärmembran
61.
Durch die Hydraulikkammer 8 wird der Innenraum des Gehäuses 2
in eine Fluidkammer 7 und in einen Raum für den Piezoaktor 1
untertrennt. Die Fluidkammer 7 wird über eine Fluidzufuhr 15
mit Fluid F, beispielsweise Kraftstoff, druckbeaufschlagt.
Die Sekundärmembran 61 ist mit einer sich in der Fluidkammer
7 befindlichen Ventilnadel 5 verbunden. Über den Hub der Ven
tilnadel 5, die im geschlossenen Zustand auf einem Ventil
dichtsitz 12 aufliegt, wird das Öffnen und Schließen des Ven
tils 16 gesteuert.
Mit der Ventilnadel 5 ist ein Hydrospeicher 10 verbunden. Der
Hydrospeicher 10 besitzt eine zumindest teilweise flexible
Außenwand 101 und ist über eine gedrosselte Verbindungslei
tung 9, die hier in Form einer in der Ventilnadel 5 vorhan
denen Drosselbohrung 91 ausgeführt ist, mit der Hydraulik
kammer 8 verbunden.
Der Hydrospeicher 10 bewirkt, daß sich eine langfristige,
z. B. durch eine Temperaturänderung bewirkte, Druckänderung
der Hydraulikflüssigkeit 14 nicht wesentlich auf die Funktion
des Antriebs auswirkt, da der Grunddruck P0 im Hydrospeicher
10 nahezu konstant gehalten wird.
So führt eine Temperaturerhöhung zu einer Erhöhung des Drucks
PT in der Hydraulikkammer 8, während im Hydrospeicher 10
durch eine Ausdehnung der mindestens teilweise flexiblen
Außenwand 101 eine Volumenänderung ohne wesentliche Druck
erhöhung stattfindet. Diese Druckdifferenz zwischen Hydrau
likkammer 8 und Hydrospeicher 10 führt wiederum solange zu
einem Ausgleich von Hydraulikflüssigkeit 14 durch die Dros
selbohrung 91, bis der Druck PT in der Hydraulikkammer 8 wie
der auf den Grunddruck P0 abgesunken ist.
Durch die vollständige Anlenkung des Hydrospeichers 10 an der
Ventilnadel 5 haben auch durch einen wechselnden Druck PF des
Fluids F in der Fluidkammer 7 bedingte mechanische Deforma
tionen des Hydrospeichers 10 und die dadurch an den Anlenk
punkten des Hydrospeichers 10 hervorgerufenen Kräfte keinen
signifikanten Einfluß auf die Funktion (d. h. die Kräfte
bilanz) des Antriebs.
Die Drosselbohrung 91 ist so abgestimmt, daß sich eine
schnelle, durch die Ansteuerung des Piezoaktors 1 hervorgeru
fenen Änderungen des Drucks PT in der Hydraulikkammer 8 nur
langsam abbauen.
Das hydraulische System, bestehend u. a. aus dem Hydrospeicher
10, der Hydraulikkammer 8 und der Drosselbohrung 91, ist her
metisch abgedichtet (insbesondere gegenüber dem Fluid F) und
wird einmalig druckbefüllt, bevorzugt bei einem Grunddruck P0
im Bereich von 10-50 bar, bevorzugt mit einem synthetischen
Öl. Das synthetische Öl besitzt den Vorteil, daß es inert und
verschleißfrei ist und bei einer Temperaturänderung eine nur
geringe Änderung seiner Viskosität erfährt.
Die durch den Grunddruck P0 auf die Sekundärmembran 61 wir
kende rückstellende Kraft wird durch ein Federelement 11,
z. B. eine Spiraldruckfeder, geeignet kompensiert und zwar so,
daß einerseits eine ausreichende Schließkraft zum Dichthalten
der Ventilnadel 5 im Ventildichtsitz 12 zur Verfügung steht
und andererseits die Ventilsitzkraft auf einen Wert begrenzt
ist, bei dem eine Beschädigung des Ventildichtsitzes 12 aus
geschlossen ist.
Der Hub der Ventilnadel 5 wird durch einen Anschlag 13 be
grenzt.
Die durch den Grunddruck P0 des hydraulischen Systems (und
gegebenenfalls durch den Druck PF des Fluids F) über die Pri
märmembran 41 auf den Druckstempel 3 und den Piezoaktor 1
ausgeübte Druckkraft dient zur Rückstellung der primärseiti
gen Elemente 1, 3 und zur Vermeidung einer Schädigung des
Piezoaktors 1 durch eine Zugspannung. Zur Druckvorspannung
des Piezoaktors 1 und zur Rückstellung der primärseitigen
Elemente 1, 3 wird vorteilhafterweise ergänzend eine am
Druckstempel 3 angreifende Rohrfeder eingesetzt (ohne Abbil
dung). Die Rohrfeder wird an einem Ende am Gehäuse 2 und am
anderen Ende am Primärkolben 42 befestigt und umschließt den
Piezoaktor 1.
Eine hydraulische Hubübersetzung vom Piezoaktor 1 auf die
Ventilnadel 5 und wird durch eine geeignete Ausgestaltung der
druckwirksamen Flächen von Primärmembran 41 und Sekundärmem
bran 61 erreicht, d. h. daß im Regelfall die Primärmembran 41
einen größeren hydraulisch wirksamen Durchmesser aufweist als
die Sekundärmembran 61. Bevorzugt ist eine Hubübersetzung von
6 : 1, bei einem Hub des Piezoaktors 1 von 40 µm und einem Hub
der Ventilnadel 5 von 240 µm.
Je nach Anforderung kann aber auch eine Hubgleichheit oder -un
tersetzung eingestellt werden.
Bei einer gefüllten Fluidkammer 7 überlagert sich durch die
Nachgiebigkeit der mindestens teilweise flexiblen Außenwand
101 des Hydrospeichers 10 der Druck PF des Fluids F in der
Fluidkammer 7 dem Grunddruck P0 des Hydrospeichers 10 addi
tiv. Somit beträgt der resultierende Druck PH der Hydraulik
flüssigkeit 14 im Hydrospeicher 10 dem additiven Druck P0 +
PF. Da der Druck PH im Hydrospeicher 10 andererseits über die
Drosselbohrung 91 auch in der Hydraulikkammer 8 ansteht, ist
die über der Sekundärmembran 61 abfallende Druckdifferenz
zwischen Hydraulikkammer 8 und Fluidkammer 7 unabhängig von
PF. Hierdurch wird eine von PF unabhängige statische
hydraulische Schließkraft auf die Ventilnadel 5
gewährleistet. Bei einem Druck PF von 0-250 bar, typi
scherweise 100 bar, und einer druckwirksamen Fläche der
Primärmembran 41 von mehr als 100 mm2 ist eine optimale, sehr
hohe und wegunabhängige mechanische Druckvorspannung des
Piezoaktors 1 gegeben. Beispielsweise folgt aus einem
Durchmesser des Piezoaktors 1 von 16 mm, und PF = 100 bar
eine Druckvorspannung am Piezoaktor 1 von 2210 N. Dadurch
wird ein parasitärer mechanischer Flußmechanismus,
beispielsweise durch eine Spaltfederung, minimiert.
Eine Dosierung erfolgt beispielsweise in folgenden, anhand
einer Benzin-Einspritzung in einen Verbrennungsmotor darge
legten Schritten:
Im Grundzustand ist die Fluidkammer 7 drucklos und die Ven tilnadel 5 wird durch den auf die Sekundärmembran 61 wirken den Grunddruck P0 in der Hydraulikkammer 8 (typischerweise P0 = 25 bar) dichtend im Ventilsitz 12 gehalten. Der Piezoaktor 1 ist entladen bzw. kurzgeschlossen.
Im Grundzustand ist die Fluidkammer 7 drucklos und die Ven tilnadel 5 wird durch den auf die Sekundärmembran 61 wirken den Grunddruck P0 in der Hydraulikkammer 8 (typischerweise P0 = 25 bar) dichtend im Ventilsitz 12 gehalten. Der Piezoaktor 1 ist entladen bzw. kurzgeschlossen.
Zum Starten des Verbrennungsmotors wird zunächst Fluid F,
hier Benzin, unter einem Druck PF = 3 bar in die Fluidkammer
7 gefördert. Hierdurch steigen der Druck PH im Hydrospeicher
10 und damit der Druck PT in der Hydraulikkammer 8 gering
fügig auf 28 bar an. Der Differenzdruck zwischen Hydraulik
kammer 8 und Fluidkammer 7 über der Sekundärmembran 61 bleibt
jedoch konstant.
Zur Vorbereitung eines Dosiervorgangs wird der Piezoaktor 1
(über einen hier nicht abgebildeten elektrischen Anschluß)
auf seine Nennbetriebsspannung U0 aufgeladen und im geladenen
Zustand gehalten. Die mit dem Aufladen verbundene axiale Aus
dehnung des Piezoaktors 1 (Längseffekt in die d33-Richtung)
führt zu einem Anstieg des Drucks PT in der Hydraulikkammer 8
und folglich zu einer additiven Schließkraft auf die Ventil
nadel 5. Die zum Aufladen benötigte Pulsform des elektrischen
Signals ist dabei unkritisch.
Mit einer durch die Geometrie der Drosselbohrung 91 und der
Viskosität der Hydraulikflüssigkeit 14 gegebenen Zeitkon
stante (typischerweise 0,1 s-1 s) sinkt der Druck PT in der
Hydraulikkammer 8 innerhalb kurzer Zeit wieder auf sein ur
sprüngliches Druckniveau von PT = PH = 28 bar. Der Grund da
für ist, daß der Hydrospeicher 10 aufgrund seiner teilweise
flexiblen Außenwand 101 durch eine Volumenänderung das ur
sprüngliche Druckniveau PH = 28 bar beibehält. Der Piezoaktor
1 und die von ihm angetriebenen Druckstempel 3 und Pri
märmembran 41 befinden sich nun jedoch in der maximal aus
gelenkten Position (typischer Hub = 20-60 µm).
Ausgehend von dieser Position kann die Dosiervorrichtung
durch eine kurzzeitige Entladung des Piezoaktors 1 geöffnet
werden, wobei die Einspritzdauer proportional zur Entlade
dauer des Piezoaktors 1 ist.
Durch das schnelle Entladen kontrahiert der Piezoaktor 1 um
den Betrag seiner Leerlauf-Auslenkung, was einen Druckabfall
in der Hydraulikkammer 8 unter das Standdruckniveau PH = P0 + PF
und eine entsprechende Druckdifferenz über der Sekundär
membran 61 zur Folge hat. Die dadurch hervorgerufene Kraft
führt zu einer Verschiebung der Sekundärmembran 61 und der an
dieser befestigten Ventilnadel 5 in Richtung des Piezoaktors
1, wodurch sich die Ventilnadel 5 vom Ventildichtsitz 12
abhebt. Dadurch wird das Ventil 16 geöffnet und es fließt
Fluid F aus der Fluidkammer 7 durch eine Öffnung des Gehäuses
2 ab.
Zur vorteilhaften Steigerung der Reproduzierbarkeit der Ein
spritzmenge wird der Hub der Ventilnadel 5 durch einen An
schlag 13 auf definierte Werte begrenzt.
Während der Öffnungsdauer der Dosiervorrichtung gleicht sich
der Druck PT der Hydraulikkammer 8 allmählich wieder an den
Druck PH des Hydrospeichers 10 an, wodurch nach einer gewis
sen Zeit ein selbsttätiges, driftartiges Schließen der
Dosiervorrichtung einsetzt. Dadurch ist im Falle eines Kurz
schlusses oder einer Leitungsunterbrechung zum Piezoaktor 1
ein optimales Versagensverhalten gewährleistet.
Die erforderlichen Einspritzdauern von typischerweise 0,05 ms
bis 10 ms lassen sich durch eine geeignete Abstimmung des
Strömungswiderstandes in der Drosselbohrung 91 auf die Visko
sität der Hydraulikflüssigkeit 14 über den gesamten Tempera
turbereich auf einfache Weise erreichen. Dabei wird vorteil
hafterweise ein synthetisches Öl mit einer geringen Tempera
turabhängigkeit der Viskosität verwendet.
Zum aktiven Beenden des Dosiervorgangs wird der Piezoaktor 1
wieder auf die Nennbetriebsspannung U0 geladen und dadurch
die an der Sekundärmembran 61 befestigte Ventilnadel 5 in den
Ventildichtsitz 12 zurückbewegt. Die leichte Überfüllung der
Hydraulikkammer 10 durch das während der Öffnungsphase des
Ventils 16 in diese hineinströmende Hydraulikflüssigkeit 14
unterstützt vorteilhafterweise ein vollständiges und prell
freies Schließen des Ventils 16.
Nach Erreichen einer Leerlaufdrehzahl des Motors wird, bei
spielsweise mittels einer mechanisch angetriebenen Benzin-Hoch
druckpumpe, über die Zuleitung 15 der Druck in der Fluid
kammer 7 hochgefahren, typischerweise innerhalb von 1-2 Sek
auf typischerweise 100 bar. Über den Hydrospeicher 10 wird
somit das gesamte geschlossenen hydraulische System auf einen
Druck von PH = 125 bar aufgeladen. Der Differenzdruck über
der Sekundärmembran 61 bleibt jedoch weiterhin konstant bei
25 bar.
Zur Unterbindung eines ungewollten Öffnens der Dosiervorrich
tung beim Aufbau des Drucks PF muß der Ausgleichsvorgang zwi
schen Hydrospeicher 10 und Hydraulikkammer 8 schneller von
statten gehen als der Druckaufbau im Hochdrucksystem. Ande
rerseits müssen Drosselwiderstand und Viskosität der Hydrau
likflüssigkeit 14 so aufeinander abgestimmt sein, daß die
geforderte Einspritzdauer sicher erreicht wird. Beides ist
problemlos möglich. Gegebenenfalls besteht die Möglichkeit,
die Geschwindigkeit des Druckanstiegs im Hochdrucksystem
durch Drosseln oder Speichervolumina geeignet zu reduzieren
(ohne Abbildung). Das höhere Niveau des Drucks PF und der
beim Laden bzw. Entladen des Piezoaktors 1 dann auftretende
höhere Differenzdruck ermöglicht prinzipiell einen noch
schnelleren Dosiervorgang (typischerweise tein und taus
< 75 µs).
Beim Abstellen des Motors wird der kapazitive Piezoaktor 1
(typischerweise C ≈ 2,5 µF) zunächst im geladenen Zustand ge
halten, d. h. daß der Injektor weiter geschlossen bleibt.
Durch einen hochohmigen Ableitwiderstand (z. B. 1 MΩ paral
lel zum Piezoaktor 1), der dauerhaft im Signalweg verbleiben
kann, wird der Piezoaktor 1 so langsam entladen und damit zu
rückgestellt, daß ein ungewolltes Öffnen der Dosiervorrich
tung ausgeschlossen ist.
Fig. 2 zeigt einen typischen Betriebsablauf einer Dosiervor
richtung anhand einer am Piezoaktor 1 anliegenden Spannung U
(Ordinate), aufgetragen gegen eine Zeit t (Abszisse).
Im Grundzustand befindet sich die Spannung auf Grundniveau
("Grd."), beispielsweise 0 V. Zur Herstellung einer Betriebs
bereitschaft ("get ready") wird die Spannung U auf eine Nenn
betriebsspannung U0 erhöht. Zur Dosierung ("injection") wird
die Spannung U auf das Grundniveau zurückgefahren, z. B.
durch Ausschalten des Piezoaktors 1, und nach einer Haltezeit
wieder auf die Nennbetriebsspannung U0 hochgefahren.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm der Auslenkung A des druckvorge
spannten Piezoaktors 1 in µm gegen die an ihn angelegte Span
nung U in Volt. Die ohne Pfeile versehene Kurve beschreibt
ein Durchfahren der positiven und negativen Betriebsspannung
des Piezoaktors 1. Dieser wird dabei wechselseitig umgepolt
(Umklappen der Polarisation). Die verwendete Kennlinie des
vorgespannten Piezoaktors 1 ist als eine mit Pfeilen gekenn
zeichnete Schleife dargestellt.
Die relative Längenänderung Δl/l eines auf dem piezoelektri
schen d33-Längseffekt basierenden Piezoaktors 1 der Länge l
beträgt typischerweise 0,10%-0,14%. Zur Vermeidung einer
Umpolung wird der Piezoaktor 1 herkömmlicherweise ausschließ
lich mit einer positiven Betriebsspannung in Polungsrichtung
betrieben (schraffierter Bereich). Es ergibt sich in dieser
unipolaren Betriebsart eine positive Längenänderung Δln bei
einer Spannungsdifferenz ΔUn.
Der erweiterte Betriebsbereich des druckvorgespannten Piezo
aktors 1 ermöglicht demgegenüber eine kurzzeitige
Aussteuerung bis in den negativen Spannungsbereich. Dadurch
wird eine deutlich höhere relative Längenänderung Δli bis zu
0,3 Δln bei einer entsprechenden Spannungsdifferenz ΔUi
erreicht. Vor einer Umpolarisation wird die Betriebsspannung
jedoch wieder hochgefahren. Der erweiterte Betriebsbereich
ergibt einen Vorteil hinsichtlich der Aktorbaugröße und der
Herstellungskosten. Eine solche Betriebsweise ist zulässig,
weil der Piezoaktor 1 die überwiegende Zeit (während der Ein
spritzpausen) durch die anliegende Nennbetriebsspannung U0
jeweils nachpolarisiert wird.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Dosiervorrich
tung als Seitenansicht in Schnittdarstellung.
Hier sind das primärseitige Trennelement 4 bzw. das sekundär
seitige Trennelement 6 in Form eines in einer Bohrung des Ge
häuses 1 geführten Primärkolbens 42 bzw. Sekundärkolbens 62
ausgeführt.
Der Primärkolben 42 liegt mit einer Stirnseite auf Anlage mit
dem Piezoaktor 1 und begrenzt mit seiner dem Piezoaktor 1
entgegengesetzten Stirnseite die Hydraulikkammer 8.
Auf der dem Primärkolben 42 gegenüberliegenden Seite wird die
Hydraulikkammer 8 durch einen Sekundärkolben 62 begrenzt. Der
Hydrospeicher 10 wird durch die flexible Außenwand 101 und
das Gehäuse gebildet. Die Ventilnadel 5 reicht durch Hydrau
likkammer 8, die über die Passung 92 zwischen Gehäuse 2 und
Sekundärkolben 62 gedrosselt mit der Hydraulikkammer 8
hydraulisch in Verbindung steht. Die Passung 92 in Form eines
Ringspaltes übt die Funktion eines Strömungswiderstandes aus.
Sie entspricht der Funktion der Drosselbohrung 91.
Die teilweise flexible Außenwand 101 des Hydrospeichers 10
ist am Gehäuse 2 und an der Ventilnadel 5 fixiert. Die durch
den Druck P0 bzw. PH im Hydrospeicher 10 auf die mindestens
teilweise flexible Außenwand 101 ausgeübte Kraft wird durch
ein Federelement 11, bevorzugt eine Spiraldruckfeder, soweit
kompensiert, daß eine zum Dichthalten des Ventils 16 noch
ausreichende Schließkraft übrigbleibt. Dies geschieht
dadurch, daß das unter einem Druck stehende Federelement 11
sich am Gehäuse 2 und an der Ventilnadel 5 abstützt.
Der Doppelkolbenantrieb besitzt günstigerweise im Unterschied
zur Verwendung einer Membran keinen parasitären Kraftneben
schluß, wodurch der hydraulische Wirkungsgrad höher liegt.
Die Passung zwischen Gehäuse 2 und Primärkolben 42 wird be
vorzugt durch einen Dichtring 17, vorzugsweise aus Elastomer
material, hydraulisch abgedichtet, so daß keine Hydraulik
flüssigkeit 14 an den Piezoaktor 1 gelangt. Der Dichtring 17
wird zur Gewährleistung einer hohen hydraulischen Steifigkeit
mit hohem Verpreßgrad in eine Nut des Primärkolbens 42
eingebaut. Bedingt durch den geringen Hub des Piezoaktors l
wird der Dichtring 17 lediglich elastisch verformt, so daß
vorteilhafterweise keine Gleitreibung auftritt, die zu einem
Verschleiß des Dichtrings 17 führen könnte. Außer einem
Dichtring 17 kann beispielsweise auch eine Sicke aus Metall
oder Gummi verwendet werden.
Der Primärkolben 42 ist mit einem sehr geringen lateralen
Spiel in das Gehäuse 2 eingepaßt (typischerweise mit einem
Spaltmaß im Bereich einiger Mikrometer). Hierdurch wird die
Einwirkung der in der Hydraulikkammer 8 auftretenden Druck
spitze auf den Dichtring 17 gering gehalten. Zur Verhinderung
einer Spalteinwanderung des Dichtringes 17 kann ein zusätzli
cher Stützring vorgesehen werden (ohne Abbildung).
Ebenso ist der Sekundärkolben 62 mit nur geringem lateralen
Spiel in das Gehäuse 2 eingepaßt.
Die Position des Piezoaktors 1 kann gehäuseseitig über eine
entlang der Bohrung verschiebbare Scheibe 18 und eine daran
anliegende Verschiebevorrichtung 19, beispielsweise eine
Schraube, verstellt werden.
Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispieles ist der Ar
beitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles
grundsätzlich analog. Eine Biegung der Membranen 41, 61 wird
hier durch eine Verschiebung der Kolben 42, 62 ersetzt. In
diesem Ausführungsbeispiel fällt der Druckstempel 3 weg.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Dosiervor
richtung als Schnittdarstellung in Seitenansicht. Hier wird
eine kombinierte kolben- und membranhydraulische Hubübertra
gung verwendet.
Die primärseitigen Elemente Piezoaktor 1, Druckstempel 3 und
Primärmembran 41 entsprechen den in Fig. 1 aufgezeichneten
Elementen. Die sekundärseitigen Elemente wie beispielsweise
der Sekundärkolben 62, Hydrospeicher 10 und Passung 92 ent
sprechen dabei den entsprechenden Elementen aus Fig. 4. Der
Betrieb dieses Ausführungsbeispieles geschieht entsprechend
der Wirkweise der in Fig. 1 und Fig. 4 beschriebenen Ele
mente.
Es kann auch eine beliebige andere Kombination geeigneter
Trennelemente 4, 6 verwendet werden, z. B. mittels Metall
bälgen oder Schläuchen.
Fig. 6 zeigt Zustandsgrößen der Dosiervorrichtung, aufge
tragen gegen die Zeit t, bei der Herstellung einer Betriebs
bereitschaft (Fig. 6a und 6b) sowie während eines längeren
Spannungsabfalls am Piezoaktor 1 (Fig. 6c und 6d).
Fig. 6a zeigt die am Piezoaktor 1 anliegende Spannung U, die
von einem Grundniveau U = 0 V ab einer Zeit t = 0 s auf die
Nennbetriebsspannung U0 ansteigt.
Fig. 6b zeigt die auf die Ventilnadel 5 durch die Betätigung
des Piezoaktors 1 in Fig. 6a zusätzlich wirkende Schließ
kraft FN (maximal ca. 88 N) beim initialen Laden des Piezo
aktors 1. Diese Schließkraft FN klingt innerhalb von 20 ms
auf unter 10% des maximalen Wertes ab.
Fig. 6c zeigt die am Piezoaktor 1 angelegte Spannung U an,
aufgetragen gegen die Zeit t für einen längeren Spannungsab
fall.
Die Spannung U sinkt von der Nennbetriebsspannung U0 auf das
Grundniveau ab, beispielsweise zum Öffnen des Ventils 16 oder
bei einem Ausfall der am Piezoaktor 1 anliegenden Spannung U,
und steigt danach bei t = 0,25 s wieder auf U0 an.
Fig. 6d zeigt das zu Fig. 6c gehörige Diagramm des Hubs uV
der Ventilnadel 5, aufgetragen gegen die Zeit t. Man erkennt
deutlich das selbsttätige Zurückdriften der Ventilnadel 5 in
nerhalb von 140 ms bei einer extrem langen Betätigungsdauer,
wie sie z. B. bei einer Fehlfunktion des Piezoaktors auftritt.
Fig. 7 illustriert das erwartete Schaltverhalten anhand des
in der Hydraulikkammer 8 auftretenden Drucks PT in MPa (Fig.
7a) und der dazu korrespondierenden Kraft FN auf die Ventil
nadel 5 in beliebigen Einheiten (Fig. 7b), aufgetragen je
weils gegen die gleiche Zeit t.
Fig. 7a zeigt zu Beginn der Auftragung einen Druck PT ent
sprechend dem Grunddruck P0 in der Hydraulikkammer 8 von ca.
3 MPa (links) an, wobei die Fluidkammer 7 drucklos betrieben
wird (Abschnitt I). Eine erste Druckspitze a mit einem
Druckanstieg auf PT ≈ 13 MPa und einem folgenden Druckabfall
wird aufgrund des anfänglichen Aufladens des Piezoaktors 1
erzeugt.
Mit weiter fortschreitender Zeit t (in Richtung nach rechts)
werden Druckschwankungen für Dosiervorgänge Z im drucklosen
Zustand der Fluidkammer 7 (Abschnitt I) und Dosiervorgänge L,
M während eines Druckaufbaus (Abschnitt II) in der Fluidkam
mer 7 gezeigt. Wenn in der Fluidkammer 7 ein gewünschter
Hochdruckzustand (Abschnitt III) erreicht ist, wird die
Hydraulikkammer 8 stärker belastet, beispielsweise indem der
Piezoaktor 1 mit einer höheren Spannung beaufschlagt wird
oder schneller angesteuert wird. Im Hochdruckzustand ist die
Gefahr einer Kavitation in der Hydraulikkammer 8 vernachläs
sigbar. Man erkennt, daß die Höhe der Druckschwankungen in
den Abschnitten I und II im wesentlichen konstant gehalten
wird.
Nach einem Ausschalten b des Motors tritt ein Druckabfall c
in der Hydraulikkammer 8 bis auf den Grunddruck P0 = 3 MPa
auf.
In Fig. 7b ist die dem Verlauf von Fig. 7a analoge Kraft FN
auf die Ventilnadel 5 aufgetragen.
Nach einer anfänglichen Schließkraft FN,0 auf die Ventilnadel
5 kommt es beim anfänglichen Aufladen des Piezoaktors 1 zu
einer Kraftspitze d, die analog zur Druckspitze a des Drucks
PT ist.
Die darauf folgenden Schwankungen der Kraft FN sind wiederum
analog und korrespondieren mit den Druckschwankungen des
Drucks PT. Das Vorzeichen von FN entspricht einem Öffnen und
Schließen des Ventils 16. Im Gegensatz zum Druck PT ist die
Kraft FN unabhängig vom Druck PF des Fluids F in der Fluid
kammer 7. Dies zeigt deutlich die vorteilhafte Wirkung des
Hydrospeichers 10 zur schnellen und präzisen Steuerung der
Dosierung von Fluid.
Nach dem Ausschalten des Verbrennungsmotors fällt die Kraft
FN auf die Ventilnadel 5 wieder auf die anfängliche Schließ
kraft FN,0 zurück.
Der Primärantrieb der Dosiervorrichtung in ist selbstver
ständlich nicht auf einen piezoelektrischen Aktor beschränkt.
Vielmehr kann auch ein geeigneter elektro- oder magnetostrik
tiver Aktor eingesetzt werden.
Die Form der Dosiervorrichtung ist nicht auf die in den Aus
führungsbeispielen dargestellt Form beschränkt. Es kann bei
spielsweise von der weitgehend axialsymmetrischen Form abge
wichen werden, wobei aber meist ein Verlust des Wirkungsgra
des hingenommen werden muß.
Beispielsweise kann der Piezoaktor schräg auf die primärsei
tige Trennvorrichtung (4, 41, 42) auftreffen, oder die primär
seitige Trennvorrichtung (4, 41, 42) und die sekundärseitige
Trennvorrichtung (6, 61, 62) sind seitlich zueinander versetzt
oder angewinkelt.
Claims (34)
1. Dosiervorrichtung, aufweisend
- - ein Gehäuse (2) mit einem in dessen Innenraum plazierten Stellantrieb,
- - eine von einem primärseitigen Trennelement (4, 41, 42) und einem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) begrenzte Hydraulikkammer (8), die mit einer Hydraulikflüssigkeit (14) gefüllt ist und die den Innenraum des Gehäuses (2) in eine mit einem Fluid (F) druckbefüllbare Fluidkammer (7) und einen Raum für den Stellantrieb trennt,
- - eine Ventilnadel (5) in der Fluidkammer (7), die mit dem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) verbunden ist,
- - einen mit der Hydraulikflüssigkeit (14) gefüllten Hydro speicher (10) mit einer mindestens teilweise flexiblen Außenwand (101), der mit der Ventilnadel (5) verbunden ist,
- - eine gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92), die den
Hydrospeicher (10) mit der Hydraulikkammer (8) verbindet,
so daß - - eine schnelle Bewegung des Stellantriebs über das primär seitige Trennelement (4, 41, 42) und die Hydraulikkammer (8) auf das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) und damit auf die Ventilnadel (5) hydraulisch übertragbar ist,
- - über die gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92) ein Druck (PT) in der Hydraulikkammer (8) langsam an einen Druck (PH) im Hydrospeicher (10) angleichbar ist,
- - durch die Bewegung der Ventilnadel (5) ein Öffnen und Schließen eines Ventils (16) zur dosierten Abgabe des Fluid (F) steuerbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die schnelle Bewegung
des Stellantriebs hydraulisch hubtransformiert auf das
sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) übertragbar ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der
der Stellantrieb ein Piezoaktor (1), ein elektrostriktiver
Aktor oder ein magnetostriktiver Aktor ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der
das primärseitige Trennelement (4) eine Primärmembran (41)
ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der
zwischen Stellantrieb und Primärmembran (41) ein Druckstempel
(3) angebracht ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der
das primärseitige Trennelement (4) ein Primärkolben (42) ist,
welcher in einer Bohrung des Gehäuses (2) verschiebbar ange
bracht ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der
die Passung zwischen Primärkolben (42) und Gehäuse (2) mit
tels eines Dichtringes (17) hydraulisch abdichtbar ist.
8. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, bei der
das sekundärseitige Trennelement (6) eine Sekundärmembran
(61) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der
die gedrosselte Verbindungsleitung (9) in Form einer durch
die Ventilnadel (5) geführten Drosselbohrung (91) realisier
bar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei der
der Hydrospeicher (10)
- - durch die flexible Außenwand (101) und einen Teil der Ven tilnadel (5) gebildet wird und
- - sich innerhalb der Fluidkammer (7) befindet.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der
das sekundärseitige Trennelement (6) ein Sekundärkolben (62)
ist, welcher in einer weiteren Bohrung des Gehäuses (2) ver
schiebbar angebracht ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der
die gedrosselte Verbindungsleitung (9) in Form einer leckage
behafteten Passung (92) zwischen Sekundärkolben (62) und Ge
häuse (1) realisierbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, bei der
der Hydrospeicher (10)
- - durch die flexible Außenwand (101), einen Teil der Wand der Fluidkammer (7) und einen Teil der Ventilnadel (5) gebildet wird und
- - am Gehäuse (2) und der Ventilnadel (5) befestigt ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
der mittels mindestens eines Federelementes (11) eine von dem
sekundärseitigen Trennelement (6) auf die Ventilnadel (5)
ausgeübte Kraft mindestens teilweise kompensierbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der
das Federelement (11) im Fluidraum (7) angebracht ist und
sich einerseits am Gehäuse (2) und andererseits an der Außen
wand des Hydrospeichers (10) abstützt.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
der zur Druckvorspannung des Stellantriebs eine Rohrfeder
oder Tellerfeder vorhanden ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
der die Hydraulikflüssigkeit (14) ein synthetisches Öl ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
der die Ventilnadel (5) im geschlossenen Zustand dichtend auf
einem Ventildichtsitz aufliegt, so daß die Fluidkammer (7)
gegen einen Außenraum abdichtbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
der der Stellantrieb ein Vielschicht-Piezoaktor (1) ist.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
der der Hub der Ventilnadel (5) durch einen Anschlag (13) be
grenzbar ist.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur
Kraftstoff-Einspritzung.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Fluid (F) Benzin,
Diesel, Kerosin, Petroleum Alkohol oder Methan ist.
23. Verfahren zur Dosierung von Fluid, bei dem
- - der Innenraum eines Gehäuses (2) durch eine Hydraulikkammer (8) in eine Fluidkammer (7) und einen Raum für einen Stellantrieb untertrennt wird, wobei die Hydraulikkammer (8) von einem primärseitigen Trennelement (4, 41, 42) und ei nem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) begrenzt wird und mit einer Hydraulikflüssigkeit (14) druckbeaufschlagt wird,
- - eine in der Fluidkammer (7) befindliche Ventilnadel (5) mit dem sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) verbunden wird,
- - ein mit einer teilweise flexiblen Außenwand versehener Hydrospeicher (10) mit der Hydraulikflüssigkeit (14) ge füllt und mit der Ventilnadel (5) verbunden wird,
- - der Hydrospeicher (10) über eine gedrosselte Verbindungs
leitung (9, 91, 92) mit der Hydraulikkammer (8) hydraulisch
verbunden wird,
so daß - - eine schnelle Bewegung des Stellantriebs über das primär seitige Trennelement (4, 41, 42) und die Hydraulikkammer (8) auf das sekundärseitigen Trennelement (6, 61, 62) und damit auf die Ventilnadel (5) hydraulisch übertragen wird,
- - über die gedrosselte Verbindungsleitung (9, 91, 92) ein Druck (PT) in der Hydraulikkammer (8) vergleichsweise langsam an einen resultierenden Druck (PH) im Hydrospeicher (10) ange glichen wird,
- - über die Bewegung der Ventilnadel (5) ein Öffnen und Schließen eines Ventils (16) zur dosierten Abgabe von Fluid (F) gesteuert wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem
- - in Ruhestellung der Stellantrieb elongiert wird, wodurch die Hydraulikkammer (8) zusammengedrückt wird, und das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) so in Richtung der Fluidkammer (7) bewegt wird, daß die Ventilnadel (5) das Ven til (16) verschließt,
- - zu Beginn eines Dosiervorgangs der Stellantrieb kontra hiert wird, wodurch die Hydraulikkammer (8) entlastet wird, so daß das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) in Richtung der Hydraulikkammer (8) bewegt wird, wodurch die Ventilnadel (5) das Ventil (16) öffnet, und Fluid (F) dosiert aus der Fluidkammer (7) in den Außenraum abgegeben wird,
- - zur Beendigung des Dosiervorgangs der Stellantrieb elon giert wird, wodurch die Hydraulikkammer (8) wieder zusammen gedrückt wird, so daß das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) in Richtung der Fluidkammer (7) bewegt wird, wodurch die Ventilnadel (5) das Ventil (16) schließt.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, bei der die schnelle
Bewegung des Piezoaktors (1) hydraulisch hubtransformiert auf
das sekundärseitige Trennelement (6, 61, 62) übertragen wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei der
als Stellantrieb ein Piezoaktor (1), ein elektrostriktiver
Aktor oder ein magnetostriktiver Aktor eingesetzt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, bei dem
das primärseitige Trennelement (4) eine Primärmembran (41)
ist, deren Auslenkung durch die Bewegung des Stellantriebs
gesteuert wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, bei dem
das primärseitige Trennelement (4) ein Primärkolben (41) ist,
dessen Verschiebung durch die Bewegung des Stellantriebs
gesteuert wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, bei dem
das sekundärseitige Trennelement (6) eine Sekundärmembran
(61) ist, deren Auslenkung durch den Druck der Hydraulikflüs
sigkeit (14) in der Hydraulikkammer (8) gesteuert wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, bei dem
das sekundärseitige Trennelement (6) ein Sekundärkolben (62)
ist, dessen Auslenkung durch den Druck der Hydraulikflüssig
keit (14) in der Hydraulikkammer (8) gesteuert wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, bei dem
ein Grunddruck (P0) der Hydraulikflüssigkeit (14) 10 bis 50
bar beträgt.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, bei dem
ein Druck (PF) des Fluids (F) 0 bis 250 bar beträgt.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, bei dem
der Piezoaktor (1) 20 µm bis 60 µm ausgelenkt wird.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 33, bei dem
die Ventilnadel (5) 60 µm bis 360 µm ausgelenkt wird.
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