DE19939478C1 - Valve for regulation of fluids, e.g. for fuel injection valves has separate hydraulic converter with third piston element between pressure chambers - Google Patents

Valve for regulation of fluids, e.g. for fuel injection valves has separate hydraulic converter with third piston element between pressure chambers

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Abstract

The valve has a piezo actuator (2) and a hydraulic converter. The converter has two piston elements and a first hydraulic pressure chamber (5). It also has a second pressure chamber (6) and a third piston element (7), located between the pressure chambers. A converter surface (8) of the third piston element facing the first pressure chamber, is larger than its converter surface (9) facing the second chamber. The third piston element is pre-tensioned by a plate spring (4). The piezo actuator is connected to the first pressure chamber via a separate piston.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssig­ keiten gemäß der Gattung des Patentanspruches 1. In der EP 0 477 400 A1 ist ein derartiges Ventil beschrieben. Dort ist in einer Stufenbohrung des Ventilgehäuses ein Be­ tätigungskolben des Ventilglieds in einem Teil der Stufen­ bohrung mit kleinerem Durchmesser verschiebbar angeordnet. Ein durch einen Piezoaktor bewegbarer größerer Kolben ist in einem Teil der Stufenbohrung mit größerem Durchmesser angeordnet. Zwischen den beiden Kolben ist ein mit einem Druckmedium gefüllter hydraulischer Druckraum angeordnet, so daß eine hydraulische Übersetzung einer Bewegung des Piezos erfolgt. D. h., infolge der Längenausdehnung des Piezos macht, wenn der größere Kolben durch den Piezoaktor um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird, der Betätigungs­ kolben des Ventilglieds einen um das Übersetzungsverhältnis der Kolbendurchmesser vergrößerten Hub, da der Kolben des Piezoaktors eine größere Fläche als der Betätigungskolben des Ventilglieds aufweist. Dabei liegen das Ventilglied, der Betätigungskolben des Ventilglieds, der durch den Piezoaktor bewegte Kolben und der Piezoaktor auf einer gemeinsamen Achse hintereinander. The invention relates to a valve for controlling liquid keiten according to the genus of claim 1. In the Such a valve is described in EP 0 477 400 A1. There is a Be in a stepped bore of the valve housing Actuating piston of the valve member in part of the stages bore with a smaller diameter slidably arranged. A larger piston is movable by a piezo actuator in part of the stepped bore with a larger diameter arranged. Between the two pistons is one with one Hydraulic pressure chamber filled with pressure medium, so that a hydraulic translation of a movement of the Piezos is done. That is, due to the linear expansion of the Piezos does when the larger piston passes through the piezo actuator is moved by a certain distance, the actuation piston the valve member one around the gear ratio the piston diameter increased stroke because the piston of the Piezo actuator a larger area than the actuating piston of the valve member. The valve member lies the actuating piston of the valve member, which by the Piezo actuator moving pistons and the piezo actuator on one common axis in a row.  

Demnach entspricht eine optimale Ausgestaltung eines Ventils mit Piezoaktor und hydraulischer Übersetzung einem wie in Fig. 5 dargestellten Ventil 1. Das Ventil 1 umfaßt einen in einem Gehäuse 3 angeordneten Piezoaktor 2 mit einer ersten Übersetzungsfläche 22, einen hydraulischen Druckraum 5 und ein Ventilglied 10. Das Ventilglied 10 umfaßt ein zum Druckraum 5 hin gerichtetes Kolbenelement 11 mit einer zweiten Übersetzungsfläche 12 und einen Ventillagerbereich 13, welcher an einem Ventilkörpersitz 14 einen Durchlaß von einer Leitung 16 zu einer Leitung 17 verschließen kann. Das Ventilglied 10 ist mittels einer Ventilfeder 15 in Offenstellung gehalten. Üblicherweise liegen die infolge der Verwendung eines Piezos bedingte Übersetzung bei ca. 1 : 6 bis 1 : 8, um einen ausreichenden Hub des Ventilglieds zu erreichen. Als Medium des hydraulischen Druckraums 5 wird dabei häufig Kraftstoff verwendet.Accordingly, an optimal configuration of a valve with a piezo actuator and hydraulic transmission corresponds to a valve 1 as shown in FIG. 5. The valve 1 comprises a piezo actuator 2 arranged in a housing 3 with a first transmission surface 22 , a hydraulic pressure chamber 5 and a valve member 10 . The valve member 10 comprises a piston element 11 directed towards the pressure chamber 5 with a second transmission surface 12 and a valve bearing area 13 which can close a passage from a line 16 to a line 17 on a valve body seat 14 . The valve member 10 is held in the open position by means of a valve spring 15 . Usually, the translation due to the use of a piezo is approximately 1: 6 to 1: 8 in order to achieve a sufficient stroke of the valve member. Fuel is often used as the medium of the hydraulic pressure chamber 5 .

Eine derart optimale Anordnung des Ventils läßt sich jedoch nicht immer verwirklichen, da häufig nur ein geringer Platzbedarf im Motorraum vorhanden ist und die Ventile bei­ spielsweise für Wartungsarbeiten auch möglichst einfach er­ reichbar sein sollten. Daher muß die Ventilausgestaltung im allgemeinen wie in Fig. 4 schematisch dargestellt reali­ siert werden. Dabei ist am Druckraum 5 ein hydraulisches Rohr 19 vorgesehen, welches zur Überbrückung der infolge der verschiedenen Einbauorte relativ weit voneinander entfernt angeordneten Piezoaktors 2 und des Ventilglieds 10 dient. Diese räumliche Trennung des Piezoaktors 2 und des Ventilglieds 10 verursacht eine signifikante Verringerung der möglichen Schaltzeit des Ventils. Dadurch wird insbesondere die Systemdynamik verschlechtert, d. h. die Eigenfrequenz bzw. die Steifigkeit des Systems sinkt. Wird der Piezoaktor zusätzlich noch mit Zeitkonstanten (z. B. eine Rampe) angesteuert, die nicht der Eigenfrequenz des Systems entsprechen, überschwingt das System stark.Such an optimal arrangement of the valve, however, cannot always be realized, since often only a small space is required in the engine compartment and the valves should also be as easy as possible for example for maintenance work. Therefore, the valve design must generally be realized as shown schematically in Fig. 4. In this case, a hydraulic pipe 19 is provided on the pressure chamber 5 , which serves to bridge the piezo actuator 2 and the valve member 10 which are arranged relatively far apart due to the different installation locations. This spatial separation of the piezo actuator 2 and the valve member 10 causes a significant reduction in the possible switching time of the valve. This in particular worsens the system dynamics, ie the natural frequency or the rigidity of the system decreases. If the piezo actuator is additionally controlled with time constants (e.g. a ramp) that do not correspond to the natural frequency of the system, the system overshoots strongly.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demnach darin, bei einem Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, bei dem der Piezoaktor bauraumbedingt räumlich getrennt vom Ventilglied angeordnet ist, die Steifigkeit im Hydrauliksystem und damit einhergehend die Systemdynamik zu verbessern. The object underlying the invention is therefore therein, with a valve for controlling liquids, at which the piezo actuator is spatially separated from Valve member is arranged, the rigidity in Hydraulic system and the associated system dynamics improve.  

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkma­ len des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß bei Verwendung der hydraulischen Übersetzung trotz der räumlichen Trennung von Piezoaktor und Ventilglied eine signifikante Erhöhung der Eigenfrequenz bzw. der Steifigkeit des Systems erreicht werden kann. Durch das Ersetzen des im Stand der Technik verwendeten hydraulischen Rohrs durch ein zusätzliches Kolbenelement (drittes Kolbenelement) wird das Totvolumen im System deutlich verringert, was zu einer signifikanten Verbesserung der Systemdynamik führt. Insbesondere können die Schaltzeiten des Ventils deutlich verkürzt werden. Auch wird eine verbesserte Steifigkeit der Kopplung zwischen Piezoaktor und Ventilglied erreicht.The valve according to the invention with the characteristic feature len of claim 1 has the advantage that when using the hydraulic transmission despite the spatial separation of piezo actuator and valve member significant increase in natural frequency or Stiffness of the system can be achieved. By the Replacing the hydraulic used in the prior art Tube through an additional piston element (third Piston element), the dead volume in the system becomes clear decreased, resulting in a significant improvement in System dynamics leads. In particular, the switching times of the valve can be significantly shortened. Also one improved stiffness of the coupling between the piezo actuator and valve member reached.

In besonders vorteilhafter Weise sind gemäß Patentanspruch 2 die den jeweiligen Druckräumen zugeordneten Übersetzungsflächen des dritten Kolbenelements ungleich. Durch eine derartige Stufung der Durchmesser des dritten Kolbenelements können zusätzlich Änderungen des Übersetzungsverhältnisses verwirklicht werden. Allgemein ist insbesondere die Wahl eines möglichst großen Durchmessers des dritten Kolbenelements vorteilhaft, um die Steifigkeit der Kopplung zu erhöhen. Gemäß der Ausgestaltung der Erfindung in Patentanspruch 4 können die beiden Übersetzungsflächen des dritten Kolbenelements auch gleich groß sein, so daß keine zusätzliche Änderung des Übersetzungsverhältnisses durch das dritte Kolbenelement verwirklicht wird.In a particularly advantageous manner are according to claim 2 assigned to the respective pressure rooms Translation areas of the third piston element unequal. By such a gradation the diameter of the third Piston element can also change the Translation ratio can be realized. Generally is especially the choice of the largest possible Diameter of the third piston element advantageous to the Increase rigidity of the coupling. According to the Embodiment of the invention in claim 4 can two translation surfaces of the third piston element too be the same size, so that no additional change of the Gear ratio through the third piston element is realized.

In besonders vorteilhafter Weise ist gemäß Patentanspruch 5 das dritte Kolbenelement mittels einer Feder vorgespannt. According to patent claim 5, it is particularly advantageous the third piston element is biased by a spring.  

Dadurch läßt sich nach Beendigung des Hubs des Piezoaktors das dritte Kolbenelement wieder einfach in seine ursprüngliche Ausgangsposition zurückbewegen. Als Feder kann dabei vorteilhaft eine Tellerfeder oder eine Schraubenfeder verwendet werden.This means that after the stroke of the piezo actuator has ended the third piston element again simply in his Move back to the original starting position. As a feather can advantageously be a disc spring or a Coil spring can be used.

In der vorteilhaften Ausgestaltung des Ventils gemäß Patentanspruch 8 ist das dritte Kolbenelement über eine Feder mit dem zweiten Kolbenelement verbunden. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen Ventils, da die zur Vorspannung des dritten Kolbenelements verwendete Feder einfach im zweiten Druckraum angeordnet werden kann.In the advantageous embodiment of the valve according to Claim 8 is the third piston element over a Spring connected to the second piston element. This enables a simple structure of the invention Valve, since it is used to preload the third piston element used spring simply arranged in the second pressure chamber can be.

Vorteilhaft kann gemäß der Ausgestaltung des Ventils nach Patentanspruch 9 der Piezoaktor über einen separaten Kolben mit dem ersten Druckraum in Verbindung stehen. Dadurch kann die für den Piezoaktor wirksame, mit dem Druckraum in Ver­ bindung stehende Fläche unabhängig von dem Durchmesser des Piezos vergrößert werden.According to the configuration of the valve can advantageously Claim 9 of the piezo actuator via a separate piston communicate with the first pressure chamber. This can the effective for the piezo actuator, with the pressure chamber in ver bonded area regardless of the diameter of the Piezos can be enlarged.

In besonders vorteilhafter Weise ist gemäß Patentanspruch 10 das dritte Kolbenelement fluiddicht zwischen den beiden Druckräumen angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders steife Kopplung von Piezoaktor und Ventilglied, wodurch die Systemdynamik deutlich verbessert wird.In a particularly advantageous manner is according to claim 10 the third piston element fluid-tight between the two Pressure rooms arranged. This enables a special stiff coupling of the piezo actuator and valve member, which makes the System dynamics is significantly improved.

Zeichnungdrawing

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Er­ findung dargestellt. Die Ausführungsbeispiele werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: In the drawing, several embodiments of the He shown. The embodiments are in the following description explained in more detail. Show it:  

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Stellventils für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figure 1 is a schematic sectional view of a control valve for a fuel injection valve according to a first embodiment of the invention.

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Steilventils für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 is a schematic sectional view of a ball valve for a fuel injection valve according to a second embodiment of the present invention;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Kraft­ stoffeinspritzventils mit einem erfindungsgemäßen Stellven­ til; Fig. 3 is a schematic sectional view of a fuel injection valve with a Stellven valve according to the invention;

Fig. 4 ein Ventil mit hydraulischer Übersetzung gemäß dem Stand der Technik und Fig. 4 shows a valve with hydraulic translation according to the prior art and

Fig. 5 eine theoretisch optimale Ausgestaltung eines Ven­ tils mit hydraulischer Übersetzung. Fig. 5 shows a theoretically optimal design of a valve with hydraulic translation.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel findet das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten Anwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem Einspritzpumpe und die Einspritzdüse eine Einheit bildet (sogenannte Pumpe-Düse-Einheit (PDE)). In Fig. 1 ist eine Stelleinrichtung für eine derartige Pumpe-Düse- Einheit gezeigt. Das als Stelleinrichtung verwendete Ventil 1 umfaßt einen in einem Gehäuse 3 angeordneten Piezoaktor 2 und einen mit einem Druckmedium gefüllten ersten Druckraum 5. Weiter umfaßt das erfindungsgemäße Ventil 1 einen zweiten Druckraum 6 sowie ein drittes Kolbenelement 7. Das dritte Kolbenelement 7 ist fluiddicht zwischen dem ersten Druckraum 5 und dem zweiten Druckraum 6 angeordnet und weist Übersetzungsflächen 8 und 9 auf, welche jeweils einem der beiden Druckräume 5, 6 zugeordnet sind (vgl. Fig. 1).In the first exemplary embodiment shown in FIG. 1, the valve according to the invention for controlling liquids is used in a fuel injection system in which the injection pump and the injection nozzle form a unit (so-called pump-nozzle unit (PDE)). In Fig. 1, an actuator for such a pump-nozzle unit is shown. The valve 1 used as the actuating device comprises a piezo actuator 2 arranged in a housing 3 and a first pressure chamber 5 filled with a pressure medium. Furthermore, the valve 1 according to the invention comprises a second pressure chamber 6 and a third piston element 7 . The third piston element 7 is arranged in a fluid-tight manner between the first pressure chamber 5 and the second pressure chamber 6 and has transmission surfaces 8 and 9 , which are each assigned to one of the two pressure chambers 5 , 6 (cf. FIG. 1).

Weiter steht der zweite Druckraum 6 mit einem Ventilglied 10 in Verbindung. Das Ventilglied 10 besteht aus einem zweiten Kolbenelement 11, welches eine zum Druckraum 6 zugewandte Übersetzungsfläche 12 aufweist, sowie einen Ventilauflagerbereich 13, welcher in Verbindung mit einem Ventilkörpersitz 14 einen Durchlaß zwischen einer mit der Einspritzdüse verbundenen Leitung 16 und einer mit einem Niederdruckbereich des Systems verbundenen Leitung 17 ver­ schließen kann. Das Ventilglied 10 ist über eine Feder 15 vorgespannt, so daß es im nicht betätigten Zustand in Offenstellung verbleibt. Die vorher genannten Elemente können sowohl in einer Achse hintereinander als auch beliebig disaxial angeordnet werden.The second pressure chamber 6 is also connected to a valve member 10 . The valve member 10 consists of a second piston element 11 , which has a transmission surface 12 facing the pressure chamber 6 , and a valve support area 13 , which in connection with a valve body seat 14, a passage between a line 16 connected to the injection nozzle and a line connected to a low-pressure area of the system Line 17 can close ver. The valve member 10 is biased by a spring 15 so that it remains in the open position in the non-actuated state. The above-mentioned elements can be arranged one behind the other as well as any disaxial.

Somit umfaßt der hydraulische Übersetzer des ersten Ausführungsbeispiels als erstes Kolbenelement die dem ersten Druckraum 5 zugewandte Seite des Piezoaktors 2 mit der Übersetzungsfläche 22, als zweites Kolbenelement den dem zweiten Druckraum 6 zugewandten Bereich 11 des Ventilglieds 10 mit der Übersetzungsfläche 12 sowie das dritte Kolbenelement 7 mit den Übersetzungsflächen 8 und 9. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist weiterhin das dritte Kolbenelement 7 mit dem Ventilglied 10 über eine Feder 4 verbunden. Die Feder 4 dient zur Vorspannung des Kolben­ elements 7, so daß dieses nach einer Veränderung seiner Position infolge einer Betätigung des Ventils 1 wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt.Thus, the hydraulic translator of the first exemplary embodiment comprises, as the first piston element, the side of the piezo actuator 2 with the transmission surface 22 facing the first pressure chamber 5 , as the second piston element the region 11 of the valve member 10 with the transmission surface 12 facing the second pressure chamber 6 and the third piston element 7 translation areas 8 and 9 . As shown in FIG. 1, the third piston element 7 is also connected to the valve member 10 via a spring 4 . The spring 4 serves to preload the piston element 7 so that it returns to its starting position after a change in its position as a result of actuation of the valve 1 .

WirkungsweiseMode of action

Die Wirkungsweise des Ventils 1 ist wie folgt. Wenn der Piezoaktor 2 angesteuert wird, verändert er seine Länge, so daß eine in den ersten Druckraum 5 reichende Übersetzungs­ fläche 22 des Piezoaktors 2 einen Druck auf das im Druckraum 5 befindliche Medium ausübt. Dieser Druck wird entsprechend dem Durchmesser des dritten Kolbenelements 7 auf den zweiten Druckraum 6 und dann auf das Ventilglied 10 übertragen. Dadurch gelangt das Ventilglied 10 in seine Schließposition, so daß die Verbindung zwischen den beiden Leitungen 16 und 17 unterbrochen ist. Dadurch wird ein Druckaufbau in einem nicht dargestellten Einspritzventil ermöglicht, und Kraftstoff kann in den Verbrennungsraum eingespritzt werden. Wird die Ansteuerung des Piezoaktors 2 beendet, verkürzt dieser wieder seine Länge und das Kolbenelement 7 sowie das Ventilglied 10 werden infolge der durch die Federn 15 bzw. 4 ausgeübten Kraft wieder in ihre Ausgangspositionen zurückgestellt. Dadurch wird die Verbindung zwischen den beiden Leitungen 16 und 17 wieder geöffnet, so daß die Einspritzeinheit wieder mit dem Niederdruckbereich verbunden ist und der an der Einspritzdüse aufgebaute Druck zusammenbricht. Dadurch ist ein Druckaufbau im Einspritzsystem nicht mehr möglich und die Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsraum ist abgeschlossen.The operation of the valve 1 is as follows. When the piezo actuator 2 is actuated, it changes its length, so that a translation surface 22 reaching into the first pressure chamber 5 of the piezo actuator 2 exerts a pressure on the medium located in the pressure chamber 5 . This pressure is transmitted to the second pressure chamber 6 and then to the valve member 10 in accordance with the diameter of the third piston element 7 . This brings the valve member 10 into its closed position, so that the connection between the two lines 16 and 17 is interrupted. This enables pressure to build up in an injection valve (not shown) and fuel can be injected into the combustion chamber. If the actuation of the piezo actuator 2 is terminated, the actuator shortens its length again and the piston element 7 and the valve member 10 are returned to their starting positions due to the force exerted by the springs 15 and 4 , respectively. As a result, the connection between the two lines 16 and 17 is opened again, so that the injection unit is reconnected to the low-pressure region and the pressure built up at the injection nozzle breaks down. As a result, it is no longer possible to build up pressure in the injection system and the injection of fuel into the combustion chamber is completed.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Teile bzw. Teile mit ähnlicher Wirkung sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Der Aufbau des Ventils 1 des zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Kolbenelement 7, welches zwischen zwei Druckräumen 5 und 6 angeordnet ist, entspricht im wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels. Ein Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel liegt insbesondere in der Ausgestaltung des dritten Kolbenelements 7. Genauer weist das dritte Kolbenelement 7 zwei Durchmesser D1 und D2 auf, so daß das Kolbenelement 7 die Form eines gestuften Kolbens aufweist. Dabei ist der erste Durchmesser D1 deutlich größer als der zweite Durchmesser D2. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das dritte Kolbenelement 7 in einer gestuften Bohrung ange­ ordnet, welche den beiden Durchmessern D1 und D2 des Kolbenelements 7 entspricht. Die gestufte Bohrung weist einen Absatz auf, an welcher eine Feder 4 anliegt, um das dritte Kolbenelement 7 nach Betätigung des Ventils 1 wieder in seine Ausgangsstellung zurückzubringen. Dabei ist die Feder 4 sicher in dem größeren Durchmesser der gestuften Bohrung geführt. Im beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Schraubenfeder als Feder 4 verwendet, es kann jedoch auch z. B. eine Tellerfeder oder eine andere Feder verwendet werden. Die Wirkungsweise des Ventils 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem des ersten Ausführungsbeispiels, so daß auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann.In FIG. 2, a second embodiment of a valve according to illustrated the present invention. The same parts or parts with a similar effect are designated with the same reference numerals as in Fig. 1. The structure of the valve 1 of the second embodiment with a piston element 7 , which is arranged between two pressure chambers 5 and 6 , corresponds essentially to that of the first embodiment. A difference from the first exemplary embodiment lies in particular in the configuration of the third piston element 7 . More precisely, the third piston element 7 has two diameters D 1 and D 2 , so that the piston element 7 has the shape of a stepped piston. The first diameter D 1 is significantly larger than the second diameter D 2 . As shown in Fig. 2, the third piston element 7 is arranged in a stepped bore, which corresponds to the two diameters D 1 and D 2 of the piston element 7 . The stepped bore has a shoulder on which a spring 4 rests in order to bring the third piston element 7 back into its starting position after actuation of the valve 1 . The spring 4 is securely guided in the larger diameter of the stepped bore. In the second embodiment described, a coil spring is used as the spring 4 , but it can also be used, for. B. a plate spring or another spring can be used. The operation of the valve 1 according to the second embodiment corresponds essentially to that of the first embodiment, so that a detailed description can be dispensed with.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein als Pumpe-Düse-Ein­ heit ausgebildetes Ventil 1 besteht aus einer Pumpeneinheit und einer Steuereinheit. Die Steuereinheit umfaßt einen in einem Gehäuse 3 angeordneten Piezo 2. Der Piezo steht mit einer ersten Übersetzungsfläche 22 mit einem ersten Druck­ raum 5 in Verbindung. Weiter ist ein zweiter Druckraum 6 und ein drittes Kolbenelement 7 vorgesehen, welches zwischen dem ersten Druckraum 5 und dem zweiten Druckraum 6 angeordnet ist. Das Kolbenelement 7 weist eine mit dem ersten Druckraum 5 in Verbindung stehende Übersetzungsfläche 8 und eine mit dem zweiten Druckraum 6 in Verbindung stehende zweite Übersetzungsfläche 9 auf. Eine an der zweiten Übersetzungsfläche 9 angeordnete Feder 4 bringt das Kolbenelement 7 nach einer Betätigung des Piezoaktors 2 wieder in seine Ausgangsstellung zurück.In Fig. 3, a third embodiment is shown according to the present invention. A designed as a pump-nozzle unit 1 consists of a pump unit and a control unit. The control unit comprises a piezo 2 arranged in a housing 3 . The piezo is connected to a first pressure surface 22 with a first pressure chamber 5 . Furthermore, a second pressure chamber 6 and a third piston element 7 are provided, which is arranged between the first pressure chamber 5 and the second pressure chamber 6 . The piston element 7 has a standing with the first pressure chamber 5 in conjunction translation surface 8 and a standing with the second pressure chamber 6 in conjunction second transmission surface. 9 A spring 4 arranged on the second transmission surface 9 returns the piston element 7 to its starting position after actuation of the piezo actuator 2 .

Weiter steht der zweite Druckraum 6 mit einem Ventilglied 10 in Verbindung. Das Ventilglied 10 ist einstückig ausgebildet und umfaßt ein Kolbenelement 11 sowie einen Ventilauflagerbereich 13. Das Kolbenelement 11 weist eine Übersetzungsfläche 12 auf, welche mit dem zweiten Druckraum 6 in Verbindung steht. Das Ventilglied 10 ist über eine Feder 15 vorgespannt und kann durch Verschließen eines Durchlasses an einem Ventilkörpersitz 14 die Verbindung zwischen einer Kraftstoffeinspritzleitung 16 und einer Leitung 17 zu einem Niederdruckbereich verschließen. Weiter umfaßt das Ventil 1 einen Kolben (Plunger) 18, um einen Einspritzdruck aufzubauen sowie eine über eine Ventilfeder 27 vorgespannte Einspritzventilnadel 26. Die Einspritzventilnadel 26 verschließt die zum Verbrennungsraum führende Einspritzöffnung.The second pressure chamber 6 is also connected to a valve member 10 . The valve member 10 is formed in one piece and comprises a piston element 11 and a valve support area 13 . The piston element 11 has a transmission surface 12 which is connected to the second pressure chamber 6 . The valve member 10 is biased by a spring 15 and can close the connection between a fuel injection line 16 and a line 17 to a low pressure area by closing a passage on a valve body seat 14 . The valve 1 further comprises a piston (plunger) 18 in order to build up an injection pressure and an injection valve needle 26 biased by a valve spring 27 . The injection valve needle 26 closes the injection opening leading to the combustion chamber.

WirkungsweiseMode of action

Wenn der Piezoaktor 2 angesteuert wird, wird über den ersten Druckraum 5, das Kolbenelement 7 und dem zweiten Druckraum 6 ein Druck aufgebaut, welcher auf das Ventilglied 10 wirkt. Dieses wird entgegen der Kraft der Ventilfeder 15 in seine Schließposition auf dem Ventilkörpersitz 14 bewegt. Dadurch ist die Verbindung zwischen der Kraftstoffleitung 16 und der Leitung 17, welche zu einem Niederdruckbereich des Systems führt, unterbrochen. Dadurch kann der Kolben 18 in der Leitung 16 einen Druck aufbauen, wodurch die Ventilnadel 26 gegen die Kraft der Ventilfeder 27 von ihrem Ventilsitz 28 abgehoben wird, so daß Kraftstoff in den Verbrennungsraum ein­ gespritzt werden kann. Wird der Piezoaktor 2 nicht mehr an­ gesteuert, verkürzt sich der Piezo wieder, so daß kein Druckaufbau mehr in der Stelleinheit erfolgt. Somit wird das Ventilglied 10 durch die Kraft der Ventilfeder 15 wieder von seinem Ventilsitz 14 abgehoben, so daß die Verbindung zwischen den beiden Leitungen 16 und 17 wieder geöffnet ist. Dadurch bricht der Druck in der Kraft­ stoffleitung 16 zusammen, so daß die Ventilnadel 26 durch die Kraft der Ventilfeder 27 wieder auf ihren Ventilsitz 28 bewegt wird, so daß der Einspritzvorgang abgeschlossen ist. Somit bestimmt der Schließzeitpunkt der Stelleinheit den Einspritzbeginn des Kraftstoffeinspritzventils und die Schließdauer der Stelleinheit bestimmt die Einspritzmenge, welche in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Da die Stelleinheit infolge der Verwendung des dritten Kolbenele­ ments 7 nur ein sehr geringes Totvolumen aufweist, wird eine hohe Systemdynamik trotz der räumlichen Trennung des Piezoaktors 2 und des Ventilgliedes 10 erreicht. Weiter kann dadurch auch die Schaltzeit des Einspritzventils verbessert werden, was eine genauere Einspritzung ermöglicht.When the piezo actuator 2 is activated, a pressure is built up via the first pressure chamber 5 , the piston element 7 and the second pressure chamber 6 , which pressure acts on the valve member 10 . This is moved against the force of the valve spring 15 into its closed position on the valve body seat 14 . As a result, the connection between the fuel line 16 and the line 17 , which leads to a low-pressure region of the system, is interrupted. As a result, the piston 18 can build up a pressure in the line 16, as a result of which the valve needle 26 is lifted from its valve seat 28 against the force of the valve spring 27 , so that fuel can be injected into the combustion chamber. If the piezo actuator 2 is no longer controlled, the piezo shortens again, so that no pressure build-up takes place in the actuating unit. Thus, the valve member 10 is lifted again from its valve seat 14 by the force of the valve spring 15 , so that the connection between the two lines 16 and 17 is opened again. As a result, the pressure in the fuel line 16 collapses, so that the valve needle 26 is moved back to its valve seat 28 by the force of the valve spring 27 , so that the injection process is completed. Thus, the closing time of the actuating unit determines the start of injection of the fuel injection valve and the closing duration of the actuating unit determines the injection quantity that is injected into the combustion chamber. Since the actuating unit has only a very small dead volume due to the use of the third piston element 7 , high system dynamics is achieved despite the spatial separation of the piezo actuator 2 and the valve member 10 . Furthermore, the switching time of the injection valve can also be improved thereby, which enables a more precise injection.

Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich auch bei anders ausgestalteten Ventilen mit einem hydraulischen Übersetzer verwendet werden, bei denen insbesondere eine räumliche Trennung zwischen den ersten und zweiten Kolbenelementen des hydraulischen Übersetzers notwendig ist. Auch ist es möglich, mehrere Druckräume sowie zwischen den Druckräumen angeordnete Kolbenelemente zwischen dem Piezoaktor 2 und dem Ventilglied 10 vorzusehen, wenn dies insbesondere aufgrund der geometrischen Verhältnisse im Motorraum notwendig ist.The present invention can of course also be used in valves of a different design with a hydraulic translator, in which in particular a spatial separation between the first and second piston elements of the hydraulic translator is necessary. It is also possible to provide a plurality of pressure chambers and piston elements arranged between the pressure chambers between the piezo actuator 2 and the valve member 10 if this is necessary in particular because of the geometric conditions in the engine compartment.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele ge­ mäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.The preceding description of the exemplary embodiments ge according to the present invention is for illustrative purposes only Purposes and not for the purpose of restricting the Invention. Various are within the scope of the invention Changes and modifications possible without the scope of Invention as well as leaving its equivalents.

Claims (10)

1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Piezoaktor (2) und einem hydraulischen Übersetzer, wobei der hydraulische Übersetzer einen ersten hydraulischen Druckraum (5), ein erstes Kolbenelement mit einer ersten Übersetzungsfläche (22) und ein zweites Kolbenelement (11) mit einer zweiten Übersetzungsfläche (12) aufweist, wobei über den hydraulischen Übersetzer ein mit dem zweiten Kolbenelement (11) in Verbindung stehendes Ventil­ glied (10) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der hy­ draulische Übersetzer einen zweiten Druckraum (6) und mindestens ein zwischen dem ersten Druckraum (5) und dem zweiten Druckraum (6) angeordnetes drittes Kolbenelement (7) aufweist.1. Valve for controlling liquids with a piezo actuator ( 2 ) and a hydraulic translator, the hydraulic translator having a first hydraulic pressure chamber ( 5 ), a first piston element with a first transmission surface ( 22 ) and a second piston element ( 11 ) with a second Has translation surface ( 12 ), wherein the hydraulic translator a with the second piston element ( 11 ) in connection valve member ( 10 ) can be actuated, characterized in that the hydraulic translator a second pressure chamber ( 6 ) and at least one between the first Pressure chamber ( 5 ) and the second pressure chamber ( 6 ) arranged third piston element ( 7 ). 2. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß eine dem ersten Druckraum (5) zuge­ wandte Übersetzungsfläche (8) des dritten Kolbenelements (7) un­ gleich einer dem zweiten Druckraum (6) zugewandten Übersetzungs­ fläche (9) des dritten Kolbenelements (7) ist.2. Valve for controlling liquids according to claim 1, characterized in that one of the first pressure chamber ( 5 ) facing translation surface ( 8 ) of the third piston element ( 7 ) un equal to the second pressure chamber ( 6 ) facing translation surface ( 9 ) of the third piston element ( 7 ). 3. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die dem ersten Druckraum (5) zuge­ wandte Übersetzungsfläche (8) des dritten Kolbenelements (7) größer als die dem zweiten Druckraum (6) zugewandte Über­ setzungsfläche (9) des dritten Kolbenelements (7) ist. 3. Valve for controlling liquids according to claim 2, characterized in that the first pressure chamber ( 5 ) facing translation surface ( 8 ) of the third piston element ( 7 ) larger than the second pressure chamber ( 6 ) facing translation surface ( 9 ) of the third piston element ( 7 ). 4. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die dem ersten Druckraum (5) zuge­ wandte Übersetzungsfläche (8) des dritten Kolbenelements (7) gleich groß wie die dem zweiten Druckraum (6) zugewandte Über­ setzungsfläche (9) des dritten Kolbenelements (7) ist.4. Valve for controlling liquids according to claim 1, characterized in that the first pressure chamber ( 5 ) facing translation surface ( 8 ) of the third piston element ( 7 ) is the same size as the second pressure chamber ( 6 ) facing translation surface ( 9th ) of the third piston element ( 7 ). 5. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Kolbenelement (7) mittels einer Feder (4) vorgespannt ist.5. Valve for controlling liquids according to one of claims 1 to 4, characterized in that the third piston element ( 7 ) is biased by a spring ( 4 ). 6. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (4) als Tellerfeder ausgebildet ist.6. Valve for controlling liquids according to claim 5, characterized in that the spring ( 4 ) is designed as a plate spring. 7. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (4) als Schraubenfeder ausgebildet ist.7. Valve for controlling liquids according to claim 5, characterized in that the spring ( 4 ) is designed as a helical spring. 8. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Kolbenelement (7) mit dem zweiten Kolbenelement (11) über eine Feder (4) in Verbindung steht.8. Valve for controlling liquids according to one of claims 1 to 7, characterized in that the third piston element ( 7 ) with the second piston element ( 11 ) is connected via a spring ( 4 ). 9. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoaktor (2) über ei­ nen separaten Kolben mit dem ersten Druckraum (5) in Verbindung steht.9. Valve for controlling liquids according to one of claims 1 to 8, characterized in that the piezo actuator ( 2 ) via egg nen separate piston with the first pressure chamber ( 5 ) is in communication. 10. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprü­ che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Kolbenele­ ment (7) fluiddicht zwischen dem ersten Druckraum (5) und dem zweiten Druckraum (6) angeordnet ist.10. Valve for controlling liquids according to one of Ansprü che 1 to 9, characterized in that the third Kolbenele element ( 7 ) is arranged fluid-tight between the first pressure chamber ( 5 ) and the second pressure chamber ( 6 ).
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