EP0907017A1 - Fluid control valve - Google Patents
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- F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
- F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements
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- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
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- F02M2200/705—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for filling or emptying hydraulic chamber, e.g. for compensating clearance or thermal expansion
- F02M2200/706—Valves for filling or emptying hydraulic chamber
-
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- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
- F02M2547/003—Valve inserts containing control chamber and valve piston
Definitions
- the invention relates to a valve for controlling liquids according to the preamble of claim 1.
- a valve for controlling liquids according to the preamble of claim 1.
- a valve is known from 0 477 400.
- Between the two A hydraulic coupling space is clamped in the piston, such that that when the larger piston moves through the piezo actuator the actuating piston is moved a certain distance of the valve member by a ratio of the Stepped bore diameter is moved larger path.
- the Valve member, the actuating piston, the larger in diameter Actuator piston and the piezo actuator lie on a common one Axis in a row.
- the valve according to the invention with the characteristic features of claim 1 has the advantage that the coupling space always remains sufficiently filled and only Add coupling fluid in the direction of the coupling space can. A disadvantageous change in length of the entire device is avoided. This also applies if the piezo actuator, the valve or the housing its length e.g. when warming should change because such a change in length in the coupling space is compensated for by licking. Furthermore it is from Advantage that the device has a simple structure and works safely and reliably.
- FIG. 1 shows a fuel injection valve in section
- Figure 2 shows a first embodiment a filling valve
- Figure 3 shows a second embodiment a filling valve
- Figure 4 shows a third embodiment a filling valve.
- the valve according to the invention is used in a Fuel injector, which is mainly in the Section is shown in Figure 1.
- This injector has a valve housing 1, in which in a longitudinal bore 2 is a valve needle 3, which is also in here not shown, known manner by a closing spring can be preloaded in the closing direction.
- On her one The end is the valve needle with a conical sealing surface 4 provided that on the protruding into the combustion chamber Tip 5 of the valve housing cooperates with a seat 6, from which lead out injection openings that lead to the interior of the injection valve, here the one surrounding the valve needle 3 pressurized fuel filled annulus 7 connect to the combustion chamber so as to close an injection complete when the valve needle is lifted from its seat Has.
- the annular space is connected to a further pressure space 8, who is constantly in connection with a pressure line 10 stands over which the fuel injection valve from one High-pressure fuel accumulator 9 Fuel under injection pressure is fed.
- This high fuel pressure also works in the pressure chamber 8, and there on a pressure shoulder 11, over the nozzle needle in a known manner under suitable conditions can be lifted off their valve seat.
- valve needle At the other end of the valve needle is in a cylinder bore 12 out there and closes with its end face 14 a control pressure chamber 15 which via a throttle connection 16 is permanently connected to an annular space 17 which, like the pressure chamber 8 always with the high-pressure fuel reservoir communicates.
- Axial leads from control pressure chamber 15 a throttle bore 19 from to a valve seat 20
- Control valve 21 Control valve 21.
- a valve member acts with the valve seat 22 of the control valve together, which is in the lifted state a connection between the control pressure chamber 15 and produces a spring chamber 18, which in turn constantly with a Relief room is connected.
- valve member 22 loading spring in the closing direction 24 arranged that the valve member 22 on the valve seat 20th acted out so that in the normal position of the control valve closed this connection of the control pressure chamber 15 is. Since the end face of the valve needle 3 in the area of the control pressure chamber is larger than the area of the pressure shoulder 11, maintains the same fuel pressure in the control pressure chamber, which also prevails in the pressure chamber 8 now the valve needle 3 in the closed position. Is the valve member 22nd however, the pressure in the throttle connection 16 decoupled control pressure chamber 15 relieved.
- the control valve according to the invention has one for its actuation certain piston 25 on the valve member 22 acts and by a piezo actuator shown in more detail in Figure 2 32 can be actuated.
- the piston 25 is in a guide bore 28 tightly guided and limited with its end face 29 a coupling space 30 on its opposite Wall of an actuator piston 31 of larger diameter is completed, which is part of the piezo actuator 32 and by a spring washer arranged in the coupling space 30 27 is held in contact with the piezo actuator 32.
- Both Pistons 25 and 31 are tightly guided in their bores.
- Coupling space 30 is used due to the different piston surfaces the two pistons 25 and 31 as a translator room, by having a design-related small stroke of the piezo actuator piston 31 in a larger stroke of the control valve 21 actuating piston 25 translated.
- the piezo actuator When the piezo actuator is excited the piston 25 is adjusted so that the valve member 22 lifted from its seat 20. That has a relief of Control pressure space, which in turn opens the Valve needle 3 causes.
- At work of the valve and at the pressure ratio occur in the coupling space 30 very high Press. To keep it enclosed despite this strain Liquid does not cause loss of filling due to Leakage around the piston guide and around Filling losses due to changes in volume during temperature changes a filling valve 33 is provided to compensate quickly, which is connected to the coupling space 30.
- such a filling valve is in the Placed embodiments according to Figures 2, 3 and 4 so that it is grown directly radially to the coupling space 30 is so low by the damage volume in the coupling space 30 to keep as possible and the rigidity of the transmission volume for the actuating movement as large as possible hold.
- a filling valve 33 is shown in FIG has a spherical locking member 34 which immediately is loaded by a helical pressure valve spring 35.
- Closing member 34 and valve spring 35 are in a valve chamber 36 arranged.
- the valve spring 35 presses the closing member 34 against a valve seat 37, which is provided in the housing 26 is.
- An inlet channel opens centrally to the valve seat 37 38, which is under low pressure.
- a connecting hole 39 In a cylinder wall of the spring-loaded coupling space 30 is a connecting hole 39 provided, via which the filling valve 33 the coupling space 30 is connected.
- Both the actuator piston 31 and the piston 25 are tightly guided in the housing 26, nevertheless occurs in both because of the high pressure in the Coupling space 30 a leak in the guides 40 and 41 respectively on.
- a valve seat 43 for a spherical closing member 44 of the Filling valve 42 is also radially in a wall 45 of the spring-loaded coupling space 30 incorporated.
- Valve spring 46 serves here a spring membrane that is edged protrudes into the coupling space 30 and anchored in the housing 26 is.
- FIG. 4 Another optimized design of a filling valve 47 is shown in Figure 4.
- the fill valve 47 provided with a tie rod 48 which has a head-shaped Closing member 49 comes close to the coupling space 30.
- a valve seat 50 is arranged on a disc 51 which from a hollow clamping nut 52 on a housing shoulder 53 is held.
- a spring plate 54 can be screwed onto the pull rod 48 arranged on which a valve spring 55 is supported, the endeavors to close the closure member 49 at its valve seat 50 hold.
- the clamping nut 52 is screwed into the housing 26 and is of annular cylindrical design in order to have 56 in its hollow cylinder to pull the tie rod 48 and the valve spring 55.
- a the closing member 49 receiving valve chamber 57 is via a Radial opening 58 directly with the coupling space 30 connected.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten
gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1. Durch die EP
0 477 400 ist ein solches Ventil bekannt. Dort ist der Betätigungskolben
des Ventilgliedes in einem im Durchmesser
kleineren Teil einer Stufenbohrung dicht verschiebbar angeordnet,
wogegen ein im Durchmesser größerer Kolben, der mit
dem Piezoaktor bewegt wird, in einem im Durchmesser größeren
Teil der Stufenbohrung angeordnet ist. Zwischen den beiden
Kolben ist ein hydraulischer Kopplungsraum eingespannt, derart,
daß, wenn der größere Kolben durch den Piezoaktor um
eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird, der Betätigungskolben
des Ventilgliedes um einen um das Übersetzungsverhältnis der
Stufenbohrungsdurchmesser vergrößerten Weg bewegt wird. Das
Ventilglied, der Betätigungskolben, der im Durchmesser größere
Aktorkolben und der Piezoaktor liegen auf einer gemeinsamen
Achse hintereinander.The invention relates to a valve for controlling liquids
according to the preamble of
Bei solchen Ventilen besteht das Problem, Längenänderungen des Piezoaktors, des Ventils oder des Ventilgehäuses durch den hydraulischen Kopplungsraum auszugleichen. Da der Piezoaktor zum Öffnen des Ventils im Kopplungsraum einen Druck erzeugt, führt dieser Druck auch zu einem Verlust an Kopplungsraum-Flüssigkeit. Um ein Leerpumpen des Kopplungsraums zu verhindern, ist eine Wiederbefüllung notwendig. Eine Einrichtungen, die eine solche Wiederfüllung bewirken soll, ist zwar durch den eingangs genannten Stand der Technik bereits bekannt, doch hat diese den Nachteil, daß eine ständig in den beiden möglichen Flußrichtungen offene Verbindung zwischen dem Kopplungsraum und einem Vorratsbehälter vorgesehen ist, die das Arbeitsverhalten des Piezoaktors wesentlich beeinflußt. Insbesondere führt ein somit vergrößertes Volumen zu einer die Übertragunssteifigkeit der durch den Kopplungsraumes gebildeten hydraulischen Säule reduzierende Kompressibilität.The problem with such valves is length changes of the piezo actuator, the valve or the valve housing balance the hydraulic coupling space. Because the piezo actuator a pressure to open the valve in the coupling space generated, this pressure also leads to a loss of coupling space fluid. To empty the coupling space to prevent it, refilling is necessary. A facilities which is supposed to bring about such a replenishment through the prior art mentioned at the beginning known, but this has the disadvantage that a constantly in the two possible directions of flow open connection between the coupling space and a storage container provided is, which significantly affects the working behavior of the piezo actuator. In particular, this leads to an increased volume to a the transmission stiffness through the coupling space formed hydraulic column reducing compressibility.
Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, daß
der Kopplungsraum immer ausreichend gefüllt bleibt und nur
Kopplungsflüssigkeit in Richtung Kopplungsraum nachströmen
kann. Eine nachteilige Längenänderung der Gesamteinrichtung
ist damit vermieden. Dies gilt auch, wenn der Piezoaktor,
das Ventil oder das Gehäuse seine Länge z.B. bei Erwärmung
ändern sollte, weil eine solche Längenänderung im Kopplungsraum
durch Lecken kompensiert wird. Des weiteren ist es von
Vorteil, daß die Einrichtung einen einfachen Aufbau hat und
sicher und zuverlässig arbeitet.The valve according to the invention with the characteristic features
of
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Kraftstoffeinspritzventil im Schnitt, Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Befüllungsventils, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Befüllungsventils und Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Befüllungsventils.Several embodiments of the invention are in the Drawing shown and in the description below explained in more detail. FIG. 1 shows a fuel injection valve in section, Figure 2 shows a first embodiment a filling valve, Figure 3 shows a second embodiment a filling valve and Figure 4 shows a third embodiment a filling valve.
Das erfindungsgemäße Ventil findet Anwendung bei einem
Kraftstoffeinspritzventil, das in wesentlichen Teilen im
Schnitt in der Figur 1 wiedergegeben ist. Dieses Einspritzventil
weist ein Ventilgehäuse 1 auf, in dem in einer Längsbohrung
2 eine Ventilnadel 3 geführt ist, die auch in hier
nicht weiter gezeigter, bekannter Weise durch eine Schließfeder
in Schließrichtung vorbelastet sein kann. An ihrem einen
Ende ist die Ventilnadel mit einer kegelförmigen Dichtfläche
4 versehen, die an der in den Brennraum ragenden
Spitze 5 des Ventilgehäuses mit einem Sitz 6 zusammen wirkt,
von dem aus Einspritzöffnungen abführen, die in das Innere
des Einspritzventils, hier den die Ventilnadel 3 umgebenden
unter Einspritzdruck stehenden Kraftstoff gefüllten Ringraum
7 mit dem Brennraum verbinden, um so eine Einspritzung zu
vollziehen, wenn die Ventilnadel von ihrem Sitz abgehoben
hat. Der Ringraum ist mit einem weiteren Druckraum 8 verbunden,
der ständig in Verbindung mit einer Druckleitung 10
steht, über die dem Kraftstoffeinspritzventil von einem
Kraftstoffhochdruckspeicher 9 Kraftstoff unter Einspritzdruck
zugeführt wird. Dieser hohe Kraftstoffdruck wirkt auch
in den Druckraum 8, und dort auf eine Druckschulter 11, über
die in bekannter Weise die Düsennadel bei geeigneten Bedingungen
von ihrem Ventilsitz abgehoben werden kann.The valve according to the invention is used in a
Fuel injector, which is mainly in the
Section is shown in Figure 1. This injector
has a
Am anderen Ende der Ventilnadel ist diese in einer Zylinderbohrung
12 geführt und schließt dort mit ihrer Stirnseite 14
einen Steuerdruckraum 15 ein, der über eine Drosselverbindung
16 ständig mit einem Ringraum 17 verbunden ist, der,
wie auch der Druckraum 8 immer mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher
in Verbindung steht. Axial führt von Steuerdruckraum
15 eine Drosselbohrung 19 ab zu einem Ventilsitz 20 eines
Steuerventils 21. Mit dem Ventilsitz wirkt ein Ventilglied
22 des Steuerventils zusammen, das in abgehobenem Zustand
eine Verbindung zwischen dem Steuerdruckraum 15 und
einem Federraum 18 herstellt, der wiederum ständig mit einem
Entlastungsraum verbunden ist. In dem Federraum 18 ist eine
das Ventilglied 22 in Schließrichtung belastende Druckfeder
24 angeordnet, die das Ventilglied 22 auf den Ventilsitz 20
hin beaufschlagt, so daß in Normalstellung des Steuerventils
diese Verbindung des Steuerdruckraumes 15 verschlossen
ist. Da die stirnseitige Fläche der Ventilnadel 3 im Bereich
des Steuerdruckraumes größer ist als die Fläche der Druckschulter
11, hält derselbe Kraftstoffdruck im Steuerdruckraum,
der auch in dem Druckraum 8 vorherrscht nun die Ventilnadel
3 in geschlossener Stellung. Ist das Ventilglied 22
jedoch abgehoben, so wird der Druck im über die Drosselverbindung
16 abgekoppelten Steuerdruckraum 15 entlastet. Bei
der nun fehlenden oder reduzierten Schließkraft öffnet die
Ventilnadel 3 ggfs. entgegen der Kraft einer Schließfeder
schnell und kann andererseits sobald das Ventilglied 22 wieder
in Schließstellung kommt, in Schließstellung gebracht
werden, da sich von diesem Zeitpunkt an über die Drosselverbindung
16 der ursprüngliche hohe Kraftstoffdruck im Steuerdruckraum
15 dann schnell wieder aufbaut.At the other end of the valve needle is in a cylinder bore
12 out there and closes with its end face 14
a control pressure chamber 15 which via a
Das erfindungsgemäße Steuerventil weist einen zu seiner Betätigung
bestimmten Kolben 25 auf, der auf das Ventilglied
22 wirkt und durch einen in Figur 2 näher dargstellten Piezoaktor
32 betätigbar ist. Der Kolben 25 ist in einer Führungsbohrung
28 dicht geführt und begrenzt mit seiner Stirnfläche
29 einen Kopplungsraum 30, der auf seiner gegenüberliegenden
Wand von einem Aktorkolben 31 größeren Durchmessers
abgeschlossen ist, der Teil des Piezoaktors 32 ist und
der durch eine im Kopplungsraum 30 angeordente Federscheibe
27 in Kontakt mit dem Piezoaktor 32 gehalten wird. Beide
Kolben 25 und 31 sind in ihren Bohrungen dicht geführt. Der
Kopplungsraum 30 dient aufgrund der unterschiedlichen Kolbenflächen
der beiden Kolben 25 und 31 als Übersetzerraum,
indem er einen konstruktionsbedingten kleinen Hub des Piezoaktorkolbens
31 in einen größeren Hub des das Steuerventil
21 betätigenden Kolbens 25 übersetzt. Bei Erregung des Piezoaktors
wird der Kolben 25 so verstellt daß das Ventilglied
22 von seinem Sitz 20 abgehoben. Das hat eine Entlastung des
Steuerdruckraumes zur Folge, was wiederum das Öffnen der
Ventilnadel 3 bewirkt. Bei der Arbeit des Ventils und bei
der Druckübersetzung treten im Kopplungsraum 30 sehr hohe
Drücke auf. Um es trotz dieser Belastung der eingeschlossenen
Flüssigkeit nicht zu einem Füllungsverlust aufgrund von
Leckage entlang der Kolbenführung kommen zu lassen und um
Füllungsverluste durch Volumenänderung bei Temperaturwechseln
schnell auszugleichen ist ein Befüllungsventil 33 vorgesehen,
das an den Kopplungsraum 30 angeschlossen ist.The control valve according to the invention has one for its actuation
Gemäß der Erfindung ist ein solches Befüllungsventil bei den
Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2, 3 und 4 so plaziert,
daß es unmittelbar radial an den Kopplungsraum 30 angebaut
ist, um das Schadvolumen im Kopplungsraum 30 so gering
wie möglich zu halten und die Steifigkeit des Übertragungsvolumen
für die Stellbewegung so groß wie möglich zu
halten.According to the invention, such a filling valve is in the
Placed embodiments according to Figures 2, 3 and 4 so
that it is grown directly radially to the
In der Figur 2 ist ein Befüllungsventil 33 dargestellt, das
ein kugelförmiges Schließglied 34 hat, welches unmittelbar
von einer Schraubendruck-Ventilfeder 35 belastet ist.
Schließglied 34 und Ventilfeder 35 sind in einer Ventilkammer
36 angeordnet. Die Ventilfeder 35 drückt das Schließglied
34 gegen einen Ventilsitz 37, der im Gehäuse 26 vorgesehen
ist. Zentrisch zum Ventilsitz 37 mündet ein Zulaufkanal
38, der unter Niederdruck steht. In einer Zylinderwand
des federbestückten Kopplungsraumes 30 ist eine Verbindungsbohrung
39 vorgesehen, über die das Befüllungsventil 33 an
den Kopplungsraum 30 angeschlossen ist. Sowohl der Aktorkolben
31 als auch der Kolben 25 sind im Gehäuse 26 dicht geführt,
trotzdem tritt bei beiden wegen des hohen Druckes im
Kopplungsraum 30 eine Leckage in den Führungen 40 bzw. 41
auf.A
Wenn bei der Arbeit des Ventils Flüssigkeit aus dem Kopplungsraum
30 über die Führungen 40 und 41 verloren geht,
sich also das Volumen des Kopplungsraumes 30 verkleinert,
wird dieser Verlust über das Befüllungsventil 33 sofort ausgeglichen,
indem Flüssigkeit aus dem Zulaufkanal 38 über die
Ventilkammer 36 und das sich von seinem Ventilsitz 37 abhebende
Ventilglied 34 nachgefüllt wird. Dies wird durch die
Federscheibe 57 unterstützt, die bestrebt ist, den Kopplungsraum
30 immer so groß wie möglich zu halten, indem sie
den Kolben 31 zum Piezoaktor 32 hin verstellt. Der Zulaufdruck,
der Ventilsitz 37 und die Ventilfeder 35 müssen entsprechen
abgestimmt werden. Das Befüllungsventil (33) ist
bei dieser Ausgestaltung von den beschleunigten Bewegungen
der Kolben (25, 31) d.h. von deren Beschleunigungskräften
unabhängig.If liquid from the coupling space occurs when the valve is working
30 is lost via the
Wichtig ist, daß durch die Ventilkammer 36 das Volumen des
Kopplungsraumes 30 nicht wesentlich vergrößert wird. Im Hinblick
darauf noch weiter optimiert ist ein Befüllungsventil
42, wie es in der Figur 3 dargestellt ist. Bei dieser Konstruktion
ist die Ventilkammer 36 der Bauart nach der Figur
2 in Wegfall gekommen.It is important that the volume of the
Ein Ventilsitz 43 für ein kugelförmiges Schließglied 44 des
Befüllungsventils 42 ist radial in eine Wand 45 des ebenfalls
federbestückten Kopplungsraumes 30 eingearbeitet. Als
Ventilfeder 46 dient hier eine Feder-Membran, die hochkant
in den Kopplungsraum 30 hineinragt und im Gehäuse 26 verankert
ist.A
Eine weitere optimierte Bauart eines Befüllungsventils 47
ist in der Figur 4 gezeigt. Hier ist das Befüllungsventil 47
mit einer Zugstange 48 versehen, die mit einem kopfförmigen
Schließglied 49 nahe an den Kopplungsraum 30 heranreicht.
Ein Ventilsitz 50 ist an einer Scheibe 51 angeordnet, die
von einer hohlen Spannmutter 52 an einer Gehäuseschulter 53
festgehalten wird.Another optimized design of a
Auf der Zugstange 48 ist ein Federteller 54 verschraubbar
angeordnet, an dem sich eine Ventilfeder 55 abstützt, die
bestrebt ist, das Schließglied 49 an seinem Ventilsitz 50 zu
halten. Die Spannmutter 52 ist im Gehäuse 26 verschraubt und
ist ringzylindrisch ausgebildet, um in ihrem Hohlzylinder 56
die Zugstange 48 und die Ventilfeder 55 aufzunehmen. Eine
das Schließglied 49 aufnehmende Ventilkammer 57 ist über einen
Radialdurchbruch 58 unmittelbar mit dem Kopplungsraum 30
verbunden.A
Es ist zu erkennen, daß bei dieser Bauart das durch den Anbau
des Befüllungsventils 47 entstandene Schadvolumen ebenfalls
sehr klein ist.It can be seen that this type of construction is due to the addition
of the
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