EP1165956A1 - Ventil zum steuern von flüssigkeiten - Google Patents

Ventil zum steuern von flüssigkeiten

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EP1165956A1
EP1165956A1 EP00989780A EP00989780A EP1165956A1 EP 1165956 A1 EP1165956 A1 EP 1165956A1 EP 00989780 A EP00989780 A EP 00989780A EP 00989780 A EP00989780 A EP 00989780A EP 1165956 A1 EP1165956 A1 EP 1165956A1
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EP
European Patent Office
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valve
closing member
chamber
valve seat
spring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00989780A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Kienzler
Johannes-Jörg Rueger
Udo Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1165956A1 publication Critical patent/EP1165956A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
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    • F16K31/007—Piezoelectric stacks
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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
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention is based on a valve for controlling liquids according to the kind defined in the preamble of claim 1.
  • the fuel injection device has two valve seats, which interact with sealing surfaces of a valve closing member when actuated by a piezo drive in a movement sequence, the valve closing member being initially in the closed position on the first valve seat, then being brought into an intermediate position between the valve seats and then being brought back in again to reach a closed position on the second valve seat.
  • a piezoelectric actuator is charged to a rail pressure-dependent voltage, which lengthens the actuator and results from it. ting movement of the valve closing member to the second valve seat results. The actuator is discharged to reverse the valve closing member in the direction of the first valve seat.
  • valve closing member In this way, the movement of the valve closing member from one valve seat to the other provides a brief relief for a valve control chamber under high pressure, the pressure level of which determines an open or closed position of a valve needle in the force-balanced fuel injection device and thus controls the fuel injection.
  • the fuel injection is made possible while the valve closing member is in an intermediate position between the two
  • Valve seats. In this way a double fuel injection, e.g. a pre-injection and a main injection can be realized by means of a single excitation of the piezo drive.
  • valve according to the invention for controlling liquids with the features of claims 1 and 6 has the advantage that the actuating movements of the valve closing element are damped by means of a spring device according to the invention in such a way that the valve closing element in its intermediate or middle position between the two valve seats simple and inexpensive means is mechanically stabilized.
  • the invention enables the reliable realization of an average valve lift independent of a high pressure prevailing at the second valve seat, the valve being able to be operated with double-switching with an energetically favorable control. This means that even high-frequency and small injections of liquids, especially fuel, can be carried out through the Valve according to the invention can be made exactly without there being any fluctuations in the injection quantity due to overshoots of the valve closing element or an injection being completely absent.
  • FIG. 1 shows a schematic, partial representation of a first embodiment of the invention in a fuel injection valve for internal combustion engines in longitudinal section, with a valve closing member in an intermediate position between the first valve seat and a second valve seat;
  • FIG. 2 shows a schematic cross section along the line I-I in FIG. 1;
  • Figure 3 is a graph of a qualitative curve of a force that dampens the movement of the valve closing member in its intermediate position;
  • FIG. 4 shows a schematic, partial representation of a further exemplary embodiment of the invention in a fuel injection valve for internal combustion engines in a longitudinal section. Description of the exemplary embodiments
  • FIG. 1 and FIG. 2 shows the use of the valve according to the invention in a fuel injection valve 1 for
  • the fuel fine injection valve 1 is designed as a common rail injector, the fuel injection being controlled via the pressure level m in a valve control chamber 2, which is rather connected to a high pressure supply.
  • a valve member 3 is controlled via a piezoelectric unit designed with a piezoelectric actuator 4, which is arranged on the side of the valve member 3 facing away from the valve control chamber and combustion chamber.
  • the piezoelectric actuator 4 is constructed in a known manner from several layers and has an actuator head 5 on its side facing the valve member 2 and an actuator foot 6 on its side facing away from the valve member, which is supported on a valve housing 7.
  • An actuator piston 9 of the valve member 3 bears on the actuator head 5 via a support 8, the piston being of stepped diameter.
  • the valve member 3 is axially displaceable in a
  • Long bore bore 10 of the valve housing 7 is arranged and comprises, in addition to the actuating piston 9, an actuating piston 12 actuating a spherical valve closing member 11.
  • the actuating piston 9 and the actuating piston 12 are coupled to one another by means of a hydraulic transmission.
  • the hydraulic transmission is designed as a hydraulic chamber 13, which transmits the deflection of the piezoelectric actuator 4.
  • the hydraulic chamber 13 encloses a common compensation volume between the two pistons 9 and 12 delimiting it, of which the actuating piston 12 is designed with a smaller diameter and the actuating piston 9 with a larger diameter.
  • the hydraulic chamber 13 is clamped between the actuating piston 9 and the actuating piston 12 in such a way that the actuating piston 12 makes a stroke which is increased by the ratio of the piston diameter when the larger actuating piston 9 is moved by a certain distance by the piezoelectric actuator 4.
  • the actuating piston 9, the actuating piston 12 and the piezoelectric actuator 4 lie one behind the other on a common axis.
  • valve closing member 11 At the valve control chamber end of the valve member 3 or actuating piston 12, the spherical valve closing member 11 cooperates in a valve chamber 17 with valve seats 14, 15 formed on the valve housing 7, the first or upper valve seat 14 forming a low-pressure region 18 and the second or lower one Valve seat 15 leads to valve control chamber 2, which is under high pressure.
  • a spring 16 is assigned to the lower valve seat 15 and holds the valve closing member 11 on the upper valve seat 14 when the valve control chamber 2 is relieved.
  • a movable valve control piston is arranged, which is not shown in the drawing.
  • an injection nozzle of the fuel injection valve 1 is controlled in a manner known per se.
  • An injection line, which supplies the injection nozzle with fuel, usually also flows into the valve control chamber 2.
  • the injection line is connected to a high-pressure storage space (common rail) that is common to several fuel injection valves.
  • the high-pressure storage space is fed in a known manner from a high-pressure fuel pump with high-pressure fuel from a storage tank.
  • the spring device 20 is formed in the embodiment shown with a tension spring 22 which is supported at its end facing away from the valve member 3 or actuating piston 12 on the valve housing 7 and at its other, the actuating piston 12 facing end has a sliding device 23.
  • a valve system pressure chamber 25 connects to the piezo-side end of the bore 10. This is delimited on the one hand by the valve housing 7 and on the other hand by a sealing element 26 which is connected to the actuating piston 9 of the valve member 3 and the valve housing 7 and which is designed here as a bellows-like membrane and prevents the piezoelectric actuator 4 from contacting the valve system pressure chamber 25 contained fuel comes into contact.
  • a filling device 27 is indicated schematically for filling the low-pressure region 18.
  • the fuel injection valve 1 according to FIG. 1 and FIG. 2 operates in the manner described below.
  • valve closing member 11 of the valve member 3 is held in contact with the upper valve seat 14 assigned to it, so that no fuel can get from the valve control chamber 2 connected to the high-pressure storage chamber into the low-pressure region 18.
  • the actuating piston 9 penetrates into the compensating volume of the hydraulic chamber 13 as the temperature rises or withdraws therefrom when the temperature drops, without that this affects has the closed and open position of the valve member 3 and the fuel valve 1 as a whole.
  • the piezoelectric actuator 4 When the fuel injection valve 1 is to be injected, the piezoelectric actuator 4 is charged, as a result of which the axial expansion of the actuator is suddenly increased. This elongation of the piezoelectric actuator 4 is transmitted to the actuating piston 12 via the actuating piston 9 and the hydraulic chamber 13, as a result of which the valve closing member 11 is lifted out of the first, upper valve seat 14 and is moved against the applied rail pressure against the second, lower valve seat 15 , If the actuating piston 12 with its taper 21 now reaches the area in which the balls 24 of the sliding device 23 are arranged, the control valve experiences a braking force directed against the direction of movement of the valve closing member 11, which leads to stabilization around this position.
  • FIG. 3 shows, in an extremely simplified manner, a course of this braking force which occurs with the engagement between the taper 21 of the actuating piston 12 and the spring device 20 and which has its maximum in the central position h_middle of the valve closing member 11.
  • valve closing member 11 When the piezoelectric actuator 4 is discharged, the valve closing member 11 is now moved in the opposite direction with the support of the rail pressure, wherein the engagement of the spring device 20 in the taper 21 of the actuating piston 12, as described above, in turn stabilizes the valve closing member 11 in its central position ,
  • the piezoelectric actuator is generally controlled in such a way that it is charged or discharged to an intermediate voltage level for injection.
  • the resulting actuator stroke ensures that the control valve can be positioned approximately centrally between the seats.
  • the device according to the invention ensures that this middle position can be maintained safely and with high precision.
  • FIG. 4 a further exemplary embodiment of the fuel injection valve 1 is shown, in which, for reasons of clarity, functionally identical components are designated by the reference symbols used previously.
  • the spring device 20 shown here differs in that a spring 28 in the valve chamber 17 of the valve is arranged on the one hand at the end of the valve chamber 17 associated with the second valve seat 15 and on the other hand against a stop 29 in a region between the first valve seat 14 and the second valve seat 15.
  • the spring 28 is positioned such that its spring force dampens the actuating movement of the valve closing member 11 from the first valve seat 14 into the second valve seat 15 once it has reached its intermediate position.

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Abstract

Ein Ventil (1) zum Steuern von Flüssigkeiten ist mit einer piezoelektrischen Einheit (4) zur Betätigung eines in einer Bohrung (10) eines Ventilgehäuses (7) axial verschiebbaren Ventilglieds (3) ausgebildet. Das Ventilglied (3) ist mehrteilig mit wenigstens einem an die piezoelektrische Einheit (4) grenzenden Stellkolben (9) und einem an ein Ventilschliessglied (11) grenzenden Betätigungskolben (12) ausgebildet, zwischen denen eine Hydraulikkammer (13) angeordnet ist. Die Bohrung (10) mündet in einen Ventilraum (17), in dem das Ventilschliessglied (11) zwischen einem einen Niederdruckbereich (18) begrenzenden ersten Ventilsitz (14) und einem zu einem Hochdruckbereich (19) führenden zweiten Ventilsitz (15) bewegbar ist. In seiner Zwischenstellung ist das Ventilschliessglied (11) durch eine Federeinrichtung (20) stabilisiert, welche mit einer Verjüngung (21) des Ventilgliedes (3) zusammenwirkt. Dabei stehen die Verjüngung (21) und die Federeinrichtung (20) zueinander in Eingriff, wenn das Ventilschliessglied (11) in seiner Zwischenstellung ist.

Description

Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach der im Obergriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
Aus der DE 197 328 02 ist ein derartiges Ventil bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftma- schinen mit einer Kraftstoffhochdruckquelle bekannt.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung besitzt zwei Ventilsitze, die mit Dichtflächen eines Ventilschließglieds bei Betätigung durch einen Piezoantrieb in einer Bewegungsabfolge zusammenwirken, wobei sich das Ventil- schließglied anfänglich in Schließstellung an dem ersten Ventilsitz befindet, dann in eine Zwischenstellung zwischen die Ventilsitze gebracht wird, um anschließend wieder in eine Schließstellung an den zweiten Ventilsitz zu gelangen. Hierzu wird ein piezoelektrischer Aktor auf eine raildruckabhängige Spannung geladen, welche eine Längung des Aktors und eine daraus resul- tierende Bewegung des Ventilschließgliedes zu dem zweiten Ventilsitz zur Folge hat. Zur Umkehrbewegung des Ventilschließgliedes in Richtung des ersten Ventilsitzes wird der Aktor wieder entladen.
Auf diese Weise wird durch den Bewegungsablauf des Ventilschließglieds vom einen zum anderen Ventilsitz eine kurzzeitige Entlastung eines unter Hochdruck stehenden Ventilsteuerraumes erreicht, über dessen Druckniveau eine Öffnungs- bzw. Schließstellung einer Ventilnadel in der kraftausgeglichen ausgebildeten Kraftstoffein- spritzvorrichtung bestimmt und somit die Kraftstoffeinspritzung gesteuert wird. Die Kraftstoff inspritzung wird dabei ermöglicht, während sich das Ventilschließ- glied in einer Zwischenstellung zwischen den beiden
Ventilsitzen befindet. Auf diese Weise soll eine zweifache Kraftstoffeinspritzung, z.B. eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung, mittels einer einzigen Erregung des Piezoantriebes realisiert werden.
Jedoch hat sich gezeigt, daß Überschwingungen des Ventilschließglieds auftreten können, wenn dieses in eine Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen gebracht werden soll. Sobald das Ventilschließglied zu weit in Richtung des ersten oder des zweiten Ventilsitzes schwingt, kann dies in nachteiliger Weise zu Unge- nauigkeiten bei der Dosierung der Einspritzmenge führen. Dieses Problem besteht speziell bei hohen Raildrücken. Des weiteren kann bei arbeitspunkt- bzw. raildruckab- hängigen höheren Spannungen auf den Piezoantrieb und damit sehr schnellen Stellbewegungen die Zeit, in der sich das Ventilschließglied in der Mittelstellung be- findet, so kurz sein, daß dies ohne Auswirkungen auf die Ventilnadel bleibt und keine Kraftstoffeinspritzung stattfindet .
Es sind Versuche bekannt, die Mittelstellung des Ven- tilschließglieds zwischen den Ventilsitzen mittels geeigneter Dimensionierung einer Feder zu stabilisieren, welche häufig zwischen dem zweiten Ventilsitz und dem Ventilschließglied angeordnet ist, um letzteres bei Druckentlastung des Ventilsteuerraumes in Schließstel- lung an dem ersten Ventilsitz zu halten. Dies hat jedoch den Nachteil, daß das Ventilschließglied über seinen gesamten Stellweg entgegen der Federkraft aus dem ersten Ventilsitz heraus in seine Schließstellung an dem zweiten Ventilsitz bewegt werden müßte. Demzufolge müßte der Piezoantrieb entsprechend groß dimensioniert werden, wodurch die Fertigungskosten und die konstruktiven Abmessungen der Einspritzvorrichtung negativ beeinflußt werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, den piezoelektrischen Antrieb so zu steuern, daß dieser zur Bewegung des Ventilschließglieds vom ersten zum zweiten Ventilsitz grundsätzlich mit so hoher Spanung beladen wird, daß die Zeit, in der sich das Ventilschließglied in Zwi- schenstellung befindet, zu kurz ist, um Auswirkungen auf das Öffnungsverhalten des Ventils insgesamt zu ha- ben. Die Einspritzung könnte dadurch erzielt werden, daß bei der Rückbewegung in den ersten Ventilsitz die Spannung auf den Piezoantrieb stufenweise reduziert wird, wobei die Einspritzdauer und damit die Einspritz- menge über die Dauer einer Beaufschlagung des piezoelektrischen Aktors mit einer mittleren Spannung gesteuert wird. Nachteilhafterweise geht dabei aber der Effekt eines doppelschaltenden Ventils verloren. Des weiteren ist diese Lösung energetisch, insbesondere hinsichtlich der Leistungsaufnahme und der Verlustleistung, zumindest bei hohen Drehzahlen und mehreren Einspritzungen problematisch.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 6 hat den Vorteil, daß die Stellbewegungen des Ventilschließgliedes mittels einer erfindungsgemäßen Feder- einrichtung derart gedämpft werden, daß das Ventilschließglied in seiner Zwischen- bzw. Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen durch einfache und kostengünstige Mittel mechanisch stabilisiert wird.
Die Erfindung ermöglicht die sichere Realisierung eines mittleren Ventilhubes unabhängig von einem am zweiten Ventilsitz vorherrschenden Hochdruck, wobei das Ventil mit einer energetisch günstigen Ansteuerung grundsätzlich doppelschaltend betrieben werden kann. Damit kön- nen auch hochfrequente und kleine Einspritzungen von Flüssigkeiten, insbesondere von Kraftstoff, durch das erfindungsgemäße Ventil exakt vorgenommen werden, ohne daß es dabei zu Schwankungen bei der Einspritzmenge durch Überschwingungen des Ventilschließgliedes kommt oder eine Einspritzung völlig ausbleibt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ventils zur Steuerung von Flüssigkeiten sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines erstes Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt, wobei sich ein Ventilschließ- glied in einer Zwischenstellung zwischen dem ersten Ventilsitz und einem zweiten Ventilsitz befindet;
Figur 2 einen schematischen Querschnitt entlang der Linie I-I in Figur 1; Figur 3 ein Schaubild eines qualitativen Verlaufes einer Kraft, welche die Bewegung des Ventilschließgliedes in dessen Zwischenstellung dämpft; und
Figur 4 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftma- schinen im Längsschnitt. Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele
Das m Figur 1 und Figur 2 dargestellte erste Ausfuh- rungsbeispiel zeigt eine Verwendung des erfmdungsgema- ßen Ventils bei einem Kraftstoffeinspritzventil 1 für
Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen. Das Kraftstof- feinspritzventil 1 ist vorliegend als ein Common-Rail- Injektor ausgebildet, wobei die Kraftstoffeinspritzung über das Druckniveau m einem Ventilsteuerraum 2, wel- eher mit einer Hochdruckversorgung verbunden ist, gesteuert wird.
Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer und einer Einspritzmenge über Kraftever- haltnisse in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 wird ein Ventilglied 3 über eine mit einem piezoelektrischen Aktor 4 ausgebildete piezoelektrische Einheit angesteuert, welche auf der ventilsteuerraum- und brennraumab- gewandten Seite des Ventilgliedes 3 angeordnet ist.
Der piezoelektrische Aktor 4 ist m bekannter Weise aus mehreren Schichten aufgebaut und weist auf seiner dem Ventilglied 2 zugewandten Seite einen Aktorkopf 5 sowie auf seiner dem Ventilglied abgewandten Seite einen Ak- torfuß 6 auf, der sich an einem Ventilgehause 7 abstutzt. An dem Aktorkopf 5 liegt über ein Auflager 8 ein Stellkolben 9 des Ventilgliedes 3 an, welcher in seinem Durchmesser gestuft ausgeführt ist.
Das Ventilglied 3 ist axial verschiebbar in einer als
Langsbohrung ausgeführten Bohrung 10 des Ventilgehauses 7 angeordnet und umfaßt neben dem Stellkolben 9 noch einen ein kugelförmiges Ventilschließglied 11 betätigenden Betatigungskolben 12. Der Stellkolben 9 und der Betatigungskolben 12 sind mittels einer hydraulischen Übersetzung miteinander gekoppelt.
Die hydraulische Übersetzung ist als Hydraulikkammer 13 ausgebildet, die die Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 4 übertragt. Die Hydraulikkammer 13 schließt zwischen den beiden sie begrenzenden Kolben 9 und 12, von denen der Betatigungskolben 12 mit einem kleineren Durchmesser und der Stellkolben 9 mit einem größeren Durchmesser ausgebildet ist, ein gemeinsames Ausgleichsvolumen ein.
Die Hydraulikkammer 13 ist derart zwischen dem Stellkolben 9 und dem Betatigungskolben 12 eingespannt, daß der Betatigungskolben 12 einen um das Übersetzungsverhältnis des Kolbendurchmessers vergrößerten Hub macht, wenn der größere Stellkolben 9 durch den piezoelektrischen Aktor 4 um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird. Der Stellkolben 9, der Betatigungskolben 12 und der piezoelektrische Aktor 4 liegen dabei auf einer gemeinsamen Achse hintereinander.
Über das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer 13 können neben der hydraulischen Kraftübertragung auch Toleranzen aufgrund von Temperaturgradienten im Bauteil oder unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizien- ten der verwendeten Materialien sowie eventuelle
Setzeffekte ausgeglichen werden, ohne daß dadurch eine Änderung der Position des anzusteuernden Ventilschließ- gliedes 11 auftritt. Die Befullung der Hydraulikkammer 13 ist m Figur 1 nicht weiter dargestellt.
An dem ventilsteuerraumseitigen Ende des Ventilgliedes 3 bzw. Betatigungskolbens 12 wirkt das kugelartige Ventilschließglied 11 in einem Ventilraum 17 mit an dem Ventilgehause 7 ausgebildeten Ventilsitzen 14, 15 zusammen, wobei der erste bzw. obere Ventilsitz 14 zu einem Niederdruckbereich 18 und der zweite bzw. untere Ventilsitz 15 zu dem unter Hochdruck stehenden Ventilsteuerraum 2 fuhrt. Dem unteren Ventilsitz 15 ist eine Feder 16 zugeordnet, die das Ventilschließglied 11 bei Entlastung des Ventilsteuerraums 2 am oberen Ventilsitz 14 halt.
In dem Ventilsteuerraum 2 des Hochdruckbereiches 19 ist ein bewegbarer Ventilsteuerkolben angeordnet, der in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist. Durch axia- le Bewegungen des Ventilsteuerkolbens in dem Ventilsteuerraum 2 wird eine Einspritzdüse des Kraftstoffein- spritzventils 1 auf an sich bekannte Weise gesteuert. In den Ventilsteuerraum 2 mundet üblicherweise auch eine Einspritzleitung, welche die Einspritzdüse mit Kraftstoff versorgt. Die Einspritzleitung ist mit einem für mehrere Kraftstoffeinspritzventile gemeinsamen Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) verbunden. Der Hochdruckspeicherraum wird dabei in bekannter Weise von einer Kraftstoffhochdruckforderpumpe mit Kraftstoff hohen Druckes aus einem Vorratstank gespeist. Zur Stabilisierung des Ventilschließgliedes 11 in seiner Mittelstellung ist in einem Bereich zwischen der Hydraulikkammer 13 und dem Ventilraum 17, in dem das Ventilschließglied 11 angeordnet ist, eine Federein- richtung 20 angeordnet. Die Federeinrichtung 20 wirkt im Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 1 mit einer Verjüngung 21 an dem Betätigungskolben 12 zusammen, wobei die Verjüngung 21 und die Federeinrichtung 20 zueinander derart angeordnet sind, daß sie miteinander in Eingriff stehen, wenn das Ventilschließglied 11 in seiner Zwischenstellung ist.
Wie in Figur 1 und Figur 2 zu erkennen ist, ist die Federeinrichtung 20 in der gezeigten Ausführung mit einer Spannfeder 22 ausgebildet, welche an ihren dem Ventilglied 3 bzw. Betätigungskolben 12 abgewandten Ende an dem Ventilgehäuse 7 abgestützt ist und an ihrem anderen, dem Betätigungskolben 12 zugewandten Ende eine Gleiteinrichtung 23 aufweist.
In der vorliegenden Ausführung ist die Gleiteinrichtung
23 mit drei gleichmäßig über den Umfang des Betätigungskolbens 12 verteilten Kugeln 24 ausgebildet, welche mit der Geometrie der Verjüngung 21 an dem Betäti- gungskolben 12 so zusammenwirken, daß das Ventilschließglied 11 in seiner Mittelposition während einer Stellbewegung abgebremst wird. Die Position der Kugeln
24 und die Geometrie der Verjüngung 21 des Betätigungskolbens 12 sind vom Fachmann entsprechend der gewünsch- ten Abbremsung des Ventilschließgliedes 11 anzupassen. An das piezoseitige Ende der Bohrung 10 schließt sich ein Ventilsystemdruckraum 25 an. Dieser ist einerseits durch das Ventilgehäuse 7 und andererseits durch ein mit dem Stellkolben 9 des Ventilgliedes 3 und dem Ven- tilgehäuse 7 verbundenes Dichtelement 26 begrenzt, welches vorliegend als faltenbalgartige Membran ausgebildet ist und verhindert, daß der piezoelektrischen Aktor 4 mit dem in dem Ventilsystemdruckraum 25 enthaltenen Kraftstoff in Kontakt kommt. Zur Befüllung des Nieder- druckbereiches 18 ist schematisch eine Befülleinrich- tung 27 angedeutet.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Figur 1 und Figur 2 arbeitet dabei in nachfolgend beschriebener Weise.
In geschlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1 und ungeladenem piezoelektrischen Aktor 4 wird das Ventilschließglied 11 des Ventilglieds 3 in Anlage an dem ihm zugeordneten oberen Ventilsitz 14 gehalten, so daß kein Kraftstoff aus dem mit dem Hochdruckspeicherraum verbundenen Ventilsteuerraum 2 in den Niederdruckbereich 18 gelangen kann.
Im Falle einer langsamen Betätigung, wie sie bei einer temperaturbedingten Längenänderung des piezoelektrischen Aktors 4 oder weiterer Ventilbauteile wie z.B. des Ventilgehäuses 7 auftritt, dringt der Stellkolben 9 mit Temperaturerhöhung in das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer 13 ein oder zieht sich bei Temperatur- absenkung daraus zurück, ohne daß dies Auswirkungen auf die Schließ- und Offnungsstellung des Ventilgliedes 3 und des Kraftstoffventils 1 insgesamt hat.
Wenn eine Einspritzung das Kraftstoffeinspritzventil 1 erfolgen soll, wird der piezoelektrische Aktor 4 aufgeladen, wodurch dieser seine axiale Ausdehnung schlagartig vergrößert. Über den Stellkolben 9 und die Hydraulikkammer 13 wird diese Langung des piezoelektrischen Aktors 4 auf den Betatigungskolben 12 bertragen, wo- durch das Ventilschließglied 11 aus dem ersten, oberen Ventilsitz 14 herausgehoben wird und gegen den anliegenden Raildruck entgegen dem zweiten, unteren Ventilsitz 15 bewegt wird. Wenn nun der Betatigungskolben 12 mit seiner Verjüngung 21 in den Bereich gelangt, in dem die Kugeln 24 der Gleiteinrichtung 23 angeordnet sind, so erfahrt das Steuerventil eine gegen die Bewegungsrichtung des Ventilschließgliedes 11 gerichtete Bremskraft, die zu einer Stabilisierung um diese Position fuhrt .
In Figur 3 ist äußerst vereinfacht ein Verlauf dieser Bremskraft dargestellt, welche mit dem Eingriff zwischen der Verjüngung 21 des Betatigungskolbens 12 und der Federeinrichtung 20 auftritt und ihr Maximum in der Mittelstellung h_Mitte des Ventilschließgliedes 11 hat. Wird der Betatigungskolben 12 nun aus der Mittellage durch eine entsprechend große Piezokraft weiterbewegt, so wandert die Verjüngung 21 aus dem Bereich der gegen den Betätigungskolben 12 gepreßten Kugeln 24 heraus, wobei die Kraft entgegen der Ventilbewegungsrichtung schlagartig abnimmt. Das Ventilschließglied 11 kann somit ohne aufgebrachte Gegenkraft durch die Federeinrichtung 20 in seine maximale Hubposition h_max, d.h. zu dem zweiten Ventilsitz 15 bewegt werden.
Bei Entladung des piezoelektrischen Aktors 4 wird das Ventilschließglied 11 nunmehr mit Unterstützung des Raildrucks in entgegengesetzte Richtung bewegt, wobei durch das Eingreifen der Federeinrichtung 20 in die Verjüngung 21 des Betätigungskolbens 12 wie zuvor be- schrieben wiederum eine Stabilisierung des Ventilschließgliedes 11 in dessen Mittelstellung realisiert wird.
Die Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors erfolgt grundsätzlich in der Art, daß er für eine Einspritzung auf ein mittleres Spannungsniveau auf- bzw. entladen wird. Der sich dadurch einstellende Aktorhub sorgt dafür, daß das Steuerventil näherungsweise mittig zwischen den Sitzen positioniert werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung sorgt dafür, daß diese Mittel- Stellung sicher und mit hoher Präzision eingehalten werden kann.
Bezug nehmend auf Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils 1 dargestellt, bei dem aus Gründen der Übersichtlichkeit funktionsgleiche Bauteile mit den zuvor verwendeten Bezugszeichen bezeichnet sind.
Gegenüber der Ausführung nach Figur 1 und Figur 2 un- terscheidet sich die hier gezeigte Federeinrichtung 20 darin, daß eine Feder 28 in dem Ventilraum 17 des Ven- tilschließgliedes 11 angeordnet ist, welche einerseits an dem dem zweiten Ventilsitz 15 zugeordneten Ende des Ventilraumes 17 und andererseits an einem Anschlag 29 in einem Bereich zwischen dem ersten Ventilsitz 14 und dem zweiten Ventilsitz 15 abgestützt ist. Durch geeignete Positionierung des Anschlages 29 ist die Feder 28 derart positioniert, daß ihre Federkraft die Stellbewegung des Ventilschließgliedes 11 von dem ersten Ventilsitz 14 in den zweiten Ventilsitz 15 ab Erreichen sei- ner Zwischenstellung dämpft.
Selbstverständlich können die beschriebenen Ausführungen alternativ oder auch nebeneinander bei dem erfindungsgemäßen Ventil verwendet werden. Bei einer kombi- nierten Anwendung der Federeinrichtungen kann die Arbeitsweise bzw. die Mittelstellung des Ventilschließgliedes weiter stabilisiert werden.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einer piezoelektrischen Einheit (4) zur Betätigung eines in einer Bohrung (10) eines Ventilgehäuses (7) axial ver- schiebbaren Ventilglieds (3), welches mehrteilig mit wenigstens einem an die piezoelektrische Einheit (4) grenzenden Stellkolben (9) und wenigstens einem an ein Ventilschließglied grenzenden Betätigungskolben (12) ausgebildet ist, zwischen denen eine als hydraulische Übersetzung und Toleranzausgleichselement arbeitende
Hydraulikkammer (13) angeordnet ist, wobei ein der piezoelektrischen Einheit (4) abgewandtes Ende der Bohrung (10) in einen Ventilraum (17) grenzt, in dem das Ventilschließglied (11) angeordnet ist, welches zwischen einem an dem Ende der Bohrung (10) ausgebildeten und einen Niederdruckbereich (18) begrenzenden ersten Ventilsitz (14) und einem zu einem Ventilsteuerraum (2) eines Hochdruckbereiches (19) führenden zweiten Ventilsitz (15) zum Öffnen und Schließen des Ventils (1) be- wegbar ist, wobei es in einer Zwischenstellung zwischen den Ventilsitzen (14, 15) den Niederdruckbereich (18) mit dem Ventilsteuerraum (2) strömungsmäßig verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Ventilschließglied (11) in seiner Zwischenstellung stabilisierende Federeinrichtung (20) mit einer Verjüngung (21) des Ventilgliedes (3) zusammenwirkt, wobei die Verjüngung (21) und die Federeinrichtung (20) zueinander derart angeordnet sind, daß sie miteinander in Eingriff stehen, wenn das Ventilschließglied (11) in seiner Zwischenstellung ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung (21) an dem Betätigungskolben (12) ausgebildet ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (20) mit einer Spannfeder (22) ausgebildet ist, welche an ihrem dem Ventilglied (3) abgewandten Ende an dem Ventilgehäuse (7) abgestützt ist und an ihrem dem Ventilglied (3) zugewandten Ende eine Gleiteinrichtung (23) aufweist.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiteinrichtung (23) mit Kugeln (24) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise drei gleichmäßig zueinander beabstandete Kugeln (24) vorgesehen sind.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (20) in einem Bereich zwischen der Hydraulikkammer (13) und dem Ven- tilraum (17) angeordnet ist.
6. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (20) mit einer Feder (28) in dem Ventilraum (17) des Ventilschließgliedes (11) angeordnet ist, welche einerseits an dem dem zweiten
Ventilsitz (15) zugewandten Ende des Ventilraumes (17) und andererseits an einem Anschlag (29) m einem Bereich zwischen dem ersten Ventilsitz (14) und dem zweiten Ventilsitz (15) abgestutzt ist, wobei der Anschlag (29) derart angeordnet ist, daß die Federkraft eine Stellbewegung des Ventilschließgliedes (11) von dem ersten Ventilsitz (14) in den zweiten Ventilsitz (15) ab Erreichen seiner Zwischenstellung dampft.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dem zweiten Ventilsitz (15) zugewandten Ende des Ventilraumes (17) und dem Ventilschließglied (11) ein weiteres Federelement (16) vorgesehen ist, mittels dessen Federkraft das Ventil- schließglied (11) bei Druckentlastung des Ventilsteuer- raumes (2) an dem ersten Ventilsitz (14) gehalten ist.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Bestandteil eines Kraftstoffemspπtzventils für Brennkraftmaschinen, insbesondere eines Common-Rail-Injektors (1).
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