DE19946830A1 - Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten - Google Patents
Ventil zum Steuern von FlüssigkeitenInfo
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Abstract
Es wird ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten beschrieben, wobei ein Ventilschließglied (13) einen Niederdruckbereich (16) in dem Ventil (1) von einem Hochdruckbereich (17) trennt und eine Befülleinrichtung (19) zum Ausgleich einer Leckagemenge des Niederdruckbereiches (16) durch Entnahme von Hydraulikflüssigkeit des Hochdruckbereichs (17) vorgesehen ist. Dabei ist die Befülleinrichtung (19) in einem Ventilkörper (9) mit einem kanalartigen Hohlraum (18) ausgebildet, in dem ein Festkörper (26) derart angeordnet ist, daß zwischen dem Festkörper (26) und dem Ventilkörper (9) ein Spalt (28) ausgebildet ist. Das Material des Festkörpers (26) weist einen derart größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material des Ventilkörpers (9) auf, daß bei zunehmender Temperatur eine viskositätsbedingte Zunahme des den Festkörper (26) umströmenden Volumenstroms wenigstens teilweise begrenzt wird ( Figur 1).
Description
Die Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern von
Flüssigkeiten gemäß der in Patentanspruch 1 näher definier
ten Art aus.
Aus der Praxis sind Ventile zum Steuern von Flüssigkeiten,
bei denen ein Ventilschließglied einen Niederdruckbereich
in dem Ventil von einem Hochdruckbereich trennt, z. B. bei
Pumpen oder Kraftstoffinjektoren bei Kraftfahrzeugen
hinlänglich bekannt.
Auch die EP 0 477 400 A1 beschreibt ein derartiges Ventil,
wobei dieses über einen piezoelektrischen Aktor betätigbar
ist und eine Anordnung für einen in Hubrichtung wirkenden
Wegtransformator des piezoelektrischen Aktors aufweist, bei
der die Auslenkung des Aktors über eine Hydraulikkammer
übertragen wird, welche als hydraulische Übersetzung bzw.
Kopplung und Toleranzausgleichselement arbeitet. Die
Hydraulikkammer schließt zwischen zwei sie begrenzenden
Kolben, von denen ein Kolben mit einem kleineren Durchmes
ser ausgebildet ist und mit einem anzusteuernden Ventil
glied verbunden ist, und der andere Kolben mit einem
größeren Durchmesser ausgebildet ist und mit dem piezoelek
trischen Aktor verbunden ist, ein gemeinsames Ausgleichsvo
lumen ein. Die Hydraulikkammer ist derart zwischen den
beiden Kolben eingespannt, daß der Betätigungskolben einen
um das Übersetzungsverhältnis des Kolbendurchmessern
vergößerten Hub macht, wenn der größere Kolben durch den
piezoelektrischen Aktor um eine bestimmte Wegstrecke bewegt
wird. Das Ventilglied, die Kolben und der piezoelektrische
Aktor liegen dabei auf einer gemeinsamen Achse. Über das
Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer können Toleranzen
aufgrund von Temperaturgradienten bzw. unterschiedlichen
Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materia
lien sowie eventuelle Setzeffekte ausgeglichen werden, ohne
daß dadurch eine Änderung der Position des anzusteuernden
Ventilgliedes auftritt.
Das hydraulische System im Niederdruckbereich, insbesondere
der hydraulische Koppler, benötigt einen Systemdruck,
welcher aufgrund von Leckage abfällt, falls keine ausrei
chende Nachfüllung mit Hydraulikflüssigkeit stattfindet.
Hierzu sind aus der Praxis für Common-Rail-Injektoren
Lösungen bekannt, bei denen der Systemdruck, welcher
zweckmäßig im Ventil selbst erzeugt wird und auch bei einem
Systemstart möglichst konstant sein soll, durch Zuführung
von Hydraulikflüssigkeit aus dem Hochdruckbereich des zu
steuernden Kraftstoffs in den Niederdruckbereich mit dem
Systemdruck sichergestellt wird. Dies geschieht mit Hilfe
von Leckspalten, die durch Leck- bzw. Befüllstifte darge
stellt werden.
Ein Problem stellt jedoch die Dimensionierung des Leckspal
tes dar, welcher so einzustellen ist, daß der Systemdruck
im gesamten Arbeitsbereich auf der Niederdruckseite des
Ventils aufgebaut und gehalten werden kann. Bei Temperatur
schwankungen der durch den Leckspalt strömenden Flüssigkeit
verändert sich das Strömungsvolumen entsprechend der
Viskositätsänderung der Flüssigkeit. So wird z. B. bei
Common-Rail-Injektoren der Leckspalt verhältnismäßig groß
gewählt, um den Systemdruck im Niederdruckbereich auch bei
extrem niedrigen Temperaturen, bei denen die Viskosität von
Dieselkraftstoff bis zu dessen Versulzung zunimmt, halten
zu können. Dies führt dazu, daß bei üblichen Betriebstempe
raturen oder hohen Temperaturen eine große Menge an
Flüssigkeit über den Spalt um den Leckstift in den Nieder
druckbereich gelangt, wobei die überschüssige Menge an
Flüssigkeit über ein Druckhalteventil abgelassen werden
muß. Auf diese Weise ist ein unerwünscht hoher Leckverlust
des Ventils gegeben, aufgrund dessen der Wirkungsgrad des
Gesamtsystems stark abnimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zur
Steuerung von Flüssigkeiten zu schaffen, bei dem eine
Leckmenge aus einem Hochdruckbereich in einen Niederdruck
bereich des Ventils bei Temperaturänderungen wenigstens
annähernd konstant ist.
Das erfindungsgemäße Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 hat den Vorteil,
daß der Spalt zwischen dem Festkörper und dem Ventilkörper
relativ groß ausgelegt werden kann, so daß auch bei sehr
niedrigen Temperaturen der strömenden Flüssigkeit ein
ausreichender Volumendurchsatz sichergestellt ist. Bei
steigender Temperatur und abnehmender Viskosität der durch
den Spalt strömenden Flüssigkeit dehnt sich der Festkörper
aufgrund seines größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
stärker aus als das Material des Ventilkörpers, so daß der
Spalt mit zunehmender Temperatur verringert wird und somit
in vorteilhafter Weise der gleiche Volumendurchsatz bei
mittleren und hohen Temperaturen wie im niedrigen Tempera
turbereich eingestellt wird.
Da mit dem erfindungsgemäßen Ventil eine Zunahme der
Leckrate in den Niederdruckbereich in Folge steigender
Temperaturen vermieden wird, entfällt zudem die Notwendig
keit, die große Mengen an zuviel geförderter Flüssigkeit
durch ein Überdruckventil abzulassen, weshalb der Wirkungs
grad des Gesamtsystems nicht beeinträchtigt wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des
Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der
Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ventils zur
Steuerung von Flüssigkeiten sind in der Zeichnung darge
stellt und werden in der folgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung
eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen im
Längsschnitt, und
Fig. 2 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung
eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine
Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils bei einem Kraft
stoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen von Kraft
fahrzeugen. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist vorliegend
als ein Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von Diesel
kraftstoff ausgebildet, wobei die Kraftstoffeinspritzung
über das Druckniveau in einem Ventilsteuerraum 12, welcher
mit einer Hochdruckversorgung verbunden ist, gesteuert
wird.
Einspritzbeginn, Einspritzdauer und Einspritzmenge werden
über Kräfteverhältnisse in dem Kraftstoffeinspritzventil 1
eingestellt, wobei ein Ventilglied 2 über eine als piezo
elektrische Einheit mit einem piezoelektrischen Aktor 3
ausgebildete Aktuatorik angesteuert wird, welche auf der
ventilsteuerraum- und brennraumabgewandten Seite des
Ventilgliedes 2 angeordnet ist. Der piezoelektrische Aktor
3 ist in üblicher Weise aus mehreren Schichten aufgebaut
und weist auf seiner dem Ventilglied 2 zugewandten Seite
einen Aktorkopf 4 sowie auf seiner dem Ventilglied abge
wandten Seite einen Aktorfuß 5 auf, der sich an einer Wand
eines Ventilkörpers 9 abstützt. An dem Aktorkopf 4 liegt
über ein Auflager 6 ein erster Kolben 7 des Ventilgliedes 2
an, welcher in seinem Durchmesser gestuft ausgeführt ist.
Das Ventilglied 2 ist in einer als Längsbohrung ausgeführ
ten Bohrung 8 des Ventilkörpers 9 ist axial verschiebbar
angeordnet und umfaßt neben dem ersten Kolben 7 einen
zweiten Kolben 10, welcher ein Ventilschließglied 13
betätigt. Die Kolben 7 und 10 des Ventilgliedes 2 sind
mittels einer hydraulischen Übersetzung miteinander
gekoppelt, welche als Hydraulikkammer 11 ausgebildet ist.
Die Hydraulikkammer 11 schließt zwischen den beiden sie
begrenzenden Kolben 7 und 10, von denen der zweite Kolben
10 mit einem kleineren Durchmesser als der erste Kolben 7
ausgeführt ist, ein gemeinsames Ausgleichsvolumen ein, über
das die Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 3 übertra
gen wird. Die Hydraulikkammer 11 ist dazu zwischen den
Kolben 7 und 10 derart eingespannt, daß der zweite Kolben
10 des Ventilgliedes 2 einen um das Übersetzungsverhältnis
des Kolbendurchmessers vergößerten Hub macht, wenn der
größere erste Kolben 7 durch den piezoelektrischen Aktor 3
um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird. Das Ventilglied
2, die Kolben 7 und 10 sowie der piezoelektrische Aktor 3
liegen dabei auf einer gemeinsamen Achse hintereinander.
Neben der hydraulischen Übersetzung können über das
Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer 11 auch Toleranzen
aufgrund von Temperaturgradienten im Bauteil oder unter
schiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der
verwendeten Materialien und eventuelle Setzeffekte ausge
glichen werden, ohne daß dadurch eine Änderung der Position
des anzusteuernden Ventilschließgliedes 13 auftritt.
An dem ventilraumseitigen Ende des Ventilgliedes 2 wirkt
das kugelartige Ventilschließglied 13 mit an dem Ventilkör
per 9 ausgebildeten Ventilsitzen 14, 15 zusammen, wobei das
Ventilschließglied 13 einen Niederdruckbereich 16 mit einem
Systemdruck von einem Hochdruckbereich 17 mit einem
Hochdruck bzw. Raildruck trennt.
An das piezoseitige Ende der Bohrung 8 schließt sich ein
erster Ventildruckraum 20 an, welcher einerseits durch den
Ventilkörper 9 und andererseits durch ein mit dem ersten
Kolben 7 des Ventilgliedes 2 und dem Ventilkörper 9
verbundenes Dichtelement 22 begrenzt ist. Das Dichtelement
22 ist vorliegend als faltenbalgartige Membran ausgebildet
und verhindert, daß der piezoelektrische Aktor 3 mit dem in
dem ersten Ventildruckraum 20 enthaltenen Kraftstoff in
Kontakt kommt.
Über einen kanalartigen Hohlraum 18 einer Befülleinrichtung
19 ist der erste Ventildruckraum 20 mit einem zu dem
Ventilsteuerraum 12 des Hochdruckbereiches 17 führenden
zweiten Ventildruckraum 21 verbunden, in dem die Ventilsit
ze 14, 15 ausgebildet sind. Von diesem zweiten Ventildruck
raum 21, welcher je nach Stellung des Ventilschließgliedes
13 mit dem Hochdruckbereich 17 verbindbar ist, führt ein
Leckageablaufkanal 29 ab, wobei in dem Leckageablaufkanal
29 eine Drossel 23 als Dämpfungsorgan für die Verstellbewe
gung des Ventilschließgliedes 13 angeordnet ist.
Des weiteren ist in dem zweiten Ventildruckraum 21 eine dem
unteren Ventilsitz 15 zugeordnete Feder 27 vorgesehen, die
das Ventilschließglied 13 bei Entlastung des Ventilsteuer
raums 12 am oberen Ventilsitz 14 hält.
In dem in der Fig. 1 lediglich angedeuteten Ventilsteuer
raum 12 ist ein bewegbarer Ventilsteuerkolben angeordnet,
der in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist. Durch
axiale Bewegungen des Ventilsteuerkolbens in dem Ventil
steuerraum 12 wird eine Einspritzdüse des Kraftstoffein
spritzventils 1 auf an sich bekannte Weise gesteuert. In
den Ventilsteuerraum 12 mündet üblicherweise auch eine
Einspritzleitung, welche die Einspritzdüse mit Dieselkraft
stoff versorgt. Die Einspritzleitung ist mit einem für
mehrere Kraftstoffeinspritzventile gemeinsamen Hochdruck
speicherraum (Common-Rail) verbunden.
Der kanalartige Hohlraum 18 der Befülleinrichtung 19 weist
ventilniederdruckraumseitig ein den Systemdruck in dem
ersten Ventildruckraum 20 regulierendes, federbelastetes
Überdruckventil 25 auf und ist mit einem als Drossel 24
ausgebildeten Dämpfungsorgang ausgerüstet.
In dem kanalartigen Hohlraum 18 ist hochdruckseitig des
Überdruckventils 25 ein als zylindrischer Stift ausgebilde
ter Festkörper 26 angeordnet, welcher mit dem ihn umgeben
den Ventilkörper 9 einen Spalt 28 begrenzt. Der zylindri
sche Stift 26 ist dabei aus einem Material hergestellt,
dessen Wärmeausdehnungskoeffizient deutlich über dem des
umgebenden Ventilkörpers 9, welcher üblicherweise aus Stahl
ist, liegt. Besonders geeignet sind für den zylindrischen
Stift 26 Materialien, welche im wesentlichen aus Aluminium
oder Kupfer bestehen. Mit einer derartigen Materialwahl
wird bei zunehmender Temperatur eine viskositätsbedingte
Zunahme des den zylindrischen Stift 26 der Befülleinrich
tung 19 umströmenden Volumenstroms stark begrenzt, wobei
mit optimaler Materialwahl ein nahezu konstanter Volumen
strom bei Temperaturänderungen erzielbar ist.
Um eine bessere Oberflächengüte zu erzielen und den
Zylinderkolben 26 gegen Verschleiß zu schützen, ist dessen
Oberfläche vergütet, wobei insbesondere eine Schutzschicht
aus elektrisch oxydiertem Aluminium vorteilhaft ist.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Fig. 1 arbeitet in
nachfolgend beschriebener Weise.
In geschlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1,
d. h. bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor 3 wird das
Ventilschließglied 13 in Anlage an dem ihm zugeordneten
oberen Ventilsitz 14 gehalten, so daß kein Kraftstoff aus
dem Hochdruckbereich 17 in den zweiten Ventildruckraum 21
gelangen und durch den Leckageablaufkanal 29 entweichen
kann.
Im Falle einer langsamen Betätigung, wie sie bei einer
temperaturbedingten Längenänderung des piezoelektrischen
Aktors 3 oder weiterer Ventilbauteile auftritt, dringt der
als Stellkolben dienende erste Kolben 7 mit Temperaturerhö
hung in das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer 11 ein
und zieht sich bei Temperatursenkung daraus zurück, ohne
daß dies Auswirkungen auf die Schließ- und Öffnungsstellung
des Ventilgliedes 2 und des Kraftstoffventils 1 insgesamt
hat.
Für eine Einspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 1
wird der piezoelektrische Aktor 3 bestromt, wodurch sich
dieser schlagartig axial ausdehnt. Bei einer derart
schnellen Betätigung des piezoelektrischen Aktors 3 stützt
sich dieser an dem Ventilkörper 9 ab und bewegt den zweiten
Kolben 10 mit dem Ventilschließglied 13 von seinem oberen
Ventilsitz 14 in eine Mittelstellung zwischen den beiden
Ventilsitzen 14 und 15. Durch die Stellbewegung des
Ventilgliedes 2 wird das Volumen des ersten Ventildruckrau
mes 20 mittels der Membran 22 verringert, wodurch sich der
Systemdruck in dem ersten Ventildruckraum 20 entsprechend
erhöht. Diese Druckerhöhung kann nicht sofort durch das
Überdruckventil 25 abgebaut werden, da die Drossel 24 den
Systemdruck kurz aufstaut. Dadurch wirkt eine hydraulische
Gegenkraft auf die Membran 22 gegen die Stellbewegung des
Ventilgliedes 2. Somit wird die Stellbewegung gedämpft und
das Ventilschließglied 13 wird in seiner Mittelstellung
stabilisiert.
Nach Abbau des Systemdruckes durch das Überdruckventil 25
kann das Schließglied 13 in seine Schließstellung an den
unteren Ventilsitz 15 bewegt werden, wodurch kein Kraft
stoff mehr aus dem Ventilsteuerraum 12 in den zweiten
Ventildruckraum 21 eindringen kann. Die Kraftstoffeinsprit
zung ist dann beendet.
Wenn anschließend die Bestromung des piezoelektrischen
Aktors 3 unterbrochen wird, bewegt sich das Ventilglied
wieder in seine Mittelstellung, und es erfolgt eine
Kraftstoffeinspritzung. Durch den unteren Ventilsitz 15
kann Kraftstoff in den zweiten Ventildruckraum 21 eindrin
gen, wobei die Drossel 23 indem Leckageablaufkanal 29
wiederum eine Dämpfung der Stellbewegung des Ventilgliedes
2 bewirkt.
Zum Ausgleich der durch das Überdruckventil 25 und den
Leckageablaufkanal 29 abgeführten Menge an Kraftstoff wird
in abgehobener Stellung des Ventilschließgliedes 13 von
seinem unteren Ventilsitz 15 eine möglichst dem Leckagever
lust entsprechende Kraftstoffmenge über den kanalartigen
Hohlraum 18 mit dem Spalt 28 von dem Hochdruckbereich 17 in
den Niederdruckbereich 16 geführt. Im Hochdruckbereich kann
dabei ein Raildruck von 200 bis 1800 bar herrschen, während
der Systemdruck im Niederdruckbereich beispielsweise 30 bar
betragen kann und der über den Leckageablaufkanal 22 zu
einem Tank zurückgeförderte Kraftstoff einen niedrigen
Druck von beispielsweise 1 bar aufweisen kann.
Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung des Festkörpers bzw.
Zylinderkolben 28 mit einem großen Wärmeausdehnungsvermögen
kann der Spalt 28 so groß dimensioniert werden, daß auch
bei extrem niedrigen Temperaturen mit einem zur Versulzung
neigenden Dieselkraftstoff die Bereitstellung des System
drucks im Niederdruckbereich 16 sichergestellt ist. Bei
zunehmenden Temperaturen wird der Spalt 28 durch die
Ausdehnung des Zylinderkolbens 26 kleiner, wobei die
Verkleinerung des Spaltes 28 der Viskositätsänderung des
Dieselkraftstoffes entgegenläuft und somit die Leckölmenge
in den Niederdruckbereich 16 im mittleren und oberen
Temperaturbereich soweit mindert, daß allenfalls eine sehr
geringe Menge an überschüssigem Kraftstoff im Niederdruck
bereich 16 über das Überdruckventil 25 abgelassen werden
muß.
Bezug nehmend auf Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbei
spiel des Kraftstoffeinspritzventils dargestellt, welches
im Prinzip wie das zu Fig. 1 beschriebene Kraftstoffein
spritzventil arbeitet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind funktionsgleiche Bauteile mit den in Fig. 1 verwende
ten Bezugszeichen bezeichnet.
Gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 unterscheidet sich
das hier gezeigte Kraftstoffeinspritzventil 1 darin, daß
der kanalartige Hohlraum 18 statt in den ersten Ven
tildruckraum 20, welcher hier eine zu einem Tank führende
Leckageleitung 30 aufweist, nunmehr auf der dem Nieder
druckbereich 16 zugewandten Seite der Befülleinrichtung 19
in einen den ersten Kolben 7 umgebenden Spalt 31 mündet,
wobei im Mündungsbereich eine Ringnut 32 vorgesehen ist.
Diese Ausführung hat den Vorteil, daß nur ein äußerst
geringes Volumen aus dem Systemdruckbereich verdrängt wird,
so daß die kontinuierliche Leckage des Systems bei dem
erfindungsgemäßen Ventil auf ein Minimum reduziert wird,
wobei jedoch eine kontinuierliche Durchströmung der
Hydraulikkammer 11 und damit ein Ausspülen von gegebenen
falls in diese eingetretene Luft gewährleistet ist. Daneben
kann die Wiederbefüllung der Hydraulikkammer 11 in vorteil
hafter Weise mit hohem Druck erfolgen, so daß eine mög
lichst schnelle Wiederbefüllung nach einem eventuellen
Leckageverlust durch den Spalt 31 oder einen den zweiten
Kolben 10 umgebenden Spalt 32 erreicht wird. Auf diese
Weise kann auch das Zeitintervall zwischen den Kraftstoff
einspritzungen sehr gering gehalten werden, wodurch hohe
Motordrehzahlen realisiert werden können. Gegenüber der
Ausführung nach Fig. 1 werden bei der Ausführungsvariante
nach Fig. 2 mit einer Ausbildung des niederdruckseitigen
Teiles des kanalartigen Hohlraums 18 und der Ringnut 32 als
Systemdruckraum Druckstöße auf das Dichtelement 22, welches
hier ebenfalls eine Membran ist, vermieden, was insbesonde
re bei Verwendung von stoßempfindlichen Dichtmaterialien
vorteilhaft ist.
Selbstverständlich kann eine alternative Ausführung auch
vorgesehen sein, daß der kanalartige Hohlraum 18 von dem
Festkörper bzw. zylindrischen Stift 28 der Befülleinrich
tung 19 zu dem den zweiten Kolben 10 umgebenden Spalt 32
führt.
Dabei ist durch die erfindungsgemäße Ausführung des
Festkörpers 26 mit einer großen Wärmeausdehnungsfähigkeit
und der Dimensionierung des Spaltes 28 auch hier gewährlei
stet, daß die Bereitstellung des Systemdrucks auch bei
einem minimalen Hochdruck und sehr niedrigen Temperaturen
des Kraftstoffes noch gesichert ist. Wenn die Kraftstoff
temperatur ansteigt, z. B. aufgrund einer erhöhten Rücklauf
menge bei hoher Last und einer entsprechend hohen Abgabe
von thermischer Energie der Hochdruckpumpe an den Kraft
stoff, verkleinert sich der Spalt 28 durch Ausdehnung des
zylindrischen Stiftes 26 derart, daß die viskositätsbeding
te Zunahme des den zylindrischen Stift 26 umströmenden
Volumenstroms wenigstens teilweise begrenzt wird.
Die Erfindung kann selbstverständlich nicht nur bei den
hier als bevorzugtes Einsatzgebiet beschriebenen Common-
Rail-Injektoren Verwendung finden, sondern generell bei
Kraftstoffeinspritzventilen oder auch in anderen Umfeldern,
wie z. B. bei Pumpen verwirklicht werden.
Claims (16)
1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, wobei ein Ventil
schließglied (13) einen Niederdruckbereich (16) in dem
Ventil (1) von einem Hochdruckbereich (17) trennt und
eine Befülleinrichtung (19) zum Ausgleich einer Leckage
menge des Niederdruckbereiches (16) durch Entnahme von
Hydraulikflüssigkeit des Hochdruckbereichs (17) vorgese
hen ist, wobei die Befülleinrichtung (19) in einem Ven
tilkörper (9) mit einem kanalartigen Hohlraum (18) aus
gebildet ist, in dem ein Festkörper (26) derart angeord
net ist, daß zwischen dem Festkörper (26) und dem Ven
tilkörper (9) ein Spalt (28) ausgebildet ist, und wobei
das Material des Festkörpers (26) einen derart größeren
Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material des Ven
tilkörpers (9) aufweist, daß bei zunehmender Temperatur
eine viskositätsbedingte Zunahme des den Festkörper (26)
umströmenden Volumenstroms wenigstens teilweise begrenzt
wird.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Festkörper (26) als zylindrischer Stift ausgebildet ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Festkörper (26) oberflächenvergütet ist, insbe
sondere mit einer Schutzschicht aus elektrisch oxydier
tem Aluminium.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Festkörper (26) im wesentlichen
aus Aluminium oder Kupfer besteht.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spalt (28) zwischen dem Festkör
per (26) und dem Ventilkörper (9) derart ausgelegt ist,
daß der den Festkörper (26) passierende Volumenstrom aus
dem Hochdruckbereich (17) bei einem definierten minima
len Hochdruck die Leckagemenge des Niederdruckbereiches
(16) ausgleicht.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der kanalartige Hohlraum (18) in
einen Systemdruckraum (20, 32) des Niederdruckbereiches
(16) mündet, welcher zur Steuerung eines Ventilgliedes
(2), mit dem das Ventilschließglied (13) betätigbar ist,
mit Systemdruck beaufschlagt ist.
7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ventilglied (2) zur Betätigung des Ventilschließgliedes
(13) von einer Aktuatorik (3) in einer Bohrung (8) des
Ventilkörpers (9) verschiebbar ist, wobei das Ventil
glied (2) geteilt ausgebildet ist mit wenigstens einem
ersten Kolben (7) und einem zweiten Kolben (10), die
durch eine Hydraulikkammer (11) voneinander getrennt
sind, und von denen der erste Kolben (7) an die Aktuato
rik (3) grenzt und in einem an die Bohrung (8) des Ven
tilkörpers (9) anschließenden Bereich von einem ersten
Ventildruckraum (20) umgeben ist, und der zweite Kolben
(10) an einen zweiten Ventildruckraum (21) grenzt, der
wenigstens einen an dem Ventilkörper (9) vorgesehenen
Sitz (14, 15) für das Ventilschließglied (13) zum Öffnen
und Schließen des Ventils (1) aufweist.
8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der kanalartige Hohlraum (18) der Befülleinrichtung
(19) auf der dem Niederdruckbereich (16) zugewandten
Seite des Festkörpers (26) in den ersten Ventildruckraum
(20) mündet, wobei der erste Ventildruckraum (20) den
Systemdruckraum darstellt.
9. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der kanalartige Hohlraum (18) der Befülleinrichtung
(19) auf der dem Niederdruckbereich (16) zugewandten
Seite des Festkörpers (26) in einen den ersten (7) oder
den zweiten Kolben (10) umgebenden Spalt (31, 33) mün
det, wobei der Mündungsbereich den Systemdruckraum (32)
darstellt.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der kanalartige Hohlraum (18) der
Befülleinrichtung (19) auf der dem Hochdruckbereich (17)
zugewandten Seite des Festkörpers (26) in den zweiten
Ventildruckraum (21) mündet.
11. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventilschließglied (13) mit zwei
in dem zweiten Ventildruckraum (21) angeordneten Ventil
sitzen (14, 15) zum Öffnen und Schließen des Ventils (1)
derart zusammenwirkt, daß es in einer Schließstellung
den zweiten Ventildruckraum (21) von einem unter Hoch
druck stehenden Ventilsteuerraum (12) trennt und in
einer Zwischenstellung zwischen den Ventilsitzen (14,
15) den zweiten Ventildruckraum (21) mit dem Ventilsteu
erraum (12) strömungsmäßig verbindet.
12. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil (25) zum Ein
stellen des Systemdruckes zwischen dem dem Niederdruck
bereich (16) zugewandten Bereich des kanalartigen Hohl
raums (18) und dem zweiten Ventildruckraum (21) vorgese
hen ist.
13. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hydraulikkammer (11) mit System
druck als Toleranzausgleichselement zum Ausgleich von
Längungstoleranzen der als piezoelektrische Einheit (3)
ausgebildeten Aktuatorik und/oder weiterer Ventilbautei
le (9) und als hydraulische Übersetzung ausgebildet ist.
14. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Ventildruckraum (20) durch
ein Dichtelement (22) begrenzt ist.
15. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das
den ersten Ventildruckraum (20) begrenzende Dichtelement
als faltenbalgartige Membran (22) ausgebildet ist, die
derart mit dem Ventilglied (2) und mit dem Ventilkörper
(9) verbunden ist, daß die piezoelektrische Einheit (3)
vor einem Kontakt mit der zu steuernden Flüssigkeit
geschützt ist.
16. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet
durch seine Verwendung als Bestandteil eines Kraft
stoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen, insbeson
dere eines Common-Rail-Injektors (1).
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