Stand der Technik : Bei Injektoren, die mit einem mehreren Injektoren gemeinsamen Hochdrucksammelraum (Common Rail) in Verbindung stehen, oder bei hydraulisch angetriebenen Einspritzpumpen können sehr kurze Schalt-bzw.

Ansteuerzeiten erforderlich sein, um Hubbewegungen eines Steuerelementes auszuftihren. Die geforderten Schaltzeiten können unterhalb von 2 ms liegen ; bei sehr kleinen hydraulisch beaufschlagten Einheiten, d. h. Einheiten sehr kleinen Durchflußquer-schnitts, kann eine direkte Magnetsteuerung verwendet werden.

Die direkte Magnetsteuerung läßt sich bei Einheiten mit kleinem Durchflußquerschnitt verwenden, wo beispielsweise ein 3-/2-Wege Steuerelement ausgeführt sein kann, wenn Hubbewegungen durch das Steuerelement auszuführen sind, die kleiner als 0,3 mm Hubweg betragen. Wenn längere Stellelementhübe erforderlich werden, stößt die direkte Magnetansteuerung des eines als Steuerschiebers ausgebildeten Steuerelementes an ihre Grenzen.

Eine andere Variante liegt in einer Servoansteuerung des Steuerschiebers, die aber nur dann realisiert werden kann, wenn die zum Verschluß der Steuerkanten jeweils vom Steuerelement zurückzulegenden Hubwege die genannten Grenzen nicht überschreiten. Auch hier gilt die bereits erwähnte Einschränkung, daß die Servoansteuerung vorzugsweise nur bei kleinen Einheiten mit geringem Durchflußquerschnitt zum Einsatz kommt, bei denen demzufolge die Stellkräfte noch in mit Servomotoren beherrschbarer Größenordnung liegen. Bein Einsatz bei Großdieselmotoren, die Stelleinheiten mit größerem Durchflußquerschnitt benötigen, treten hingegen größere Durchflußmengen sowie daraus resultierend größere Stellkräfte auf, die mit Servomotoren allein oder mit einer ausschließlichen Magnetansteuerung des Steuerschiebers alleine nicht mehr beherrschbar sind.

Darstellung der Erfindung : Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist nunmehr eine direkte elektronische Regelung einer Ventileinheit für größere Durchflußquerschnitte realisierbar, die unter anderem auch für Großdieselapplikationen geeignet ist. Durch die dort auftretenden hohen Drücke entstehen hohe Stellkräfte, die mit der vorgeschlagenen Kraftspeicher unterstützten Lösung beherrschbar werden. Die bei größeren Einheiten größeren Stellwege lassen sich mit der erfindungsgemäßen Lösung wesentlich schneller zurücklegen und die auftretenden Schließkräfte schneller bereitstellen ; der Überdeckungsgrad der Steuerkanten zwischen Steuerelement und dieses umschließenden Gehäuse läßt sich so wählen, daß eine

effektive Abdichtung von Hochdruckzuleitung gegenüber der drucklosen Ablaufleitung erzielbar ist.

Durch die Beaufschlagung des zulaufseitigen Stellelementendes mit einem die Schließbewegung des Steuerelementes unterstützenden Kraftspeicher ist die Systemsicherheit bei Ausfall der Versorgungsspannung sichergestellt. Der dem zulaufseitigen Ende zugeordnete Kraftspeicher-beispielsweise ausgeführt als eine Schraubenfeder-ist derart dimensioniert, daß im Falle des Spannungsausfalles an einem der Betätigungsorgane immer ein Schließen der Hochdruckzulaufleitung gewährleistet ist. Zur Begrenzung der zur Auf-bzw.

Zusteuerung von Hochdruckzuleitung und drucklosem Ablauf sind in der das Steuerelement umschließenden Bohrung im Gehäuse Anschläge vorgesehen, die die Vorspannung der Kraftspeicher begrenzen.

Das erfindungsgemäße Steuerelement kann beispielsweise-ausgebildet als Steuerschieber-mit einer Einspritzdüse verbunden sein, um unter extrem hohen Druck stehenden Kraftstoff in eine Brennkammer einzuspritzen, oder der Versorgung einer hydraulisch betreibbaren Kolbenpumpe dienen. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Steuerelementes als Kraftspeicher unterstütztes Stellsystem lassen sich kürzeste Schaltzeiten bei dennoch verlängerten Hubwegen realisieren. Die kurzen Schaltzeiten am Steuerelement sind dadurch realisierbar, daß jeweils einer der dem Steuerelementende zugeordneten Kraftspeicher, die durch die Ansteuerung eines der Betätigungsorgane ausgeführten Steuerelementbewegung unterstützt und dadurch die Schaltzeit verkürzt. Je nach Dimensionierung der vorzugsweise als Schraubenfedern-sei es parallel geschaltet oder in Serienschaltung-läßt sich die Systemsicherheit bei Stromausfall dadurch realisieren, daß bei Stromausfall der das Verschließen der Hochdruckzulaufleitung unterstützende Kraftspeicher größer dimensioniert ist, um auf dem zulaufseitigen Ende des als Steuerschieber ausgebildeten Steuerelementes höhere Schließkräfte zu erzeugen.

Zeichnung : Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert : Es zeigt : Fig. 1 den Aufbau einer 3-/2-Wege-Ventileinheit mit dem Steuerelement zugeordneten, elektrisch ansteuerbaren Betätigungsorganen, Fig. la eine mit dem Gehäuse des 3-/2-Wege-Ventils verbindbare Einspritzdüse und Fig. lb eine hydraulisch angetriebene Hochdruckpumpe.

Ausführungsvarianten : In der Ausfuhrungsvariante gemäß Fig. 1 ist ein 3-/2-Wege-Ventil dargestellt, mit einem Steuererlement, welches über zwei individuell ansteuerbare Betätigungsorgane bewegbar ist.

In einem Gehäuse 6 eines 3-/2-Wege-Ventils ist ein als Steuerschieber ausgebildetes Steuerelement 1 aufgenommen. An den jeweiligen Enden des Steuerelementes 1 sind Flächen vorgesehen, die Betätigungsorganen 2,3 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Betätigungsorgane 2,3 sind vorzugsweise als elektrisch ansteuerbare Elektromagnete ausgebildet, die über eine beide Betätigungsorgane 2,3 getrennt voneinander ansteuernde Steuereinheit 15 angesteuert werden können. Den vorzugsweise als Elektromagneten ausgebildeten Betätigungsorganen 2,3 liegen im Vergleich zum Durchmesser des Steuerelementes 1 im größeren Durchmesser dimensionierte Flächen gegenüber.

Das als Steuerschieber ausgebildete Steuerelement 1 ist in einer Bohrung 31 des Gehäuses 6 aufgenommen. Die Bohrung 31 um das Steuerelement 1 ist in engsten Toleranzen ausgeführt, um die bei der Relativbewegung der Bauteile zueinander auftretenden Leckageverluste möglichst gering zu halten. Das Steuerelement 1 ist als bewegbares Bauteil vorzugsweise aus hochwertigem Material hergestellt, während das Gehäuse 6 des 3-/2-Wege-Ventils auch aus preisgünstigerem Werkstoff bestehen kann. Am Steuerelement 1 sind zwei mit ihren einander zugewandten Stirnflächen voneinander beanstandete zylindrische Schließkörper 32 vorgesehen. Die zylindrischen Schließkörper 32 begrenzen einerseits einen Hohlraum 28 innerhalb der Bohrung 31 des Gehäuses 6, andererseits dienen die zylindrischen Schließkörper 32 als ringförmige Anschlagflächen für die im zulaufseitigen und dem ablaufseitigen Ende des Steuerelementes 1 jeweils zugeordneten Kraftspeicher 4 bzw. 5. Die Kraftspeicher 4,5 können vorzugsweise als Schraubenfedern ausgebildet werden. Zur Erhöhung der erzeugbaren Vorspannkraft am Steuerelement 1 können die Schraubenfedern als Federpakete, beispielsweise parallel geschaltet ineinander gesteckt ausgeführt sein oder auch in Reihenschaltung hintereinander liegend angeordnet werden. Anstelle von Schraubenfedern könnten auch andere Federelemente wie beispielsweise Federringe oder Tellerfedern in der Bohrung 31 des Gehäuses 6 als das Steuerelement beaufschlagende Kraftspeicher 4,5 vorgesehen sein.

In der Bohrung 31 sind ringförmige Anschlagflächen 13 bzw. 14 ausgebildet, die den Hubweg des Steuerelementes 1 begrenzen. Die Anschläge 13,14 können in der Bohrung 31 beispielsweise als ringförmig sich erstreckende Hülsenelemente eingeschrumpft sein. Die Anschläge 13,14 sind in der Bohrung 31 derart plaziert, daß durch das zulaufseitig vorgesehene zylindrische Schließelement 32 die Hochdruckzuleitung 7 durch die gehäuseseitige Steuerkante 17 und die schieberseitig am zylindrischen Schließkörper 32 vorgesehene Steuerkante 18 gerade freigegeben ist, während bei Anliegen des ablaufseitigen Schließzylinders 32 am Anschlag 13-wie in Fig. 1 gezeigt-der drucklose Ablauf 8 zum

Reservoir 21 gerade freigegeben ist, so daß überschüssiger im Hohlraum 28 noch vorhandener Kraftstoff bzw. Motoröl abfließen kann.

Im Gehäuse 6 gemäß Fig. 1 ist eine Hochdruckzuleitung 7 ausgeführt, über welche das Gehäuse 6 mit einem Hochdrucksammelraum 12 in Verbindung steht.

Der Hochdrucksammelraum 12 (Common Rail) wird über eine Hochdruckpumpe 23 beispielsweise mit Kraftstoff aus einem Reservoir 21 beaufschlagt ; der aktuelle im Reservoir 21 herrschende Kraftstoffpegel ist mit Bezugszeichen 22 bezeichnet.

Die vom Gehäuse 6 aus sich erstreckende drucklose Ablaufleitung 8 mündet unmittelbar in das Reservoir 21 und leitet überschüssigen Kraftstoff in das Reservoir 21 zurück.

Bei Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen wird der Hochdrucksammelraum 12 mit unter extrem hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Bei einer Hochdruckpumpe, die über das 3-/2-Wege-Ventil ebenfalls beaufschlagt werden kann, ist der Hochdrucksammelraum 12 anstelle von Kraftstoff beispielsweise mit Mineralöl, z. B. Motoröl angefüllt. Die beiden Betätigungsorgane 2,3 können untereinander über Zuganker 26 bzw. 27 miteinander verbunden sein, die ihrerseits mit Sicherungsmuttern 29 versehen werden können, um die beiden Betätigungsorgane 2,3 gegeneinander zu verspannen.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen 3-/2-Wege-Ventils erfolgt ausgehend von der Ansteuerung der Betätigungsorgane 2,3, vorzugsweise Elektromagneten, über die Steuereinheit 15 via Ansteuerleitungen 30. In der in Fig. 1 dargestellten Position des Steuerelementes 1 ist beispielsweise das zulaufseitige Betätigungsorgan 2 angesteuert und stößt die diesem gegenüberliegende Fläche des Steuerelementes 1 ab, während das ablaufseitig positionierte Betätigungsorgan 3 die diesem gegenüberliegende Fläche am Steuerelement 1 anzieht. Unterstützt durch die Entspannung des zulaufseitig angeordneten Kraftspeichers 4 wird die Hochdruckzuleitung 7 durch Überdeckung der Steuerkanten 17, der gehäuseseitigen Steuerkante 17 und der

schieberseitigen Steuerkante 18, verschlossen. Im in Fig. 1 gezeigten Stellzustand des Steuerelementes 1 ist eine Kraftstoff-oder Motorölmenge in die Versorgungsleitung 9 gelangt, während nach Öffnen des Hohlraumes 28 durch Aufsteuern des drucklosen Ablaufes 8 überschüssiger Kraftstoff oder gegebenenfalls überschüssiges Motoröl je nach Applikation zurück in das Reservoir 21 strömen kann.

Bei einer entgegengesetzt verlaufenden Bewegung des Steuerelementes 1 erfolgt eine Ansteuerung des ablaufseitig vorgesehenen Betätigungsorganes 3 derart, daß die diesem gegenüberliegende Fläche des Steuerelementes 1 abgestoßen wird. Das zulaufseitig angeordnete Betätigungsorgan 2 kann durch die Steuereinheit 15 so angesteuert werden, daß es die diesem gegenüberliegende ablaufseitige Fläche des Steuerelementes 1 anzieht. Dadurch bewegt sich das Steuerelement 1 auf die Hochdruckleitung 7 zu und verschließt durch die sich überdeckenden gehäuseseitige Steuerkante 20 und die am zylindrischen Schließkörper 32 vorgesehene Steuerkante die Ablaufkante 8. Dabei wird der ablaufseitig vorgesehene Kraftspeicher 4 zusammengedrückt, bis der ablaufseitige Schließzylinder 32 am Anschlag 14 anlegt. Die Schließbewegung des Ablaufes 8 wird durch den ablaufseitigen Kraftspeicher 5 unterstützt, der die Schließbewegung durch seine Entspannung untersützt.

Während der von der Schließbewegung der Hochdruckleitung 7 bis zur Öffnung des ablaufseitigen Ablaufes 8 vergehenden Zeitspanne ist die Versorgungsleitung 9 kurzseitig allein durch das im Hohlraum 28 eingeschlossene Fluidvolumen beaufschlagt und leitet dieses über eine Versorgungsleitung 9 an die mit dem Gehäuse 6 des 3-/2-Wege-Ventils in Verbindung stehende Einspritzsysteme weiter.

Coaxial zur Achse 25 des Steuerelementes 1 sind die Schließzylinder 32 aufgenommen. An den Stirnflächen der Schließzylinder 32 lassen sich einfach und preisgünstig zu dimensionierende Kraftstoff-oder Motorölmengen

begrenzende Steuerkanten fertigen, je nach zu beaufschlagendem Einspritzsystem.

Neben einer genauen Dosierung des einzuspritzenden Volumens ist durch den Grad der Überdeckung der Steuerkantenpaare 17,18 bzw. 19,20 für eine Leckageverluste auf ein Minimum begrenzende Abdichtung gesorgt. Die im Hohlraum 28 jeweils eingeschlossene Menge von Kraftstoff bzw. Motoröl läßt sich durch die Vorgabe des Durchmessers des die Schließzylinder 32 miteinander verbindenden Abschnittes des Steuerelementes 1 genau vorgeben.

Fig. la zeigt in schematischer Anordnung als an die Verbindungsbohrung angeschlossenes Einspritzsystem eine Einspritzdüse 10. Deren Öffnung 35 -durch eine Düsennadelverschluß-freigebbar-ragt in die Brennkamrner einer Brennkraftmaschine hinein. Alternativ dazu kann als Einspritzsystem auch eine in Fig. lb schematisch dargestellte Hochdruckpumpe 11 mit Motoröl beispielsweise beaufschlagt werden, die eine Leitung 34 mit erhöhtem Druck beaufschlagt. Der Druckraum kann mit einem Sperrventil 33 abgedichtet sein und ab Überschreiten eines bestimmten voreinstellbaren Überdruckes öffnen. Bei dieser Anwendung des erfindungsgemäßen 3-/2-Wege-Ventiles zur Beaufschlagung einer Hochdruckpumpe 11 wird der Hochdrucksammelraum 12 statt mit Kraftstoff mit unter hohem Druck stehenden Motoröl-was hier lediglich beispielsweise genannt werden soll-beaufschlagt.