Ventile zum Steuern von Flüssigkeiten sind beispielsweise als Kraftstoffeinspritzventile in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Die bekannten Ventile weisen dabei eine Düsennadel auf, die in einem Düsenkörper angeordnet ist. Die Düsennadel wird dabei über ein Steuerventil gesteuert, welches mit einem Aktor, beispielsweise einem Piezoaktor, in Verbindung steht. Hierzu ist die Düsennadel in einem Steuerraum angeordnet, welcher durch eine am Ende der Düsennadel angeordnete Steuerraumhülse und eine Zwischenscheibe gebildet wird. Vom Steuerraum geht eine Ablaufdrossel zum Steuerventil. Weiterhin ist in der Steuerraumhülse eine Zulaufdrossel vorgesehen, um eine Verbindung zwischen dem Steuerraum und dem Hochdruckbereich des Ventils bereitzustellen. An der Steuerraumhülse greift eine Düsenschließfeder an, welche mit der Düsennadel verbunden ist, um eine Schließkraft für die Düsennadel bereitzustellen. Wenn ein Einspritzen von Kraftstoff erfolgen soll, wird das Steuerventil geöffnet, so dass der Steuerraum über die Ablaufdrossel mit einem Niederdruckbereich des Ventils verbunden ist, so dass sich die Düsennadel von ihrem Sitz abhebt. Dabei bewegt sich die Düsennadel entgegen der Kraft der Düsenschließfeder. Wenn die Einspritzung beendet werden soll, wird das Steuerventil wieder geschlossen, so dass sich im Steuerraum wieder der ursprüngliche Druck aufbauen kann, so dass die Düsennadel wieder die Einspritzdüsen des Ventils verschließt.

Bei derartigen Kraftstoffeinspritzventilen ist jedoch nachteilig, dass sich insbesondere hinsichtlich der Abdichtung im Bereich der Steuerraumhülse Probleme ergeben.

Weiterhin ergibt sich an der Steuerraumhülse ein nachteiliger Verschleiß, welcher zu Ungenauigkeiten bei der Bemessung der Einspritzmenge führen kann. Darüberhinaus weist das bekannte Einspritzventil eine Vielzahl von Einzelteilen auf, deren Herstellung sehr kostenintensiv ist und welche einen erhöhten Montageaufwand notwendig machen.

Insbesondere sind die Düsennadel sowie die Steuerraumhülse samt zugehörigen Zusatzbauteilen sehr kostenintensiv in ihrer Herstellung. Weiterhin weisen die bekannten Kraftstoffeinspritzventile eine relativ lange Schließzeit auf, so dass sich Abweichungen in der vorbestimmten Kraftstoffeinspritzmenge ergeben können.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass es einen einfachen und kompakten Aufbau aufweist und besonders kostengünstig herstellbar ist. Dabei kann weiterhin die Schließzeit des Ventils verringert werden. Da erfindungsgemäß eine geringere Anzahl von Abdichtstellen vorhanden ist, kann weiterhin eine sichere und verlässliche Abdichtung zwischen den Hochdruck-und Niederdruckbereichen des Ventils gewährleistet werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Ventil einen Piezoaktor, einen Übersetzer, ein Steuerventil, eine Zwischenscheibe und eine in einem Düsenkörper angeordnete Düsennadel umfasst. Ein Ende der Düsennadel verschließt dabei eine Einspritzöffnung und das andere Ende der Düsennadel ist in einem Steuerraum angeordnet. In der Zwischenscheibe ist ein erster Zulauf, ein Ablauf, ein zweiter Zulauf und eine Hochdruckbohrung angeordnet. Der erste Zulauf verbindet einen Hochdruckbereich mit dem Steuerraum. Der Ablauf verbindet den Steuerraum mit dem Steuerventil. Der zweite Zulauf verbindet den Hochdruckbereich mit dem Steuerventil. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Zwischenscheibe ist es möglich, dass die Bauteileanzahl eines Ventils reduziert wird, da auf die im Stand der Technik notwendige Steuerraumhülse an der Düsennadel verzichtet werden kann.

Somit können erfindungsgemäß die Fertigungskosten und die Montagekosten deutlich reduziert werden. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Ventil sehr verschleißarm aufgebaut und ermöglicht die Verwendung von einfach aufgebauten Düsenkörpern und Düsennadeln. Weiterhin ist erfindungsgemäß eine sehr gute Trennung zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich des Ventils möglich. Dabei ist die Düse insbesondere bis ca. 2050 bar hochdruckfest.

Über den zweiten Zulauf der Zwischenscheibe wird insbesondere ein schnelleres Schließen der Düsennadel erreicht, da beim Schließvorgang Fluid einerseits über den ersten Zulauf in den Steuerraum strömen kann'und andererseits über den zweiten Zulauf und den Ablauf zum Steuerraum strömt. Dabei kehrt sich im Vergleich mit einem offenen Ventil die Strömungsrichtung im Ablauf um.

Besonders bevorzugt ist der Steuerraum durch eine Aussparung im Düsenkörper gebildet. Dadurch ist es möglich, dass ein besonders kompaktes Ventil mit geringen axialen Abmessungen bereitgestellt wird.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Steuerraum durch eine Aussparung in der Zwischenscheibe gebildet. Dadurch lassen sich noch kleinere axiale Abmessungen des Ventils erreichen.

Es sei angemerkt, dass der Steuerraum auch derart gebildet sein kann, dass er teilweise sowohl im Düsenkörper als auch in der Zwischenscheibe ausgebildet ist und somit bei Montage des Ventils am Übergangsbereich zwischen der Zwischenscheibe und dem Düsenkörper entsteht.

Weiter bevorzugt ist in der Zwischenscheibe ein Federsitz ausgebildet, um eine Düsenschließfeder aufzunehmen. Die Düsenschließfeder dient zum Schließen der Düsenfeder, wobei beim Öffnen der Düsennadel die Federkraft überwunden werden muss.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Düsenschließfeder an der zur Düsennadel gerichteten Endfläche des Zwischenstücks abgestützt.

Um eine sichere Befestigung der Düsenschließfeder an der Düsennadel zu ermöglichen, ist vorzugsweise an dem zum Steuerraum gerichteten Ende der Düsennadel ein Federsitz ausgebildet.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der zweite Zulauf über eine separate Bohrung im Düsenkörper mit dem Hochdruckbereich des Ventils verbunden. Dadurch kann zum einen eine unsymmetrische Verformung des Düsenkörpers ausgeglichen werden und zum anderen kann eine Sitzdesaxierung dadurch weitgehend vermieden werden.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der zweite Zulauf derart in der Zwischenscheibe angeordnet, dass er unmittelbar von der Hochdruckbohrung der Zwischenscheibe abzweigt. Dadurch kann auf eine zweite separate Bohrung im Düsenkörper verzichtet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Schließen der Düsennadel ausschließlich durch den Fluiddruck aus dem Hochdruckbereich des Ventils, welcher in den Steuerraum über den ersten und den zweiten Zulauf zugeführt wird. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, auf die Schließfedern für die Düsennadel zu verzichten, so dass weitere Einsparpotenziale am erfindungsgemäßen Ventil realisierbar sind.

Um ein sicheres Bewegen der Düsennadel im Düsenkörper zu ermöglichen, ist an dem zum Steuerraum gerichteten Ende der Düsennadel vorzugsweise eine Fase vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten wird insbesondere als Kraftstoffeinspritzventil bei Speichereinspritzsystemen verwendet. Als Übersetzer für den Hub des Piezoaktors kann dabei sowohl ein mechanischer als auch ein hydraulischer Übersetzer verwendet werden.

Zeichnung Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des in.

Figur 1 dargestellten Ventils, Figur 3 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 4 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Figur 5 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst das Kraftstoffeinspritzventil einen Piezoaktor 2, welcher über einen Betätigungskolben 3 mit einem hydraulischen Übersetzer 4 verbunden ist. Der hydraulische Übersetzer 4 besteht aus einem ersten Kolben 5, einem zweiten Kolben 6 und einem zwischen den beiden Kolben angeordneten Druckraum 7. Über ein Betätigungsglied steht der zweite Kolben 6 mit einem Steuerventil 8 in Verbindung. Das Steuerventil 8 umfasst ein Ventilglied 9, welches im nicht betätigten Zustand des Piezoaktors an einem Ventilsitz 10 anliegt.

Weiterhin umfasst das Kraftstoffeinspritzventil ein 'Zwischenstück 12 sowie einen Düsenkörper 13, in welchem eine Düsennadel 14 angeordnet ist. Die Düsennadel 14 öffnet bzw. schließt dabei mehrere Einspritzöffnungen 20, über welche Kraftstoff in einen nicht dargestellten Brennraum eines Motors eingespritzt werden kann. Die Hubhöhe der Düsennadel 14 ist in den Figuren 1 und 2 mit H bezeichnet.

In Figur 2 ist das erfindungsgemäße Zwischenstück 12 im Detail dargestellt. Wie in Figur 2 dargestellt, ist im Zwischenstück 12 eine Hochdruckbohrung 21, eine Zulaufdrossel 22, eine Ablaufdrossel 23 und ein zweiter Zulauf 24 ausgebildet. Die Hochdruckbohrung 21 verbindet eine Hochdruckleitung 19, über welche ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff von einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe zugeführt wird, mit einer Bohrung 17 im Düsenkörper 13. Die Bohrung 17 führt zu einem Hochdruckbereich 16 des Ventils. Die Zulaufdrossel 22 verbindet die Hochdruckbohrung 21 mit einem Steuerraum 25.

Über die Ablaufdrossel 23 ist der Steuerraum 25 mit dem Steuerventil 8 verbunden. Weiterhin ist das Steuerventil 8 über den zweiten Zulauf 24 und eine Bohrung 18 mit dem Hochdruckbereich 16 des Ventils verbunden (vgl. Figur 2).

Im Steuerraum 25 ist weiterhin ein Ende der Düsennadel 14 angeordnet, wobei an der Düsennadel 14 eine breite Fase 29 ausgebildet ist. Eine Düsenschließfeder 26 ist in einer Aussparung 27 angeordnet, welche ebenfalls im Zwischenstück 12 ausgebildet ist. Die Düsenschließfeder 26 stützt sich somit einerseits am Zwischenstück 12 ab und andererseits an der Düsennadel 14.

Die einzelnen Bauteile des Ventils werden in bekannter Weise über eine Düsenspannmutter 15 zusammengehalten (vgl. Figur 1). Die Düsennadel 14 ist weiter über eine Nadelführung 30 in den Düsenkörper 13 geführt. Weiterhin ist an der Düsennadel 14 eine Schulter 31 ausgebildet, welche im Hochdruckbereich 16 des Ventils positioniert ist. no Ue S Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist dabei wie folgt : Wenn eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgen soll, wird der Piezoaktor 2 angesteuert, so dass sich dieser längt. Dieser Hub des Piezoaktors 2 wird über den Betätigungskolben 3 und den hydraulischen Übersetzer 4 auf das Ventilglied 9 des Steuerventils 8 übertragen, welches sich von seinem Ventilsitz 10 abhebt. Dadurch ist eine Verbindung zum Niederdruckbereich 11 geöffnet. Genauer steht der Steuerraum 25 über die Aussparung 27 und die Ablaufdrossel 23 mit dem Niederdruckbereich 11 in Verbindung. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum 25, wodurch die Düsennadel 14 durch den im Hochdruckbereich 16 herrschenden Druck an der Schulter 31 nach oben in den Steuerraum 25 bewegt wird, so dass sich die Düsennadel 14 von ihrem Sitz abhebt. Dadurch erfolgt eine Einspritzung von Kraftstoff an den Einspritzöffnungen 20.

Die Düsennadel 14 wird dabei entgegen der Kraft der Düsenschließfeder 26 bewegt.

Wenn die Einspritzung von Kraftstoff beendet werden soll, wird der Piezoaktor 2 wieder angesteuert, so dass er sich wieder auf seine ursprüngliche Länge verkürzt. Dadurch bewegt sich das Ventilglied 9 wieder auf seinen Ventilsitz 10, so dass die Verbindung zum Niederdruckbereich 11 wieder unterbrochen ist. Dadurch kann sich im Steuerraum 25 wieder ein höherer Druck aufbauen, welcher zum Schließen der Düsennadel 14 führt. Dieser höhere Druck im Steuerraum 25 wird dabei einerseits über die durch die Zulaufdrossel 22 bereitgestellte Verbindung zur Hochdruckbohrung 21 bereitgestellt als auch über die Verbindung vom Hochdruckbereich 16 über die Bohrung 18 und den zweiten Zulauf 24 sowie die Ablaufdrossel 23. Dabei kehrt sich die Strömungsrichtung in der Ablaufdrossel 23 um. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, dass ein schnelleres Schließen der Düsennadel 14 bereit « asteS1t TÆi rd Durch die Ausbildung der Zwischenscheiben 12 mit der Hochdruckbohrung 21, der Zulaufdrossel 22, der Ablaufdrossel 23, dem zweiten Zulauf 24 und der Aussparung 27 zur Aufnahme der Düsenschließfeder 26 wird somit erfindungsgemäß ein besonders kompakt aufgebautes Ventil ermöglicht. Der Steuerraum 25 ist dabei im Düsenkörper 13 gebildet. Dadurch kann erfindungsgemäß auf die im Stand der Technik verwendeten Steuerraumhülsen verzichtet werden, welche einerseits die Herstellkosten deutlich erhöhen und andererseits zu Dichtigkeitsproblemen im Bereich der Hülsen führen. Beim erfindungsgemäßen Ventil 1 sind der Hochdruckbereich und der Niederdruckbereich dagegen über das Steuerventil 8 sicher voneinander getrennt. Weiterhin wird durch die symmetrische Anordnung der beiden Bohrungen 17 und 18 eine symmetrische Druckverteilung im Düsenkörper 13 erreicht.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur 3 ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.

Wie in Figur 3 gezeigt, ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel im zweiten Ausführungsbeispiel die Düsenschließfeder 26 derart angeordnet, dass sie sich einerseits an einer zur Düsennadel 14 gerichteten Endfläche des Zwischenstücks 12 abstützt und andererseits an einem an der Düsennadel 14 gebildeten Federsitz 28 abstützt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wäre es jedoch auch möglich, dass in dem Zwischenstück 12 eine erweiterte Aussparung angeordnet wird, so dass sich der Steuerraum sowohl in den Düsenkörper 13 als auch in das Zwischenstück 12 erstreckt.

Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.

Im Unterschied zu den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen weist das Ventil 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel keine Düsenschließfeder auf. Das Schließen der Düsennadel 14 erfolgt beim dritten Ausführungsbeispiel derart, dass der Schließvorgang ausschließlich durch den Hydraulikdruck ausgeführt wird.

Hierzu sind die Flächen an der Schulter 31 der Düsennadel 14 einerseits und der zum Steuerraum 25 gerichteten Fläche der Düsennadel 14 andererseits unterschiedlich, so dass eine resultierende Kraft in Richtung der Schließrichtung der Düsennadel 14 erzeugt wird, wenn das Steuerventil 8 geschlossen ist. Ansonsten entspricht das dritte Ausführungsbeispiel den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann.

In Figur 5 ist ein Kraftstoffventil 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.

Wie in Figur 5 gezeigt weist das Ventil 1 Gemäß dem @@@ Ausführungsbeispiel ebenfalls keine Schließfeder auf.

Weiterhin ist der zweite Hochdruckzulauf 24 derart im Zwischenstück 12 angeordnet, dass der zweite Zulauf eine unmittelbare Verbindung zwischen der Hochdruckbohrung 21 und dem Steuerventil 8 herstellt (vgl. Figur 5). Dadurch ist es möglich, dass auf die zweite Bohrung im Düsenkörper 13 verzichtet wird. Dadurch kann das erfindungsgemäße Ventil noch kostengünstiger hergestellt werden. Die Funktion des Ventils entspricht wieder der Funktion der vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, wobei der zweite Zulauf 24 ebenfalls für ein schnelleres Schließen der Düsennadel 14 verwendet wird. Es sei angemerkt, dass die Anordnung des zweiten Zulaufs 24 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel auch in den anderen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann.

Somit betrifft die vorliegende Erfindung-ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Piezoaktor 2, einem Übersetzer 3, einem Steuerventil 8, einer Zwischenscheibe 12 und einer in einem Düsenkörper 13 angeordneten Düsennadel 14. Dabei ist in der Zwischenscheibe 12 ein erster Zulauf 22 zur Verbindung einer Hochdruckleitung 19 mit einem Steuerraum 25 vorgesehen. Weiter ist in der Zwischenscheibe 12 ein Ablauf 23 zur Verbindung des Steuerraums 25 mit dem Steuerventil 8, ein zweiter Zulauf 24 zur Verbindung des Hochdruckbereichs mit dem Steuerventil 8 und eine Hochdruckbohrung 21 angeordnet. Dadurch wird erfindungsgemäß ein kostengünstiges und leckagesicheres Ventil bereitgestellt.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen zwecken und nicht zum zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.