Servoinj ektor mit minimalen Ventilraumvolumen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil mit Servoventilsteuerung zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Einspritzventile kommen typischerweise in Verbindung mit einem unter Hochdruck stehenden sog. Com- mon-Rail-System zum Einsatz. Verwendet wird hierbei oftmals ein Piezoelement als Aktor, wobei die Steuerung der Einspritzmenge solcher Common-Rail-Einspritzventile überwiegend indirekt über ein Servoventil erfolgt. Dies bedeutet, dass die Düsennadel nicht direkt mit der Bewegung des Piezoaktors gekoppelt ist, sondern dass der Piezoaktor seinerseits ein Servoventil betätigt. Die Zufuhr von Kraftstoff erfolgt typischerweise unter sehr hohem Druck über einen Hochdruckanschluss und eine Hochdruckleitung im Einspritzventilkörper durch eine Ventilplatte auf eine Dros ^¬ selplatte. Ein Steuerraum ist über eine Zulaufdrossel mit der Hochdruckleitung verbunden. Darüber hinaus ist der Steuerraum über eine Ablaufdrossel mit einem Ventilraum verbunden. Im unteren Bereich, das ist der Bereich der dem Brennraum zugewandt ist, weist die Einspritzdüse einen Düsenkörper und eine Dü ^¬ sennadel auf, wobei die Düsennadel mit einer Düsenfeder so vorgespannt ist, dass diese eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt. Da der Steuerraum über den Hochdruckanschluss mit dem Rail verbunden ist, herrscht im nicht betätigten Zustand im Steuerraum ein hoher Druck vor, der dem Druck im Railsystem entspricht (Raildruck) . Hieraus resultiert eine zusätzliche hydraulische Kraftwirkung, welche die Düsennadel in Schließ ^¬ position hält und somit die Öffnungen des Einspritzventils verschlossen sind. Wird der Piezoaktor betätigt, betätigt dieser das Servoventil. Dadurch kann Kraftstoff über die Ablaufdrossel den Steuerraum verlassen. Hierdurch wird der Druck im Steuerraum abgesenkt und nach Unterschreiten einer bestimmten Druckschwelle wird die Düsennadel geöffnet. Nach einem anschließenden Entladen des Piezoaktors schließt das Servoventil, der Steuerraum wird über eine Verbindung zum Hochdrucksystem erneut befüllt, so dass sich der Druck im Steuerraum wieder auf Raildruck aufbaut und die Düsennadel schließt. Dabei wird die Dynamik des Druckabfalls bzw. des Druckaufbaus im Steuerraum sowie die Nadelgeschwindigkeit während der Nadelöffnungs- bzw. Nadelschließbewegung im Wesentlichen durch die Dimensionierung der Zu- und Ablaufdrossel bestimmt . Um einen stabilen Betrieb eines Common-Rail-Inj ektors mit Piezoaktor zu gewährleisten ist eine spielfreie Kopplung zwischen Piezoaktor und dem Ventilkörper des Servoventils erforderlich. Hierzu ist eine sehr genaue Temperaturkompensation der thermischen Längenänderungen im Bereich der gesamten An- triebskette erforderlich, um die Änderung des Leerhubs des

Piezoaktors in engen Grenzen zu halten. Hierzu ist der Piezoaktor üblicherweise von einer Invar-Hülse umgeben, die ein ähnliches Wärmeausdehnungsverhalten wie der Piezoaktor zeigt. Es ist jedoch erforderlich, dass ein kleiner definierter Leerhub des Servoventils vorhanden ist, also ein kleiner Zwischenraum zwischen dem Servoventilkörper und der Bodenplatte des Aktors besteht, da verhindert werden muss, dass bei nicht angesteuertem Piezoaktor das Servoventil offensteht. Umgekehrt ist ein zu groß eingestellter Leerhub nachteilig, da dadurch der erforderliche Piezoaktorhub in gleichem Maße erhöht wird und dieser wiederum die dazu notwendige Ansteuerenergie entsprechend erhöht.

Insgesamt erhöht dies die Anforderungen an die Konstanz der Genauigkeit des Systems auch über längere Zeiträume. Die Anwendung von Einspritzventilen im Motor liefert thermisch sehr komplexe Randbedingungen mit verschiedenen Wärmequellen und Wärmesenken. Im Bereich des Piezoaktors spielt die Eigenerwärmung in Folge elektrischer Verluste eine wesentliche Rolle. Im Bereich des Servoventils stellt die Temperaturerhöhung in Folge des Entspannens des Kraftstoffs von Raildruck auf Um ^¬ gebungsdruck eine signifikante Wärmequelle dar. Durch den Einbau des Injektors in den Zylinderkopf eines Motors ergeben sich über verschiedene Kontaktstellen, etwa die Brennraumabdichtung und den Kontakt der Düsenspitze zu den Verbrennungsgasen ent ^¬ sprechende Wärmeströme. Eine ebenfalls zu berücksichtigende Einflussgröße auf den Leerhub stellt die Verpratzungskraft im Zylinderkopf dar. Diese ist auch mit großer Toleranz behaftet. Im statischen Injektorbetrieb können die resultierenden Wärmedehnungen durch geeignete Materialwahl und Geometrie weitgehend kompensiert werden. Im dynamischen Motorbetrieb ergibt sich in Folge instationärer, inhomogener Temperaturverteilung in den Bauteilen eine zusätzliche Einflussgröße auf den Leerhub des Piezoaktors. Des Weiteren verändert sich der Leerhub im In ^¬ jektorbetrieb durch Längenänderung des Piezoaktors in Folge von Polarisationsänderungen und Verschleiß.

Thermisch bedingte Längenänderungen können über eine geeignete Verwendung verschiedener Materialien weitgehend kompensiert werden. Ein Beispiel ist die bereits genannte Verwendung von Aktorgehäusen aus Invar, da Invar ein im Wesentlichen gleiches Temperaturausdehnungsverhalten wie die Piezokeramik besitzt. Letztlich stellt dies jedoch nur eine Grundkompensation dar. Leerhubveränderungen in Folge von Verschleiß bzw. Änderung des Polarisationszustandes werden nicht erfasst.

Zur Lösung dieses Problems existieren Piezo-Common-Rail- Einspritzdüsen, die einen hydraulischen Koppler, bestehend aus einem Zylinder mit einem Antriebskolben auf der Aktorseite und einem Abtriebskolben auf der Ventilseite verwenden. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass sich dieser hydraulische Koppler im Niederdruckbereich befindet. Um einen solchen Koppler jedoch funktionsfähig zu halten, ist ein bestimmtes Druckniveau meist etwa 10 bar zu gewährleisten. Im Stand der Technik wird dies mit einem Druckhalteventil erreicht.

Die zunehmende Verwendung von niedrig siedender Kraftstoff- komponenten, etwa durch Zumischung von Alkohol zum Kraftstoff, gefährdet jedoch die Funktionsfähigkeit entsprechender hyd ^¬ raulischer Koppelelemente im Niederdruckbereich und stellt somit ein erhebliches Funktionsrisiko für derartige Konzepte dar. Aus der EP 1 389 274 ist darüber hinaus ein direkt betätigtes Einspritzventil mit einem hydraulischen Koppler bekannt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Aktor nicht ausreichend von der Düsennadel entkoppelt ist, was die Kompensation von Verschleiß ebenfalls erschwert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben genannten Probleme der Einspritzventile nach dem Stand der Technik zu vermeiden und ein Einspritzventil mit Servoventil- steuerung zur Verfügung zu stellen, welches zum einen den Aktor ausreichend von der Düsennadel entkoppelt, zum anderen aber die durch Temperaturschwankungen und Verschleiß von Bauteilen auftretenden Längenänderungen während des Betriebs des Ein- spritzventils kompensiert. Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst und durch die Lehre der abhängigen Ansprüche weiter erläutert . _n

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So stellt die Erfindung ein Einspritzventil mit Servoventil- steuerung zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors zur Verfügung, wobei das Einsprtizventil einen Injektorkörper mit einer Einspritzdüse aufweist, die wiederum ein Düsenmodul mit einem Düsenkörper und einer Düsennadel enthält, wobei das Düsenmodul auf der dem Brennraum zugewandten Seite des Injektorkörpers angeordnet ist. Die Düsennadel korrespondiert mit einer Düsenfeder derart, dass sie eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt. In dem Ein- spritzventil ist eine aktornahe Zwischenplatte und eine sich in Düsenrichtung unmittelbar anschliessende Ventilplatte ange ^¬ ordnet. Das Einspritzventil ist darüber hinaus an eine

Hochdruckleitung angeschlossen, über die es mit dem HochdruckkraftstoffSystem (Common Rail) verbunden ist. An einer anderen Stelle ist die Hochdruckleitung, über eine Zulaufdrossel mit einem Steuerraum verbunden, wobei der Steuerraum über einen Fluiddurchlass mit einem Ventilraum verbunden ist, welcher in der Ventilplatte ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist darüber hinaus noch eine Düsenblende vorhanden, die das Schließen der Düsennadel hydraulisch unterstützen kann.

Im Ventilraum ist ein Ventilkörper angeordnet, der mit einem Übertragungspin in Verbindung steht, welcher wiederum mit einem von einer Wellenfeder vorgespannten Aktor verbunden ist.

Nach der vorliegenden Erfindung ist nunmehr der Übertragungspin mit geringem Spiel in dem Ventilkörper eingepasst, sodass sich ein Dichtspalt zwischen den Übertragungspin und dem Ventilkörper bildet. Der Ventilkörper weist Bohrungen auf, die den Ventilraum mit dem Dichtspalt verbinden. Zwischen dem Übertragungspin und dem Ventilkörper im Bereich des aktorfernen Endes des Übertragungspins ist ein Koppelraum ausgebildet, welcher über den Dichtspalt und die Bohrung mit dem Ventilraum verbunden ist. Der Dichtspalt ist so klein bemessen, dass einerseits eine Flu- idverbindung zwischen dem Koppelraum und dem Ventilraum besteht, andererseits während der kurzen Zeit der Ventilbetätigung praktisch kein Fluidaustausch zwischen dem Koppelraum und dem Ventilraum stattfinden kann, sodass sich der Koppelraum in dieser Zeit nicht verändert. Desweitern ist ein Ventilsitz zwischen dem Ventilkörper und der Zwischenplatte vorgesehen und im Übertragungspin ist eine Ablaufdrossel ausgebildet, die mit Boh ^¬ rungen im Übertragungspin in Verbindung steht, welche die Ablaufdrossel mit dem Ventilsitz verbinden. Damit wirkt das System aus den Bohrungen im Ventilkörper mit dem Dichtspalt und dem Koppelvolumen als hydraulischer Koppler. Durch die im Übertragungspin integrierte Ablaufdrossel lässt sich ein sehr kleines Volumen nach dem Ventilsitz des Servoventils reali ^¬ sieren, was Vorteile hinsichtlich der Darstellung kleiner hydraulischer Spritzabstände bei Mehrfacheinspritzungen bringt.

Anders als im Stand der Technik steht der Koppler im Ruhezustand des Ventils unter Hochdruck, sodass ein abgesenkter Siedepunkt des Kraftstoffs, etwa durch Beimischung von niedrig siedenden Komponenten, wie Bioalkohol, keine negative Auswirkungen hat. Die Zeit, in der das Ventil betätigt wird, also in der der Aktor auslenkt und das Servoventil öffnet, wobei der Druck im Ven ^¬ tilraum abfällt, ist so kurz, dass in dieser Zeit keine spürbare Menge von Flüssigkeit (Kraftstoff) aus dem Koppelvolumen über den Dichtspalt und die Bohrungen im Ventilkörper in den Ventilraum gelangen kann, sodass in dem hydraulischen Koppler selbst der Hochdruck erhalten bleibt. Über eine längere Zeit betrachtet, kann jedoch ein Druckausgleich über die bestehende Fluidver- bindung über den Dichtspalt zwischen Kopplervolumen und Ven- tilraum stattfinden, sodass Längenänderung im Ventilsystem auf Dauer ausgeglichen werden können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verbindet die Ablaufdrossel den Ventilraum mit einem Niederdruckbereich im Bereich des Aktors, wenn der Ventilkörper vom Ventilsitz abhebt. Hierdurch lassen sich Kavitationsschäden in Hochdruck belasteten Bereichen vermeiden, welche die Hochdruckfestigkeit dieser Bauteile nachteilige beeinflusst.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilsitz zwischen dem Ventilkörper und der Zwischenplatte als Flachsitz ausgebildet. Hierdurch kann die Sitzfläche kostengünstig zusammen mit der Herstellung der Hochdruckdichtfläche gefertigt werden.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn der Übertragungspin in der Zwischenplatte mit kleinem Paarungsspiel geführt ist. Somit ist der Volumenstrom im Spalt sehr klein im Verhältnis zum Volu- menstrom durch die Ablaufdrossel und somit der Störeinfluss vernachlässigbar klein.

Vorteilhaft ist es, wenn der Übertragungspin aus Hartmetall gefertigt ist. Auf diese Weise kann eine sehr hohe Steifigkeit des Übertragungspins erreicht werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist im Ventilraum eine Ventilfeder angeordnet, die den Ventilkörper in Richtung der Zwischenplatte beaufschlagt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Servoventil auch im drucklosen Zustand sicher ge ^¬ schlossen ist. Die Federkraft kann dabei sehr klein sein, da im Betrieb des Injektors die wesentliche Schließkraft für das Servoventil aus dem Druck im Steuerraum resultiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Aktor gestapelte Piezoelemente ( Piezostacks ) auf und ist als vollaktiver Piezostack ausgebildet, der im Allgemeinen weniger zur Rißbildung im Inneren der Piezostapelfolge neigt, da im Unterschied zu einem nicht-vollaktiven Stack nicht nur Teile seiner je- weiligen piezoelektrischen Schichten von Elektromaterial bedeckt sind, sondern die Bedeckung ganzflächig ist und die Kontaktierung in der Piezostapelfolge abwechselnd randseitig von der Stapelseite erfolgt. Die jeweils anders zu kontaktierenden Schichten sind auf dieser Kontaktseite jeweils abwechselnd randseitig isoliert.

Die Hochdruckleitung ist vorzugsweise über eine Düsenblende mit dem Inneren des Düsenkörpers verbunden, was zur besseren hydraulischen Steuerung des Einspritzventils dient.

Es ist darüber hinaus günstig, wenn der Dichtspalt zwischen Ventilpin und Ventilkörper etwa 1 ym beträgt. Für das Koppelvolumen hat sich ein Volumen von etwa 0,5 mm ³ als vorteilhaft erwiesen. Beide Bemaßungen gewähren eine besonders geeignete Funktionsweise des Einspritzventils.

Die Düsennadel des Einspritzventils öffnet vorzugsweise nach innen, insbesondere in Dieselanwendungen, da dort die Drücke des Kraftstoffes sehr hoch sind und dadurch eine hohe Dichtkraft am Dichtsitz des Einspritzventils wirkt. Bei einer anderen, dem Fachmann geläufigen Umkehr des Kraftstoffflusses , kann aber ebenso ein nach außen öffnendes Ventil mit der Erfindung re ^¬ alisiert werden, insbesondere bei Benzininjektoren.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Aktor von einer den Aktor umgebenden Wellenfeder vorgespannt sein, um den Piezoaktor zu stabilisieren und gleichzeitig abzudichten, um den Piezostack zu schützen .

Eine Ausführungsform der Erfindung ist im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittdarstellung eines Inline-Piezo-Common- Rail-Einspritz entils;

Figur 2 eine Schnittansicht eines oberen Teils eines Ein- spritzventils , und

Figur 3 eine Schnittansicht durch die hydraulisch relevanten Komponenten des erfindungsgemäßen Einspritzventils;

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Figur 1 zeigt den wesentlichen Teil eines Einspritzventils 10 und Figur 2 eine Schnittansicht des oberen Teils des Einspritzventils 10. Das Einspritzventil 10 weist einen Injektorkörper 20 auf. In dem Injektorkörper 20 ist eine Hochdruckleitung 30 ausgebildet, die im oberen Bereich des Einspritzventils 10 mittels eines Hochdruckanschlusses 40 (Figur 2) an ein Hochdruckkraft ^¬ stoffSystem - Common Rail - angeschlossen ist. Über den

Hochdruckanschluss 40 wird ein unter Druck stehender Kraftstoff in die Hochdruckleitung 30 zugeführt. Die Hochdruckleitung 30 verläuft im Wesentlichen in Längsrichtung durch den Injek- torkörper 20 durch eine Zwischenplatte 50 und eine Ventilplatte 60 bis zu einem Hochdruckbereich 70, welcher in Figur 3 im Detail zu erkennen sind.

Neben der Hochdruckleitung 30 ist ein von einer Wellenfeder 80 umgebener Aktor 90 angeordnet, der über eine Aktorkopfplatte 100 mit dem Injektorkörper 20 verbunden ist. Der Aktor 90 besteht vorzugsweise aus einem Piezostapel. Es können aber auch andere Materialien, wie vor allem magnetostriktives Material , verwendet werden. Über eine Bodenplatte 110 des Aktors 90 ist diese mit einem Übertragungspin 120 in Kontakt bringbar, welcher in der Zwischenplatte 50 geführt ist, und unmittelbar auf diesen wirkt. Die Hochdruckleitung 30 verläuft ebenfalls durch die Zwi ^¬ schenplatte 50 und mündet anschließend in die Ventilplatte 60 im Bereich einer Zulaufdrossel 130 und einer Düsenblende 140. Die vorstehend beschriebenen hydraulisch relevanten Komponenten der Zwischenplatte 50 und der Ventilplatte 60 sind in Figur 1 nicht dargestellt, Figur 3 zeigt diese in einer Detaildarstellung als Ausschnitt A der Figur 1.

Im unteren, dem Verbrennungsraum zugewandten Teil des Injektorkörpers 20, findet sich ein Düsenmodul 150, welches sich aus einem Düsenkörper 160, einer Düsennadel 170 und einer Düsenfeder 180 zusammensetzt.

Figur 3 zeigt den Bereich der Zwischenplatte 50 und der Ven ^¬ tilplatte 60 und die hydraulisch relevanten Komponenten detaillierter. Über die Hochdruckleitung 30 tritt der Kraftstoff ins System ein und gelangt über die Zulaufdrossel 130 in einen Steuerraum 190. Parallel dazu gelangt Kraftstoff über die

Düsenblende 140 in den inneren Bereich des Düsenmoduls 150 am Steuerraum 190 vorbei.

Der Steuerraum 190 ist wiederum mit einem Fluiddurchlass 200 in Verbindung, welcher in der Ventilplatte 60 ausgebildet ist. Der Fluiddurchlass 200 mündet in einen Ventilraum 210 in der Ventilplatte 60. Im Ventilraum 210 befindet sich ein Ventilkörper 220 eines Servoventils , der in seinem unteren Bereich von einer Ventilfeder (nicht gezeigt) beaufschlagt ist, die eine nach oben wirkende Kraft auf den Ventilkörper 220 ausübt, sodass das

Servoventil auch im drucklosen Zustand sicher geschlossen ist. Die Federkraft kann dabei sehr klein sein, da im Betrieb des Einspritzventils 10 die wesentliche Schließkraft für das Servoventil aus dem Druck im Steuerraum 190 und dem Ventilraum 210 resultiert.

Der Ventilkörper 220 weist Bohrungen 230 auf, die in eine zentrale Bohrung 240 im Ventilkörper 220 münden. In diese ist mit sehr kleinem Spiel der Übertragungspin 120 geführt, der mit dem Aktor 90 über die Aktorbodenplatte 110 in Verbindung steht. Zwischen dem Übertragungspin 120 und der Wandung des Ventilkörpers 220 findet sich ein schmaler Dichtspalt 250, über den die Bohrungen 230 in Fluidverbindung mit einem sehr kleinen Zwischenraum, dem Koppelraum 260, stehen. Somit wird die aus dem Stand der Technik bekannte, leerhubbehaftete mechanische Kopplung zwischen dem Piezoaktorhub und der Servoventilbewegung durch eine hydrau ^¬ lische Kopplung mit einem in den Servoventilkörper selbst integrierten Spielausgleich ersetzt. Anders als im Stand der Technik bekannt, herrscht in dem in Servoventilkörper integrierten Spielausgleich Hochdruck, also der Raildruck, sodass die eingangs erwähnten Siedeprobleme nicht auftreten können. Im oberen, dem Aktor 90 zugewandten Bereich des Übertragungspins 120 ist im Übertragungspin 120 eine zentrale Bohrung 270 vorgesehen, über die die zentrale Bohrung 270 eine hydraulische Verbindung zwischen einem Ventilsitz 290 des Ventilkörpers 220 und einer Ablaufdrossel 300 herstellt. Die Ablaufdrossel 300 ist in dem dem Aktor 90 zugewandten Bereich des Übertragungspins 120 derart ausgebildet, dass sie eine Fluidverbindung zwischen der zentralen Bohrung 270 im Übertragunspin 120 und einem Niederdruckbereich 310 bildet. Desweiteren ist im Übertragungspin 120 eine Zualufbohrung 330 ausgebildet, die radial in den Übertragungspin 120 eingebracht ist und im Bereich des

Vetntilsitzes 290 im Übertragungspin 120 vorgesehen ist. Über die Zulaufbohrung 330 erfolgt die hydraulische Verbindung zwischen Ventilsitz 290 und der Ablaufdrossel 300 über die zentrale Bohrung 270 im Übertragungspin 120. Der Ventilkörper 220 bildet mit seinem dem Aktor zugewandten Ende den Ventilsitz 290 mit der Zwischenplatte 50. Die im Übertragungspin 120 ausgebildete Ablaufdrossel 300 mündet im aktornahen Bereich des Übertra ^¬ gungspins 120 in den Niederdruckbereich 310.

Die Funktion ist im Detail die Folgende:

Der Piezoaktor 90, welcher vorzugsweise als vollaktiver Pie- zostack ausgeführt ist, ist in den Injektorkörper 20 so in- tegriert, dass er sich nach oben direkt im Injektorkörper 20 abstützt. Der Piezoaktor 90 wird durch die Wellenfeder 80 gegen die kraftstoffführenden Bereiche im Einspritzventil 10 abge ^¬ dichtet, wobei die Wellenfeder 80 gleichzeitig für die Vor ^¬ spannung des Aktors 90 sorgt. Anders als im Stand der Technik ist somit nicht der gesamte Aktorraum gegenüber dem Kraftstoff abgedichtet, sondern nur der Bereich des Aktors 90 selbst. Dies ist möglich, da auf die Verwendung einer Invarhülse zum Temperaturausgleich verzichtet werden kann. Im Ergebnis vergrößert sich das Niederdruckvolumen im Bereich des Aktors 90 um min- destens eine Größenordnung, weshalb sich die Druckpulse, welche beim Öffnen des Servoventils generiert werden, in ähnlichem Ausmaße reduzieren.

Der Hub des Piezoaktors 90 wird mittels des Übertragungspins 120, welcher mit sehr kleinem Spiel in der zentralen Bohrung 240 im Servoventilkörper eingepasst ist, auf den Servoventilkörper 220 übertragen. Auf etwa der halben Höhe des Servoventilkörpers 220 befinden sich die zwei radialen Bohrungen 230, welche den Ventilraum 210 und mit diesem den Steuerraum 190 mit dem Dichtspalt 250 zwischen dem Übertragungspin 120 und dem Ventilkörper 220 verbinden. Im geschlossenen Zustand des Servoventils herrscht im Ventilraum 210 und dem Steuerraum 190 Raildruck, welcher durch die radialen Bohrungen 230 in den Dichtspalt 250 übertragen wird. Dieser Druck wird in den sehr kleine Koppelraum 260 übertragen, welcher sich an der, dem Piezoaktor 90 abgewandten Stirnseite des Übertragungspins 120 befindet. Dieser Druck bewirkt, dass der Übertragungspin 120 stets nach außen gedrückt wird, bis er zur Anlage an der Ak- torbodenplatte 110 kommt. Hierdurch ist ein spielfreier Kontakt zwischen dem Piezoaktor 90 und dem Servoventil gewährleistet. Bewegungen mit sehr geringer Dynamik wie zum Beispiel Temperaturausdehnung und Verschleiß können durch Änderung der Koppelraumhöhe 320 ausgeglichen werden.

Für hochdynamische Bewegungen, wie dies die Piezobewegung darstellt, ist der Dichtspalt 250 nahezu dicht und somit der Koppler sehr steif.

Wird der Piezoaktor 90 betätigt, wird der Ventilkörper 220 über den Übertragungspin 120 nach unten gedrückt, sodass der Ventilsitz 290 zwischen dem Ventilkörper 220 und der Zwischenplatte öffnet. Über die Zulaufbohrung 330, die zentrale Bohrung 240 und die Ablaufdrossel 300 entweicht der Kraftstoff nach oben, sodass der Druck im Ventilraum 210 absinkt. Damit muss das Servoventil nur gegen die Ventilfederkraft und eine geringe hydraulische Kraft offengehalten werden.

Durch den Druckabfall im Ventilraum 210 und über den Flu- iddurchlass 200 im Steuerraum 190 fließt Kraftstoff aus dem Ventilraum 210 in den Niederdruckbereich 310. Da durch die

Zulaufdrossel 130 weniger Kraftstoff nachfließt als durch die Ablaufdrossel 300 abfließt, sinkt der Druck im Ventilraum 210 und im Steuerraum 190 ab. Dadurch vermindert sich die auf die Düsennadel 170 wirkende hydraulische Schließkraft im Steuerraum 190. Nach Unterschreiten einer bestimmten Druckschwelle öffnet die Düsennadel 150 und die Einspritzung beginnt.

Wird der Piezoaktor 90 entspannt, schließt das Servoventil wieder, indem der Ventilkörper 220 gegen die Zwischenplatte 50 gedrückt wird und der Ventilsitz 290 schließt und abdichtet. Der Druck im Ventilraum 210 steigt erneut, ebenso wie der Druck im Steuerraum 190, sodass im Ergebnis die Düsennadel 150 wieder nach unten in ihren Sitz gedrückt wird. Das Einspritzventil ist geschlossen.

Das beschriebene Beispiel zeigt ein nach innen öffnendes Einspritzventil. Selbstverständlich ist bei entsprechender Kraftumkehr auch die Verwendung eines nach außen öffnenden Ventils von der Erfindung umfasst.

Damit die Kopplung über den Koppelraum 260 korrekt funktioniert, muss der Dichtspalt 250 so klein gewählt werden, dass auch bei hohem Raildruck nur eine ausreichend kleine Kraftstoffleckage möglich ist und gleichzeitig auch kein Klemmen des Übertra ^¬ gungspins 120 im Ventilkörper 220 erfolgt. Typischerweise wird der Dichtspalt 250 kleiner als 1 μιη gewählt, wobei das Volumen im Kopperlraum 260 mit 0, 5 mm ³ ausreichend groß ist, um einen sehr steifen Antrieb zu realisieren.

Im Ergebnis wird dem erfindungsgemäßen Einspritzventil die als problematische, aus dem Stand der Technik bekannte, leerhub- behaftete mechanische Kopplung des Piezoaktors mit dem Ser- voventilkörper durch eine hydraulische Kopplung mit einem in das Servoventil integrierten Spielausgleich und einer in den

Übertragungspin 120 integrierten Ablaufdrossel ersetzt. Dadurch wird der Ausgleich von Längenänderungen in Folge von Temperatureffekten, Verschleiß an Kontaktstellen im Antrieb verbessert, ebenso wie der Ausgleich von Längenänderungen des Piezoaktors selbst, etwa in Folge von Änderungen des Polari ^¬ sationszustandes. Die Reduktion der Druckpulse im Aktorraum und damit die Verringerung der Störeffekte auf das Sensorsignal des Piezoaktors werden unter anderem durch die Vergrößerung des Niederdruckbereichs erreicht. Im Bereich der - nicht gezeigten - elektrischen Kontaktierungen im oberen Bereich des Ein- spritzventils können Schwingungen reduziert werden, wenn die Piezokopfplatte im Injektorkörper steif anliegt. Durch diese Kopplung, die auch für leichter siedende Kraftstoffe arbeitet, entfällt der aufwendige Einstellprozess für den Leerhub bei der Injektormontage. Die Kavitationseffekte in den hochdruckbe ^¬ lasteten Bereich werden eliminiert und somit die Hochdruckfähigkeit verbessert. Gleichzeitig kann das Volumen stromabwärts des Servoventils minimiert werden und damit verbunden können die erzielbaren minimalen Spritzabstände bei Mehrfacheinspritzung reduziert werden. Ebenso werden die Fertigungskosten reduziert. Im Betrieb verringert sich die Ansteuerenergie für den Pie- zoaktor, da der Leerhub entfällt. Durch die gesteigerte Ge ^¬ nauigkeit können die Einspritzmengen Streuungen in Abhängigkeit der Verpratzungskraft im Zylinderkopf reduziert werden sowie die Einspritzmengenstabilität im dynamischen Motorbetrieb ver ^¬ bessert werden. Der Steuerraumdruck kann auf den Piezoaktor rückgekoppelt werden, um Sensorsignale abzuleiten, welche zur Regelung der Einspritzmengen dienen. Durch die gesteigerte Genauigkeit können die Einspritzmengenstreuungen in Abhängigkeit der Verpratzungskraft im Zylinderkopf reduziert werden sowie die Einspritzmengenstabilität im dynamischen Motorbetrieb verbessert werden.

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Bezugs zeichenliste

10 Einspritz entil

20 Inj ektorkörper

30 Hochdruckleitung

40 Hochdruckanschluss

50 Zwischenplatte

60 Ventilplatte

70 Hochdruckbereich

80 Wellenfeder

90 Aktor

100 Aktorköpfplatte

110 Aktorbodenplatte

120 Übertragungspin

130 Zulaufdrossei

140 Düsenblende

150 Düsenmodul

160 Düsenkörper

170 Düsennadel

180 Düsenfeder

190 Steuerraum

200 Fluiddurchlass

210 Ventilraum

220 Ventilkörper

230 Bohrung

240 zentrale Bohrung

250 Dichtspalt

260 Koppelraum

270 zentrale Bohrung

280 radiale Bohrung

290 Ventilsitz

300 Ablaufdrossei

310 Niederdruckbereich

320 Koppelraumhöhe