In der EP-0 477 400 A1 ist ein derartiges Ventil beschrie- ben. Dort ist in einer Stufenbohrung des Ventilgehäuses ein Betätigungskolben des Ventilgliedes in einem Teil der Stu- fenbohrung mit kleinem Durchmesser verschiebbar angeordnet.

Ein durch einen Piezoaktor bewegbarer größerer Kolben ist in einem Teil der Stufenbohrung mit größerem Durchmesser ange- ordnet. Zwischen den beiden Kolben ist ein mit einem Druck- medium gefüllter hydraulischer Druckraum ausgebildet, so daß eine hydraulische Übersetzung einer Bewegung des Piezoaktors erfolgt. Das heißt, wenn der größere Kolben durch den Piezo- aktor um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird, macht der Betätigungskolben des Ventilgliedes einen um das Überset- zungsverhältnis der Kolbendurchmesser vergrößerten Hub, da der Kolben des Piezoaktors eine größere Fläche als der Betä- tigungskolben des Ventilgliedes aufweist. Dabei liegen das Ventilglied, der Betätigungskolben des Ventilgliedes, der durch den Piezoaktor bewegte Kolben und der Piezoaktor auf einer gemeinsamen Achse hintereinander.

Bei derartigen Ventilen besteht das Problem, daß ein höheres Übersetzungsverhältnis, wie etwa 1 : 8 nur mit entsprechend hohen Fehlertoleranzen erreichbar ist, da äußere Einflüsse, wie z. B. die Erwärmung im Motorraum oder auch Verluste im Druckmedium sehr stark als Fehlerkomponente in das Überset- zungsverhältnis eingehen.

Um dieses Problem bei einem hohen Übersetzungsverhältnis zu vermeiden, werden seit geraumer Zeit geteilte hydraulische Übersetzer eingesetzt. Bei diesen geteilten Übersetzern sind zwei hydraulische Übersetzer in Reihe geschaltet, so daß sich deren Übersetzungsverhältnisse aufaddieren lassen.

Hierdurch sind die Anforderungen an jeden einzelnen hydrau- lischen Übersetzer niedriger einzustufen, so daß auch bei äußeren Einflüssen dennoch das vorgegebene Übersetzungsver- hältnis, etwa 1 : 8 eingehalten wird. Andererseits hat sich bei diesen geteilten hydraulischen Übersetzern eine Schwin- gungsempfindlichkeit herausgestellt, welche wiederum zu ei- ner Ungenauigkeit führt.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkma- len des Patentanspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Kombination aus hydraulischem und mechanischem Überset- zer in einfacher Form das Schwingungsproblem löst, da der hydraulische Übersetzer nicht mehr geteilt werden muß.

Gleichzeitig übernimmt der hydraulische Übersetzer den Tem- peraturausgleich zwischen Piezoaktor und Gehäuse, so daß bei reinen mechanischen Übersetzern übliche Nachteile bei Tempe- raturänderungen kompensiert werden. Somit kann durch das er- findungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten eine gleichmäßige Wiederholbarkeit der Einspritzungen erreicht werden, so daß

exakt definierte Einspritzzeitpunkte und/oder Einspritzmen- gen von Kraftstoff gewährleistbar sind. Ferner ist ein me- chanischer Übersetzer einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar, so daß sich auch diesbezüglich Vorteile im Hinblick auf einen zweiten hydraulischen Übersetzer ergeben.

Desweiteren treten bei dem mechanischen Übersetzer keine Probleme durch Schund von Hydraulikflüssigkeit auf, so daß der Wartungsaufwand in Bezug auf einen zweiten hydraulischen Übersetzer erheblich verringert ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform kann gemäß Patentanspruch 2 der mechanische Übersetzer einen Hebel aufweisen, welcher den Hub des Kolbenelementes auf das Ventilglied überträgt. Hebel sind in einfacher Form und kostengünstig herstellbar und führen zu einer robusten Aus- führungsform des Ventils.

Vorteilhaft ist entsprechend Patentanspruch 3 der Hebel auf einem Auflager gelagert, welcher den Hebel in zwei Hebelarme unterteilt. Hierdurch besteht in einfacher Form die Möglichkeit, das Übersetzungsverhältnis an die entspre- chenden Vorgaben anzupassen. Gleichzeitig kann durch das Zu- sammenwirken von Hebel und Auflager eine präzise Übertragung des Hubes des Piezoaktors auf das Ventilglied erreicht wer- den. Hierbei hat sich ein Hebelarm-Längenverhältnis von 4 : 1 als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Bevorzugt ist gemäß Patentanspruch 5 das Kolbenelement als Druckstange ausgebildet. Druckstangen sind im vorliegenden Fachgebiet übliche Bauteile, welche einfach und kostengün- stig herstellbar sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil zum Steuern von Flüssigkeit bewirkt die Übersetzungsfläche der Druckstange und die zuge- ordnete Fläche des Piezoaktors ein Übersetzungsverhältnis

von 2 : 1. Durch dieses niedrige Übersetzungsverhältnis des hydraulischen Übersetzers ist eine geringe Schwingungsemp- findlichkeit des hydraulischen Übersetzers sichergestellt.

Andererseits addiert sich dieses Übersetzungsverhältnis mit dem vorgegebenen Hebelarm-Längenverhältnis von 4 : 1 zu einem gesamten Übersetzungsverhältnis von 8 : 1, so daß das er- wünschte Übersetzungsverhältnis ohne Schwingungsprobleme er- reicht wird.

Weiter kann bei dem erfindungsgemäßen Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten entsprechend Patentanspruch 7 zwischen Druck- raum und Piezoaktor ein dem Piezoaktor zugeordneter Kolben angeordnet sein. Dieser Kolben überträgt einerseits die Län- genausdehnung aus denen des Piezoaktors auf die Druckstange und bedingt andererseits, daß der Piezoaktor nicht mit der Hydraulikflüssigkeit in Kontakt tritt. Um diese Dichtigkeit zwischen Piezoaktor und Hydraulikflüssigkeit weiter zu verbessern, ist entsprechend Patentanspruch 8 der Übergangsbereich zwischen Piezoaktor und zugeordneten Kolben mit einem Dichtelement abgedichtet.

Zeichnung In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfin- dung dargestellt. Die Ausführungsbeispiele werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Kraftstoffein- spritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Er- findung ; und Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Kraft- stoffeinspritzventils gemäß einem zweiten Ausführungsbei- spiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel findet das erfindungsgemäße Ventil Anwendung in einem Ein- spritzsystem, bei dem die Einspritzpumpe und die Einspritz- düse eine Einheit bildet (sogenannte Pumpe-Düse-Einheit (PDE)). Ein derartiges Einspritzsystem ist in Fig. 1 wieder- gegeben. Das Einspritzventil 1 besteht aus einer Pumpenein- heit 2 und einer Steuereinheit 3. Die Steuereinheit 3 umfaßt einen in einem Gehäuse 4 angeordneten Piezoaktor 5. Der Pie- zoaktor 5 steht über einen Kolben 6 mit einem hydraulischen Druckraum 7 in Verbindung. Der Piezoaktor 5 ist hierbei durch eine Vorspannfeder 8 gegen das Gehäuse 4 vorgespannt und ein Dichtelement 9 ist am Übergangsbereich zwischen Kolben 6 und Piezoaktor 5 derart angeordnet, daß der Piezoaktor nicht dem Fluid im hydraulischen Druckraum 7 ausgesetzt wird.

In Fig. 1 schließt im 90° Winkel zum Kolben 6 an den Druck- raum 7 eine Druckstange 10 mit einem Endbereich 11 an. Hier- bei bilden die Druckstange 10 einschließlich Druckraum 7 und Kolben 6 den hydraulischen Übersetzer. Das Übersetzungsver- hältnis ergibt sich aus dem Verhältnis der Übersetzungsflä- chen 12 der Druckstange 10 sowie der Übersetzungsfläche 13 des Kolbens 6. Anstelle des Flächenverhältnisses der beiden Flächen 12 und 13 können natürlich auch die jeweiligen Durchmesser dl des Kolbens 6a als auch der Durchmesser d2 der Druckstange 10 herangezogen werden. Als besonders vor- teilhaft hat sich hierbei ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 2 vom Kolben 6 auf die Druckstange 10 ergeben. Zudem müssen die Längserstreckungsebenen des Kolbens 6 als auch der Druckstange 10 nicht im rechten Winkel zueinander stehen, sondern können je nach Raumvorgabe auch miteinander fluchten oder andere Winkelformen einnehmen.

Das in Fig. 1 untere Ende 14 der Druckstange 10 ist mit ei- ner sphärischen Fläche eines Hebels 15 in Kontakt. Der Hebel 15 liegt auf einem Auflager 16 des Gehäuses 4 auf und wird durch diese Lagerung in einen kurzen Hebelarm B und einen langen Hebelarm A unterteilt. Hierbei bildet der Hebel 15 den mechanischen Übersetzer und die beiden Hebelarme A, B legen das Übersetzungsverhältnis fest. Als besonders bevor- zugt hat sich ein Übertragungsverhältnis von 4 : 1 herauskri- stallisiert.

Das zweite Ende 17 des Hebels 15 ist durch eine Feder 18 ge- gen ein Steuerventil 18 vorgespannt und befindet sich im Ru- hezustand des Piezoaktors 5 und der damit einhergehenden Ru- hezustände des Kolbens 6, der Druckstange 10 und des Hebels 15 in geöffneter Stellung.

An das Steuerventil 18 schließt sich in Fig. 1 in üblicher Weise ein weiterer Kolben 19 nebst zweier Federn 20 und 21 und Düse 22 an. Ferner sind noch eine Hochdruckbohrung 23 für die Leitung des Druckes zur Düse 22 vorgesehen, welcher in einem Steuerraum 24 durch einen Kolben 25 aufgebaut wird, der wiederum über einen nicht dargestellten Nocken angetrie- ben wird.

Wirkungsweise Bei einer Ansteuerung des Piezoaktors 5 des erfindungsge- mäßen Ventils 1 zum Steuern von Flüssigkeiten wird die Län- genausdehnung des Piezoaktors 5 über den Kolben 6 mittels des hydraulischen Fluids im Druckraum 7 auf die Druckstange 10 etwa im Verhältnis 1 : 2 übertragen. Diese übersetzte Län- genausdehnung wird anschließend von der Druckstange 10 auf das Ende 14 des Hebels 15 übertragen sowie vom zweiten Ende 17 des Hebels 15 wiederum an das Steuerventil 18 abgegeben.

Hierbei addieren sich die Übersetzungsverhältnisse des hy-

draulischen Übersetzers als auch des mechanischen Überset- zers auf, d. h. bei den bevorzugten Werten von etwa 1 : 2 beim hydraulischen Übersetzer und von etwa 1 : 4 beim mechanischen Übersetzer auf ein Gesamtübersetzungsverhältnis von 1 : 8.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Piezo- aktor 5 unterscheidet sich von demjenigen von Fig. 1 da- durch, daß nicht das in Fig. 1 linke Ende 17 des Hebels 15, sondern in Fig. 2 das rechte Ende 14 des Hebels 15 durch die Feder 18 in die Ruhelage vorgespannt ist. Zudem sind die Fe- dern 20 und 21 räumlich getrennt voneinander angeordnet und die Kraftstoffleitung 23 läuft nicht direkt vom Druckraum 24 zur Düse, sondern erstreckt sich im Anschluß an das Steuer- ventil 18 wiederum zur Düse. Trotz dieser konstruktiven Un- terschiede ergibt sich jedoch auch bei dem Ausführungsbei- spiel gemäß Fig. 2 die gleiche Funktionsweise und das glei- che Zusammenspiel zwischen hydraulischem und mechanischem Übersetzer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1.

Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich auch bei anders ausgestalteten Ventilen mit hydraulischem und mecha- nischem Übersetzer verwendet werden.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele ge- mäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zur Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifika- tionen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.