Aus der DE 197 328 02 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckquelle bekannt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung besitzt zwei Ventilsitze, die mit Dichtflächen eines Schließkorpers bei Betatigung durch einen Piezoantrieb in einer Bewegungsabfolge zusammenwirken, wobei sich der Schließkorper anfanglich in Schließstellung an dem ersten Ventilsitz befindet, dann in eine Zwischenstellung zwischen die Ventilsitze gebracht wird, um anschließend wieder in eine Schließstellung an den zweiten Ventilsitz zu gelangen.

Auf diese Weise wird durch den Bewegungsablauf des Schließ- körpers vom einen zum anderen Ventilsitz eine kurzzeitige Entlastung eines Ventilsteuerraumes erreicht, tuber dessen Druckniveau eine Offnungs-bzw. Schließstellung einer Ventilna- del in der kraftausgeglichen ausgebildeten Kraft- stoffeinspritzvorrichtung bestimmt und somit die Kraft- stoffeinspritzung gesteuert wird. Die Kraftstoffeinspritzung

wird dabei ermöglicht, während sich der Schließkorper in einer Zwischenstellung zwischen den beiden Ventilsitzen befindet. Auf diese Weise wird die Kraftstoffeinspritzung mittels einer einzigen Erregung des Piezoantriebes realisiert.

Da eine zeitraubende Bewegungsumkehr des Schließkorpers wahrend der Kraftstoffeinspritzung nicht erforderlich ist, sind die Verlustzeiten bei der Ansteuerung der bekannten Kraftstoffein- spritzvorrichtung vorteilhafterweise relativ gering.

Jedoch hat sich gezeigt, daß Überschwingungen des Schließkorpers auftreten, wenn dieser in eine Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen gebracht werden soll. Sobald der Schließkör- per zu weit in Richtung des ersten oder des zweiten Ventilsitzes schwingt, kann dies in nachteiliger Weise zu Ungenauigkeiten bei der Dosierung der Einspritzmenge führen.

Es ist möglich, die Mittelstellung des Schließkorpers zwischen den Ventilsitzen mittels Federkraft zu stabilisieren, jedoch hat dies den Nachteil, daß der Piezoantrieb entgegen der Federkraft in seine Schließstellung an dem zweiten Ventilsitz bewegt werden mußte. Demzufolge müßte der Piezoantrieb entsprechend groß dimensioniert werden, wodurch die Fertigungskosten und die konstruktiven Abmessungen der Einspritzvorrichtung negativ beeinflußt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten zu schaffen, mit dem die vorbezeich- neten Nachteile, insbesondere Uberschwingungen in der Mittel- stellung des Ventilschließglieds, vermieden werden.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemaße Ventil zur Steuerung von Flussigkeiten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Stellbewegungen des Ventilgliedes derart mittels Dämpfungsorga- nen gedämpft werden, daß das Ventilschließglied in seiner Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen stabilisiert wird. Demzufolge können auch hochfrequente Einspritzungen von Flussigkeiten, insbesondere von Kraftstoff, durch das erfin- dungsgemäße Ventil exakt vorgenommen werden, ohne daß es dabei zu Schwankungen bei der Einspritzmenge durch Uberschwingungen des Ventilschließgliedes in eine ungunstige Zwischenstellung kommt.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventil werden durch die Dämpfungsorga- ne hydraulische Krafte erzeugt, die kurzzeitig gegen die Bewegungsrichtung des Ventilschließgliedes wirken und dieses somit entsprechend in eine Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen abbremsen. Demnach kann das Ventilschließglied seine stabile Mittelstellung ohne das Auftreten von Überschwin- gungen erreichen.

Ein bedeutender Vorteil der Erfindung besteht des weiteren darin, daß die von den Dämpfungsorganen erzeugten hydraulischen Gegenkräften nur kurzzeitig wirken, so daß die piezoelektrische Einheit das Ventilschließglied nicht gegen diese Dampfungskrafte in die Schließstellung zum zweiten Ventilsitz bewegt. Somit kann die piezoelektrische Einheit entsprechend gering dimensioniert werden, wodurch die Fertigungskosten reduziert werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstan- des der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Ventils zur Steuerung von Flüssigkeiten sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung näher erlåutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines erstes Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem Kraftstoffe- inspritzventil für Brennkraftmaschinen im Langsschnitt, Figur 2 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels bei einem Kraftstoffeinspritzventil im Langsschnitt mit einem hohlgebohrten Leckagestift, und Figur 3 ein Schaubild mit Diagrammen zu einem Leckagestift, wobei ein Spaltdruck und eine Spaltbreite über eine Stiftlange aufgetragen sind.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Das in der Figur 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt eine Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils bei einem Kraftstoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist vorliegend als ein Common-Rail-Injektor ausgebildet, wobei die Kraftstoffe- inspritzung tuber das Druckniveau in einem Ventilsteuerraum 12, welcher mit einer Hochdruckversorgung verbunden ist, gesteuert wird.

Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer und einer Einspritzmenge über Kräfteverhältnisse in dem Kraftstoffe- inspritzventil 1 wird ein Ventilglied 2 tuber einen als piezo- elektrischen Aktor 3 ausgebildeten piezoelektrischen Einheit angesteuert, welcher auf der ventilsteuerraum-und brennraumab- gewandten Seite des Ventilgliedes 2 angeordnet ist.

Der piezoelektrische Aktor 3 ist aus mehreren Schichten aufgebaut und weist auf seiner dem Ventilglied 2 zugewandten Seite einen Aktorkopf 4 sowie auf seiner dem Ventilglied abgewandten Seite einen Aktorfuß 5 auf, der sich an einer Wand 26 abstützt. An dem Aktorkopf 4 liegt tuber ein Auflager 6 ein Stellkolben 7 des Ventilgliedes 2 an, welcher in seinem Durchmesser gestuft ausgefuhrt ist.

Das Ventilglied 2 ist axial verschiebbar in einer als Langsboh- rung ausgeführten Bohrung 8 eines Ventilkörpers 9 angeordnet und umfaßt neben dem Stellkolben 7 noch einen ein Ventilschließglied 13 betatigenden Betatigungskolben 10, wobei der Stellkolben 7 und der Betätigungskolben 10 unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Der Stellkolben 7 und der Betätigungskolben 10 sind mittels einer hydraulischen Ubersetzung miteinander gekoppelt.

Die hydraulische Ubersetzung ist als Hydraulikkammer 11 ausgebildet, die die Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 3 überträgt. Die Hydraulikkammer 11 schließt zwischen den beiden sie begrenzenden Kolben 7 und 10, von denen der Betatigungskol- ben 10 mit einem kleineren Durchmesser und der Stellkolben 7 mit einem großeren Durchmesser ausgebildet ist, ein gemeinsames Ausgleichsvolumen ein.

Die Hydraulikkammer 11 ist derart zwischen dem Stellkolben 7 und dem Betätigungskolben 10 eingespannt, daß der Betatigungskolben 10 des Ventilgliedes 2 einen um das Ubersetzungsverhaltnis des Kolbendurchmessers vergroßerten Hub macht, wenn der großere Stellkolben 7 durch den piezoelektrischen Aktor 3 um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird. Das Ventilglied 2, der Stellkolben 7, der Betatigungskolben 10 und der piezoelektrische Aktor 3 liegen dabei auf einer gemeinsamen Achse hintereinander.

Die Befüllung der Hydraulikkammer 11 ist in Figur 1 nicht weiter dargestellt.

Uber das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer 11 können Toleranzen aufgrund von Temperaturgradienten im Bauteil oder unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien sowie eventuelle Setzeffekte ausgegli- chen werden, ohne daß dadurch eine Anderung der Position des anzusteuernden Ventilschließgliedes 13 auftritt.

An dem ventilsteuerraumseitigen Ende des Ventilgliedes 2 ist das kugelartige Ventilschließglied 13 vorgesehen. Das Ventilschließ- glied 13 wirkt mit an dem Ventilkörper 9 ausgebildeten Ventil- sitzen 14,15 zusammen, wobei dem unteren Ventilsitz 15 eine Feder 27 zugeordnet ist, die das Ventilschließglied 13 bei Entlastung des Ventilsteuerraums 12 am oberen Ventilsitz 14 halt.

Die Ventilsitze 14,15 sind in einem vom Ventilkörper 9 gebildeten Ventilniederdruckraum 16 ausgebildet, der mit einem Leckageablaufkanal 17 und mit einem zu einem Ventilsystemdruck- raum 18 führenden Ausgleichkanal 19 verbunden ist. Der Leckage- ablaufkanal 17 weist ein als Drossel 20 ausgebildetes Dampfungs- organ auf. Daruber hinaus weist der Ventilniederdruckraum 16 eine durch den unteren Ventilsitz 15 gebildete Verbindung zu dem in Figur 1 lediglich angedeuteten Ventilsteuerraum 12 und einen in den Ausgleichkanal 19 mundenden Befüllkanal 21 auf.

In dem Ventilsteuerraum 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 Kraftstoffeinspritz- ventils 1 auf an sich bekannte Weise gesteuert. In den Ventil- steuerraum 12 mundet üblicherweise auch eine Einspritzleitung, welche die Einspritzdüse mit Kraftstoff versorgt. Die Einspritz- leitung ist mit einem für mehrere Kraftstoffeinspritzventile

gemeinsamen Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) verbunden. Der Hochdruckspeicherraum wird dabei in bekannter Weise von einer Kraftstoffhochdruckförderpumpe mit Kraftstoff hohen Druckes aus einem Vorratstank gespeist.

Der zum Ventilsystemdruckraum 18 fuhrende Ausgleichkanal 19 weist ventilniedruckraumseitig ein den Systemdruck in dem Ventilsystemdruckraum 18 regulierendes, federbelastetes Uberdruckventil 22 auf und ist mit einem als Drossel 24 ausgebildeten Dampfungsorgan ausgerustet. Der Befüllkanal 21 ist mit dem Ausgleichkanal 19 tuber ein die Befüllung regulierenden Leckagestift 23 verbunden, der in eine Bohrung eingepaßt ist und eine vorbestimmte Leckage ermöglicht. Der Leckagestift 23 ermöglicht auf einfache Weise die Realisierung eines geringen Stromungsquerschnittes, jedoch kann abweichend selbstverstand- lich auch eine Präzisionsbohrung als Befülleinrichtung dienen.

In einer sehr vorteilhaften Ausführung kann auch vorgesehen sein, daß das Material des Leckagestiftes 23 einen derart größeren Warmeausdehnungskoeffizienten als das Material des Ventilkörpers 9 aufweist, daß bei zunehmender Temperatur eine viskositatsbedingte Zunahme des den Leckagestift 23 umströmenden Volumenstroms stark begrenzt wird, wobei mit optimaler Material- wahl eine nahezu konstanter Volumenstrom bei Temperaturanderun- gen erzielbar ist.

Der Ventilsystemdruckraum 18 schließt an das piezoseitige Ende der Bohrung 8 an und ist einerseits durch den Ventilkörper 9 und andererseits durch ein mit dem Stellkolben 7 des Ventilgliedes 2 und dem Ventilkörper 9 verbundenes Dichtelement 25 begrenzt. Das Dichtelement ist als faltenbalgartige Membran 25 ausgebildet und verhindert, daß der piezoelektrischen Aktor 3 mit dem in dem Ventilsystemdruckraum 18 enthaltenen Kraftstoff in Kontakt kommt. Selbstverständlich kann das Dichtelement in anderen

Ausfuhrungen auch als Wellrohr oder dergleichen ausgebildet sein.

Das Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Figur 1 arbeitet dabei in nachfolgend beschriebener Weise.

In geschlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 1, d. h. bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor 3 wird das Ventil- schließglied 13 des Ventilglieds 2 in Anlage an dem ihm zugeordneten oberen Ventilsitz 14 gehalten, so daß kein Kraftstoff aus dem mit dem Hochdruckspeicherraum verbundenen Ventilsteuerraum 12 in den Ventilniederdruckraum 16 gelangen und dann durch den Leckageablaufkanal 17 entweichen kann.

Da sich die Federrate der hydraulischen Feder mit zunehmendem Durchmesser des in die Hydraulikkammer 11 ragenden Stellkolbens 7 proportional erhöht, kann die Vorspannkraft des piezoelektri- schen Aktors 3 tuber den Durchmesser des Stellkolbens 7 einge- stellt werden, wobei ein möglichst großer Kolbendurchmesser vorteilhaft ist. Es können vom Fachmann an den Einzelfall angepaßte Werte gewählt werden.

Im Falle einer langsamen Betatigung, wie sie bei einer tempera- turbedingten Langenanderung des piezoelektrischen Aktors 3 oder weiterer Ventilbauteile wie z. B. des Ventilglieds 2 oder des Ventilkörper 9 auftritt, dringt der Stellkolben 7 mit Tempera- turerhöhung in das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer 11 ein oder zieht sich bei Temperaturabsenkung daraus zurück, ohne daß dies Auswirkungen auf die Schließ-und Offnungsstellung des Ventilgliedes 2 und des Kraftstoffventils 1 insgesamt hat.

Wenn eine Einspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 1 erfolgen soll, wird der piezoelektrische Aktor 3 bestromt, wodurch dieser seine axiale Ausdehnung schlagartig vergrößert.

Bei einer derartigen schnellen Betätigung des piezoelektrischen Aktors 3 stutzt sich dieser an der Wand 26 ab, wodurch sich der Betatigungskolben 10 mit dem Ventilschließglied 7 des Ventil- gliedes 2 von seinem oberen Ventilsitz 14 in eine Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen 14,15 bewegt. Durch die Stellbewegung des Ventilgliedes 2 wird aufgrund der sich bewegenden Membran 25 das Volumen des Ventilsystemdruckraumes 18 verringert, wodurch sich der Systemdruck in dem Ventilsystem- druckraum 18 entsprechend erhöht. Diese Druckerhöhung kann nicht sofort durch das Uberdruckventil 22 abgebaut werden, da die Drossel 24 den Systemdruck kurzzeitig aufstaut. Dadurch wirkt eine hydraulische Gegenkraft auf die Membran 25 gegen die Stellbewegung des Ventilgliedes 2. Somit wird die Stellbewegung entsprechend gedampft, so daß das Ventilschließglied 13 in der Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen 14,15 stabili- siert wird.

Nach Abbau des Systemdruckes durch das Uberdruckventil 22 kann das Ventilschließglied 13 in seine Schließstellung an den unteren Ventilsitz 15 bewegt werden, wodurch kein Kraftstoff mehr aus dem Ventilsteuerraum 12 in den Ventilniederdruckraum 16 eindringen kann. Die Kraftstoffeinspritzung ist dann beendet.

Danach wird die Bestromung des piezoelektrischen Aktors 3 unterbrochen, wodurch das Ventilglied wieder in die Mittelstel- lung zwischen die beiden Ventilsitze 14,15 gebracht wird und eine Kraftstoffeinspritzung erfolgt. Durch den unteren Ventil- sitz kann Kraftstoff in den Ventilniederruckraum 16 eindringen.

Durch die in dem Leckageablaufkanal 17 angeordnete Drossel 20 kann der Druck nicht sofort abgebaut werden. Die kurzzeitige Druckerhöhung in dem Ventilniederdruckraum 16 bewirkt eine hydraulische Gegenkraft, welche die Stellbewegung des Ventil- gliedes 2 derart abbremst, daß das Ventilschließglied 13 in seiner Mittelstellung zwischen den beiden Ventilsitzen 14,15

stabilisiert wird und wieder Kraftstoffeinspritzung realisiert wird. Nach dem Druckabbau in dem Ventilniederdruckraum 16 durch den Leckageablaufkanal 17 bewegt sich das Ventilschließglied 13 in seine Schließstellung zum oberen Ventilsitz 14. Somit wird durch jede Ansteuerung (Bestromen oder Beenden des Bestromens) der piezoelektrischen Einheit eine Kraftstoffeinspritzung ermöglicht.

Bezug nehmend auf Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils 1 dargestellt, bei der aus Grunden der Ubersichtlichkeit funktionsgleiche Bauteile mit den in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet sind.

Gegenüber der Ausführung nach Figur 1 unterscheidet sich das hier gezeigte Kraftstoffeinspritzventil 1 darin, daß die in dem Ausgleichkanal 19 angeordnete Drossel 24 durch einen zumindest abschnittsweise hohlgebohrten Leckagestift 23 zur Befullung des Ventilsystemdruckraumes ersetzt ist. Der Leckagestift 23 weist einen Drosselbereich a und einen Leckagebereich b auf. Die Bohrung, in dem der Leckagestift 23 angeordnet ist, weist eine Ringnut 28 auf, die mit dem Überdruckventil 22 verbunden ist.

Die Drossel 24 bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird hier durch eine Spaltdrosselung ersetzt, so daß sich die Wirkungswei- se des Dämpfungsorgans des Kraftstoffeinspritzventils nicht verandert. Selbstverstandlich sind auch andere konstruktive Ausgestaltungen des Leckagestifts 23 möglich. Darüber hinaus wurde bei dem zweiten Ausführungsbeispiel auch auf die in dem Leckageablaufkanal 17 angeordnete Drossel 20 verzichtet.

Bezüglich der Materialwahl für den Leckagestift 23 kann auch hier vorgesehen sein, daß dieser einen wesentlich großeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material des Ventilkörpers 9 aufweist, um bei zunehmender Temperatur eine viskositätsbe- dingte Zunahme des zu begrenzen.

Selbstverstandlich können die als Drosseln 20,24 bzw. Leckage- stift 23 ausgebildeten Dampfungsorgane alternativ oder auch nebeneinander bei dem erfindungsgemäßen Ventil verwendet werden.

Bei der Verwendung von mehreren Dämpfungsorganen nebeneinander kann die Arbeitsweise des Ventils weiter stabilisiert werden.

In Figur 3 ist ein Schaubild mit Diagrammen ersichtlich, bei denen einerseits eine Spaltweite s (x) und ein Spaltdruck p (x) tuber die Spalthöhe bzw. Stiftlänge x des Leckagestifts 23 ersichtlich sind. Die Druckabnahme erfolgt in dem Spalt zwischen dem Leckagestift 23 und der ihn umgebenden Bohrung linear, wenn die Bohrung und der in die Bohrung eingepaßte Leckagestift 23 zylindrisch ausgebildet sind, wobei der maximale Druck einem Innendruck p0 in dem Leckagestift 23 entspricht und eine minimaler Druck in dem Spalt bei einer maximalen Spaltweite s0 vorliegt.

Wie dem mittleren Diagramm zu entnehmen ist, ist der Innendruck p0 in dem hohlgebohrten Leckagestift 23'tuber die Stiftlänge x konstant.

Beides zusammen fuhrt dazu, daß die Wandung des hohlgebohrten Leckagestifts 23 aufgeweitet wird und die Leckage geringer wird bzw. langsamer ansteigt. Dabei ist sichergestellt, daß bei relativ niedrigen Common-Rail-Drucken eine ausreichende Befüllung des Ventilsystemdruckbereichs gewährleistet ist, wahrend die Leckage bei hohen Common-Rail-Drücken begrenzt wird.

In beiden beschriebenen Ausführungen ist das Hydraulikmedium zur Befüllung der Hydraulikkammer 11 der Kraftstoff, welcher auch in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Bei einer geeigneten Trennung zwischen der Kraftstoffzuführung und der Abfuhrung des in der Hydraulikkammer 11 austretenden Hydraulikmediums sowie einer Nachführung von Leckageverlusten ist es auch möglich, separates 01 wie z. B. Motoröl als Hydrau- likmedium einzusetzen.