Ein derartiges Ventil ist in der DE 197 323 02 für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Hochdrucksystem (Common-Rail-System) beschrieben.

Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung besitzt zwei Ventil- sitze, die mit Dichtflächen eines Ventilschließglieds bei Betätigung durch einen Piezoantrieb in einer Bewegungsab- folge zusammenwirken, wobei sich das Ventilschließglied anfänglich 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.

Hierzu wird ein piezoelektrischer Aktor auf eine raildruck- abhängige Spannung geladen, welche eine Längung des Aktcrs und eine daraus resultierende Bewegung des Ventilschließ- gliedes zu dem zweiten Ventilsitz zur Folge hat. Zur Umkehrbewegung des Ventilschließgliedes in Richtung des ersten Ventilsitzes wird der Aktor wieder entladen.

Durch den Bewegungsablauf des Ventilschließglieds vom einen zum anderen Ventilsitz wird eine kurzzeitige Entlastung eines unter Hochdruck stehenden Ventilsteuerraumes er- reicht, über dessen Druckniveau eine Öffnungs-bzw.

Schließstellung einer Ventilnadel in der kraftausgeglichen ausgebildeten Kraftstoffeinspritzvorrichtung bestimmt und somit die Kraftstoffeinspritzung gesteuert wird. Die Kraftstoffeinspritzung wird dabei ermöglicht, während sich das Ventilschließglied in einer Zwischenstellung zwischen den beiden Ventilsitzen befindet. Auf diese Weise kann auch eine zweifache Kraftstoffeinspritzung, z. B. eine Vorein- spritzung und eine Haupteinspritzung, mittels einer einzigen Erregung des Piezoantriebes realisiert werden.

Da die Ansteuerung des Ventilgliedes nicht direkt, sondern mittels einer hydraulischen Übersetzung erfolgt, ist der Druckaufbau in der als hydraulischer Koppler fungierenden Hydraulikkammer entscheidend für die Hublänge des Ventil- gliedes. Wenn der piezoelektrische Aktor so stark mit Spannung beaufschlagt wird, daß sich das Ventilschließglied aus seinem Ventilsitz bewegt, wird ein Teil der in der Hydraulikkammer befindlichen Kraftstoffmenge über deren Leckspalte herausgedrückt. Dieser Effekt ist besonders groß, wenn das Steuerventil an dem zweiten, dem Hochdruck- bereich zugewandten Ventilsitz gehalten wird, da in diesem Fall die Gegenkraft durch den Raildruck besonders groß ist.

Die Wiederbefüllung des Niederdruckbereiches bzw. des hydraulischen Kopplers erfolge durch einen Systemdruck, welcher beispielsweise in der Praxis 15 bar betragen kann, ebenfalls über diese Leckspalte, allerdings nur in der Zeit, während der der piezoelektrische Aktor nicht ange- steuert ist.

Gleiches trifft für ähnliche aus der Praxis bekannte Ventile zu, welche mit nur einem Ventilsitz ausgestattet sind, wobei das Ventilschließglied aus diesem Ventilsitz herausgehoben und wieder zurückbewegt wird.

Bei all diesen Ventilen besteht bei kurz aufeinanderfolgen- den Einspritzungen das Problem, daß der hydraulische Koppler in der Regel nicht vollständig wiederbefüllt ist.

Daher ist der Ventilhub, der sich bei gleicher Ansteuer- spannung des piezoelektrischen Aktors und damit gleichem Aktorhub bei diesen Einspritzungen einstellt, unterschied- lich. Je dichter zwei Einspr_tzungen aufeinanderfolgen, d. h. je kürzer die Wiederbefüllungszeit zwischen den Einspritzungen ist, und je länger der Aktor zuvor angesteu- ert war, d. h. je größer die Belastungszeit des hydrauli- schen Kopplers und damit die Leckagemenge ist, desto größer ist der beschriebene nachte lige Effekt. Der unterschiedli- che Aktorhub führt wiederum in nachteiliger Weise zu Ungenauigkeiten bei der Dosierung der Einspritzmenge, wobei der Aktorhub unter Umständen so gering sein kann, daß dies ohne Auswirkungen auf die Ventilnadel bleibt und z. B. bei einer Verwendung als Kraftsioffeinspritzventil keine Kraftstoffeinspritzung stattfindet.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Ventil zur Steuerung von Flüssigkeiten mit den Merkmalen des Patentanspruchs l hat den Vorteil, daß der sich einstellende Ventilhub mittels entsprechend modifizierter Ansteuerspannung der piezoelektrischen Einheit für alle Einspritzungen identisch ausführbar ist.

Damit gelingt es, auch bei einem hohen anstehenden Druckni- veau im Hochdruckbereich kurz aufeinanderfolgende Einsprit- zungen, wie sie bei einer Voreinspritzung, Haup_einsprit- zung und Nacheinspritzung zur Verbesserung der Verbrauchs- und Abgaswerte erforderlich sein können, mit reproduzierba- rer Hublänge für alle Einspritzungen durchzuführen, da das unterschiedliche Füllniveau des Niederdruckbereiches bzw. des hydraulischen Kopplers, den die Hydraulikkammer darstellt, über die Ansteuerspannung kompensierbar ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Ventil, bei dem zusätzlich zur Berücksichtigung des Druckniveaus im Hochdruckbereich eine Modifikation der Ansteuerspannung in Abhängigkeit von Leckageverlusten und Wiederbefüllung vorgenommen wird, kann vorteilhafterweise eine stabile Einspritzung garantiert werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zur Ermittlung des Leckageverlu- stes aus dem Niederdruckbereich eine Ansteuerdauer einer vorangegangenen Einspritzung an die elektrische Ansteuer- einheit ausgegeben wird. Die Ansteuerdauer der vorangegan- genen Einspritzung stellt eine zuverlässige Größe für die Menge an Hydraulikflüssigkeit dar, welche während der Belastungszeit des hydraulischen Kopplers über Leckagestel- len ausgepreßt wurde.

Als ein sehr zuverlässiger Wert für die Wiederbefüllung des Niederdruckbereiches kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils vorgesehen sein, daß ein zeitlicher Abstand zwischen einem Ende der orange- gangenen Einspritzung und dem Beginn der nachfolgenden Einspritzung an die elektrische Steuereinheit ausgegeben wird, da dieser zeitliche Abstand in der Regel der Wieder- befüllzeit entspricht. Aus Wiederbefüllzeit und Belastungs- zeit läßt sich damit der Befüllungsgrad des Kopplers vor der nachfolgenden Einspritzung bestimmen.

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

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils zur Steuerung von Flüssigkeiten ist in der Zeichnung darge- stellt und wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische, ausschnittsweise Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bei einem Krak--- stoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen im Längs- schnitt ; und Figur 2 ein Signalfluß-Blockbild mit einem Kennfeld einer elektrischen Steuereinheit zur Korrektur der Ansteuerspan- nung einer piezoelektrischen Einheit des Kraftstoffein- spritzventils nach Figur 1.

Beschreibung des Ausrührungsbeispiels Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils bei einem Kraft- stoff einspritzventil l für Brennkraftmaschinen von Kraft- fahrzeugen. Das Kraftstoffeinspritzventil l ist vorliegend als ein Common-Rail-Injektor ausgebildet, wobei die Kraftstoffeinspritzung über das Druckniveau in einem Ventilsteuerraum 2, welcher einer Hochdruckversorgung verbunden ist, gesteuert wird.

Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdau- er und einer Einspritzmenge über Kräfteverhältnisse in dem Kraftstoffeinspritzventil l wird ein Ventilglied 3 über eine mit einem piezoelektrischen Aktor 4 ausgebildete piezoelektrische Einheit angesteuert, welche auf der ventilsteuerraum-und brennraumabgewandten Seite des Ventilgliedes 3 angeordnet ist.

Der piezoelektrische Aktor 4 ist in bekannter Weise aus mehreren Schichten aufgebaut und weist auf seiner dem Ventilglied 3 zugewandten Seite einen Aktorkopf 5 sowie auf seiner dem Ventilglied 3 abgewandten Seite einen Aktorfuß 6 auf, der sich an einem Ventilkörper 7 abstützt. An dem Aktorkopf 5 liegt über ein Auflager 8 ein Stellkolben 9 des Ventilgliedes 3 an, welcher in seinem Durchmesser gestuft ausgeführt ist.

Zur Beaufschlagung des piezoelektrischen Aktors 4 mit elektrischer Spannung sind an dem Aktorfuß 6 Kontakte 10, 11 vorgesehen, die mit einer in der Figur 1 nur symbolisch angedeuteten elektrischen Steuereinheit 12 verbunden sind, welche den piezoelektrischen Aktor 4 ansteuert.

Das über den piezoelektrischen Aktor 4 betätigbare Ventil- glied 3 ist axial verschiebbar in einer als Längsbohrung ausgeführten Bohrung 13 angeordnet und mehrteilig ausge- führt, wobei es neben dem S_ellkolben 9 noch einen Betäti- gungskolben 14 aufweist, de--zur Betätigung eines kugelför- migen Ventilschließgliedes 15 vorgesehen ist. Der Stellkol- ben 9 und der Betätigungskolben 14 sind mittels einer hydraulischen Übersetzung miteinander gekoppelt.

Die hydraulische Übersetzung, mittels der die Auslenkung des piezoelektrischen Aktors 4 bis auf das Ventilschließ- glied 15 übertragen wird, stellt eine Hydraulikkammer 16 dar. Die Hydraulikkammer 16 schließt zwischen den beiden sie begrenzenden Kolben 9 und 14, von denen der Betäti- gungskolben 14 mit einem kleineren Durchmesser als der Stellkolben 9 ausgebildet ein gemeinsames Ausgleichs- volumen ein. Dabei ist die Hydraulikkammer 16 zwischen dem Stellkolben 9 und dem Betätigungskolben 14 in einer Weise eingespannt, daß der Betätigungskolben 14 einen um aas Übersetzungsverhältnis des Kolbendurchmessers vergrößerten Hub macht, wenn der größere Stellkolben 9 durch den piezoelektrischen Aktor 4 um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird. Dabei liegen der piezoelektrische Aktor 4, der Stellkolben 9 und der Betätigungskolben 14 hintereinander auf einer gemeinsamen Achse.

Neben der hydraulischen Kraftübertragung dient die Hydrau- likkammer 16 auch als Toleranzausgleichselement für Längungstoleranzen in den Bauteilen des Kraftstoffein- spritzventils 1 aufgrund von Temperaturgradienten oder unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien sowie fur eventuelle Se_zeffekte.

Die Kolben 9 und 14 können dabei in das Volumen der Hydraulikkammer 13 eintauchen und sich daraus-zurückziehen ohne dadurch eine Änderung der Position des anzusteuernden Ventilschließgliedes i5 zu bewirken.

Das Ventilschließglied 15 wirkt an dem ventilraumseitigen Ende des Ventilgliedes 3 bzw. Betätigungskolbens 14 in einem Ventilraum 17 zwei an dem Ventilkörper 7 ausge- bildeten Ventilsitzen 18, 19 zusammen. Der ersze bzw. obere Ventilsitz 18 begrenzt dabei einen Niederdruckbereich 20, während der zweite bzw. untere Ventilsitz 19 zu dem Ventilsteuerraum 2 welcher einem Hochdruckbereich 21 zugeordnet ist. Dem zweiten Ventilsitz 19 ist eine Feder 28 zugeordnet, die das Ventilschließglied 15 bei Entlastung des Ventilsteuerraums am ersten Ventilsitz 18 hält.

In dem Ventilsteuerraum 2 des Hochdruckbereiches 21 ist ein bewegbarer Ventilsteuerkolben angeordnet, der in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist. Durch axiale Bewegungen des Ventilsteuerkolbens in dem Ventilsteuerraum 2 wird eine Einspritzdüse des Kraftstoffeinspritzventils l auf an sich bekannte Weise gesteuert. In den Ventilsteuer- raum 2 mündet üblicherweise auch eine Einspritzleitung, welche die Einspritzdüse mit Kraftstoff versorgt. Die Einspritzleitung ist mit einem für mehrere Kraftstoffein- spritzventile gemeinsamen Hochdruckspeicherraum (Common- Rail) verbunden. Der Hochdruckspeicherraum wird dabei in bekannter Weise von einer Kraftstoffhochdruckförderpumpe mit Kraftstoff hohen Druckes aus einem Vorratstank ge- speist.

An das piezoseitige Ende der Bohrung 13 schließt sich e-n Ventilsystemdruckraum 22 an. Dieser ist einerseits durc den Ventilkörper 7 und andererseits durch ein mit dem Stellkolben 9 des Ventilgliedes 3 und dem Ventilkörper 7 verbundenes Dichtelement 23 begrenzt, welches vorliegend als faltenbalgartige Membran ausgebildet ist und verhin- dert, daß der piezoelektrische Aktor 4 mit dem in dem Ventilsystemdruckraum 22 enthaltenen Kraftstoff in Kontakt kommt.

Da die Hydraulikkammer 16 während einer Ansteuer-bzw.

Bestromungspause des piezoelektrischen Aktors 4 wieder befüllt werden muß, ist ein Ausgleich einer Leckagemenge des Niederdruckbereiches 20 durch Entnahme von Hydraulik- flüssigkeit des Hochdruckbereiches 21 vorgesehen. Hierzu dient eine Befülleinrichtung 24, welche in den Ventilsy- stemdruckraum 22 mündet, welcher über einen den Stellkolben 9 umgebenden Spalt 25 mit der Hydraulikkammer 16 in Verbindung steht, so daß über den Spalt 25 auch eine Befüllung der Hydraulikkammer 16 möglich ist.

Selbstverständlich kann in einer hiervon abweichenden Ausführung vorgesehen sein, daß die Befülleinrichtung 24 in einen anderen Systemdruckraum oder direkt in den Spalt 25 oder in einen den Betätigungskolben 14 umgebenden Spalt 26 mündet.

Das Kraftscoffeinspritzventil l nach Figur l arbeitet dabei in nachfolgend beschriebener Weise.

In geschlossenem Zustand des Krafstoffeinspritzventils l und ungeladenem piezoelektrischen Aktor 4 wird das Ventil- schließglied 15 des Ventilglieds 3 in Anlage an dem ihm zugeordneten oberen Ventilsitz 18 gehalten, so daß kein Kraftstoff aus dem mit dem Hochdruckspeicherraum verbunde- nen Ventilsteuerraum 2 in den Niederdruckbereich 20 gelangen kann.

Im Falle einer langsamen Betätigung, wie sie bei einer temperaturbedingten Längenänderung des piezoelektrischen Aktors 4 oder weiterer Ventilbauteile wie z. B. des Ventil- körpers 7 auftritt, dringt der Stellkolben 9 mit Tempera- turerhöhung in das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer 16 ein oder zieht sich bei Temperaturabsenkung daraus zurück, ohne daß dies Auswirkungen auf die Schließ-und Öf_nungs- stellung des Ventilgliedes 3 und des Krarts_offven ils 1 insgesamt hat.

Wenn eine Einspritzung des Kraftsoffeinspritzventils l erfolgen soll, wird der piezoelektrische Aktor 4 bestromt, wodurch dieser seine axiale Ausdehnung schlagartig vergrö- ßert. Über den Stellkolben 9 und die Hydraulikkammer 16 wird diese Längung des piezoelektrischen Aktors 4 auf den Betätigungskolben 14 übertragen, wodurch das Ventilschließ- glied 15 aus dem ersten, oberen Ventilsitz 18 herausgehoben wird und gegen den anliegenden Raildruck entgegen dem zweiten, unteren Ventilsitz 19 bewegt wird.

Bei einer Einstellung der dazu auf dem piezoelektrischen Akcor 4 aufgebrachten Spannung wird von der elektrischen Steuereinheit 12 nicht nur das Druckniveau im Hochdruckbe- reich 21, d. h. der sondern auch der Leckagever- lust des Niederdruckbereiches 20 aus der Hydraulikkammer 16 während einer vorangegangenen Einspritzung E1 und die Wiederbefüllung berücksichtigt.

Wie Figur 2 zeigt, weist die elektrische Steuereinheit 12 hierzu ein Kennfeld 27 auf, wobei als Eingangsdaten eine Ansteuerdauer T_E1 der vorangegangenen Einspritzung Ei-und ein zeitlicher Abstand T El= zwischen dem Ende der vorangegangenen Einspritzung El und dem Beginn der nachfol- genden Einspritzung E2 eingehen. Die Ansteuerdauer TE1 der vorangegangenen Einspritzung E1 und der zeitliche Abstand TE1E2 geben dabei den Leckageverlust aus dem Niederdruck- bereich 20 bzw. die Wiederbefüllzeit seit der vorangegange- nen Einspritzung E1 an. In Abhängigkeit dieser Eingangsda- ten wird ein Korrekturwert der Ansteuerspannung #U ausgege- ben, welcher zu dem Grundwert der Ansteuerspannung, der sich hauptsächlich aus dem Raildruck bemißt, aufaddiert wird. Dabei ist der Korrekturwert AU der Ansteuerspannung so bemessen, daß sich die Ansteuerspannung bei aufeinander- folgenden Einspritzungen erhöht, um eine Differenz zwischen dem Leckageverlust und der Wiederbefüllung des Niederdruck- bereiches 20 zu kompensieren. Auf diese Weise wird eine reproduzierbare Hublänge des Ventilgliedes 3 bzw. Betäti- gungskolbens 14 erreicht und sichergestellt, daß einerseits eine korrekte Einspritzung erfolgt und andererseits das Ventilschließglied 15 stets zur Anlage an dem zweiten Ventilsitz 19 gelangt.

Die Ansteuerung der piezoelektrischen Einheit wird noch genauer, wenn die elektrische Steuereinheit 12 die Ansteu- erspannung zusätzlich bezüglich der aktuellen Temperatur des piezoelektrischen Aktors 4 korrigiert.

Selbstverständlich kann dabei auch vorgesehen sein, daß das Ventilschließglied 15 in seiner Mittelstellung stabilisiert wird. Es kann auch vorgesehen sein, daß das Ventil 1 nicht als doppelschaltendes Ventil arbeitet, sondern daß das Ventilschließglied nur mit dem ersten Ventilsitz 18 zusammenwirkt. Auch eine Ansteuerung, bei der das Ventil- schließglied mit hoher Geschwindigkeit und hoher Spannung in den zweiten Ventilsitz 19 gefahren wird, so daß die Einspritzung bei der Rückbewegung vom zweiten Ventilsitz 19 in den ersten Ventilsitz 18 stattfindet, ist bei dem erfindungsgemäßen Ventil denkbar.

Selbstverständlich ist abweichend von der gezeigten doppelsitzigen Ventilausführung auch eine Ausführung des Kraftstoffeinspritzventiles mit nur einem Sirz möglich.