DE10101799A1 - Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, welches einen Aktuator (2) und einen mechanischen Übersetzer (3) zur Übersetzung eines Hubes des Aktuators (2) aufweist. Weiter ist ein Rückstellelement (4) und ein Ventilelement (6) vorgesehen. Dabei ist der Übersetzer (3) als nierenförmiger Kipphebel (13, 14, 23) ausgebildet, welcher punktförmige Lagerstellen aufweist.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1.

Ventile zum Steuern von Flüssigkeiten sind in unterschiedli­ chen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise ist aus der US- 4 022 166 ein piezoelektrisches Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die Steuerung des Ventilglieds über ein piezoelektrisches Element erfolgt. Dabei wird der Hub des piezoelektrischen Elements über einen Hebel unmittelbar auf die Ventilnadel übertragen. Des Weiteren sind zwei Rück­ stellfedern vorgesehen, um die Ventilnadel und den Hebel je­ weils in ihrer Ausgangsposition zu halten. Aufgrund dieser Ausgestaltung mit zwei Rückstellfedern, welche über den He­ bel miteinander in Verbindung stehen, entsteht ein sehr schwingungsempfindliches Gebilde, welches insbesondere für eine Hochdruckeinspritzung nicht geeignet ist, da sich die Schwingungen aufschaukeln können. Dadurch kann bei diesem Ventil durch die mechanische Übersetzung nur eine sehr ge­ ringe Steifigkeit erreicht werden, was sich negativ auf die Einspritzgenauigkeit auswirkt.

Des Weiteren sind Injektoren bekannt, welche zur Übersetzung des Hubes eines Piezoaktors hydraulische Übersetzer verwen­ den. Derartige Lösungen weisen jedoch im Allgemeinen einen relativ komplizierten Aufbau auf und bestehen aus einer Vielzahl von Teilen. Weiterhin ist bei hydraulischen Über­ setzungen nachteilig, dass die Steifigkeit des Systems eben­ falls relativ gering ist, da die hydraulische Übersetzung sehr groß ist (ca. 1 : 8).

Da die Piezoaktoren nur ein sehr geringes Hubvermögen auf weisen, ist der Aufwand für die bekannten mechanischen oder hydraulischen Übersetzungen relativ groß, wobei auch nur ei­ ne relativ geringe Steifigkeit erreicht wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass es als mechanischen Übersetzer einen nieren­ förmigen Kipphebel aufweist, welcher eine hohe Steifigkeit bei der Übersetzung sicherstellt. Weiter kann durch die Ver­ wendung von nierenförmigen Kipphebeln als Übersetzer er­ reicht werden, dass der mechanische Übersetzer nur punktför­ mige Lagerstellen aufweist, sodass nur eine geringe Reibung im Übersetzer auftritt. Da der mechanische Übersetzer als nierenförmiger Kipphebel ausgebildet ist, ist der Kipphebel sehr kompakt ausgebildet und kann für eine steife Überset­ zung des Hubs eines Aktuators sorgen. Dabei kann, abhängig von der geometrischen Ausgestaltung des nierenförmigen Kipp­ hebels, auch auf einfache Weise das Übersetzungsverhältnis des mechanischen Übersetzers bestimmt werden. Im Vergleich mit den bekannten mechanischen Übersetzern im Stand der Technik weist das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten somit einen einfachen und kompakten Aufbau auf. Der erfindungsgemäße Kipphebel ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der nierenförmigen Ausbildung des Kipphebels zwei Lagerstellen an einer Seite des Kipphe­ bels ausgebildet sind und eine Lagerstelle an einer dieser Seite gegenüberliegenden Seite des Kipphebels ausgebildet ist. Somit stellt der nierenförmige Kipphebel eine wippenar­ tige Übersetzungsbewegung bereit, wobei der auf einer Seite des Kipphebels angeordnete Lagerpunkt bevorzugt die Schwen­ kachse des Kipphebels bildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Er­ findung ist der als Kipphebel ausgebildete mechanische Über­ setzer in einer Querachse seitlich lagefixiert. Als Querach­ se wird hierbei eine Achse verstanden, welche senkrecht zu einer Längsachse des Kipphebels angeordnet ist, wobei die Längsachse durch die beiden auf einer Seite des Kipphebels angeordneten Lagerstellen verläuft. Dadurch bildet die Quer­ achse auch die Schwenkachse des nierenförmigen Kipphebels, sodass eine Lagerstelle des Kipphebels durch die seitliche Lagefixierung ersetzt werden kann.

Vorzugsweise erfolgt die Lagefixierung des Kipphebels mit­ tels einer durch den Kipphebel geführten Welle oder durch zwei seitliche, punktförmige Führungselemente. Die durch den Kipphebel geführte Welle ist dabei seitlich des nierenförmi­ gen Kipphebels gelagert. Je nach Anordnung der Welle kann dadurch auch das Übersetzungsverhältnis des Kipphebels ver­ ändert werden. Ähnlich wie die Welle sind die beiden Füh­ rungselemente seitlich des Kipphebels angeordnet. Vorzugs­ weise sind die Führungselemente als Führungsnasen oder als punktförmige Vorsprünge ausgebildet, welche in entsprechend gebildete Aussparungen im Kipphebel eingreifen können. Da­ durch ergibt sich ein ähnliches Lagerungsverhalten wie bei der durch den Kipphebel geführten Welle.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegen­ den Erfindung weist der Kipphebel genau drei Auflagerpunkte auf. Dabei sind die Auflagerpunkte derart am Kipphebel ange­ ordnet, dass zwei Auflagerpunkte an einer Seite der jeweils vorstehenden Bereiche des nierenförmigen Kipphebels ausge­ bildet sind und der dritte Auflagerpunkt in Längsrichtung zwischen den beiden anderen Auflagerpunkten auf der gegen­ überliegenden Seite des Kipphebels ausgebildet sind. Der dritte Auflagerpunkt dient dabei als Schwenkachse, um wel­ chen der Kipphebel schwenkt. Das Übersetzungsverhältnis des Kipphebels wird dabei durch die Lage des dritten Auflager­ punktes zwischen den beiden anderen Auflagerpunkten be­ stimmt.

Bevorzugt ist der Aktuator des Ventils zum Steuern von Flüs­ sigkeiten mit einem Betätigungselement verbunden, welches den Kipphebel betätigt. Mit anderen Worten ist das Betäti­ gungselement zwischen dem Aktuator und dem Kipphebel ange­ ordnet. Durch diese Anordnung des Betätigungselements zwi­ schen dem Aktuator und dem Kipphebel ergeben sich insbeson­ dere konstruktive Freiheiten hinsichtlich der Anordnung der Kipphebel. Es sei angemerkt, dass als Aktuator vorzugsweise ein Piezoaktor oder auch ein Magnetelement verwendet werden kann.

Um einen relativ einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen Übersetzers bereitzustellen, ist das Betätigungselement vor­ zugsweise als Brücke oder als Platte ausgebildet oder da­ durch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement eine sich verjüngende Spitze aufweist. Vorzugsweise ist die sich ver­ jüngende Spitze des Betätigungselementes als Kegel, als Halbkugel oder als Element mit einem im Schnitt parabelför­ migen Mantelbereich ausgebildet. Dadurch ist es möglich, dass das Betätigungselement an einem äußersten Endpunkt des Kipphebels angreift und somit ein besonders großes Überset­ zungsverhältnis erreichbar ist, ohne dass ein Kipphebel mit einer übermäßig großen Längserstreckung eingesetzt werden muss.

Um die Übersetzung des Hubes des Aktuators mit einer beson­ ders hohen Steifigkeit bereitzustellen, ist der mechanische Übersetzer vorzugsweise durch eine Vielzahl von Kipphebeln gebildet. Dadurch wird auch eine Kraftverteilung der Betäti­ gungskraft auf mehrere Kipphebel möglich, wodurch die Bela­ stung der einzelnen Kipphebel verringert wird.

Besonders bevorzugt ist der mechanische Übersetzer symme­ trisch aufgebaut. Dadurch wird eine gleichmäßige Kraftein­ leitung in den mechanischen Übersetzer möglich, sodass keine unnötigen Kräfte auf das Gehäuse des Ventils übertragen wer­ den.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorlie­ genden Erfindung ist das Ventilelement einstückig am Betäti­ gungskolben ausgebildet. Dabei entspricht ein Sitzdurchmes­ ser eines Ventilsitzes einem Führungsdurchmesser des Betäti­ gungskolbens. Dadurch kann insbesondere ein ideal kraftaus­ geglichenes Ventil bereitgestellt werden.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten in einer Einspritzvorrichtung für ein Com­ mon-Rail-System verwendet. Besonders bevorzugt wird es dabei als Steuerventil eines Injektors eingesetzt. Hierbei können die Vorteile des erfindungsgemäßen Ventils hinsichtlich der hohen Steifigkeit besonders gut ausgenutzt werden.

Erfindungsgemäß wird somit ein Ventil zum Steuern von Flüs­ sigkeiten bereitgestellt, welches aufgrund eines als nieren­ förmigen Kipphebel ausgebildeten mechanischen Übersetzers mit punktförmigen Lagerstellen eine sehr hohe Systemsteifig­ keit bei einer besonders kompakten Bauweise bereitstellt. Dadurch kann insbesondere die Genauigkeit des Einspritzvor­ gangs bei einer Kraftstoffeinspritzung in Speichereinspritz­ systemen genauer ausgeführt und weiter verbessert werden.

Zeichnungen

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Steuerven­ tils für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Steuerven­ tils für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Kraftstoffe­ inspritzventils mit einem Steuerventil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht des in Fig. 3 dar­ gestellten Betätigungskolbens;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 3;

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht eines Steuerventils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 7a bis 7c schematische Schnittdarstellungen ver­ schiedener Betätigungselemente für das vierte Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8a und 8b schematische Schnittansichten von ver­ schiedenen mechanischen Übersetzern gemäß dem vier­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 9 eine schematische Schnittansicht eines Steuerven­ tils für ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein Steuerventil 1 für ein Kraftstoffein­ spritzventil in einem Common-Rail-System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst das Steuerventil einen Pie­ zoaktor 2 als Aktuator, einen mechanischen Übersetzer 3 so­ wie eine Rückstellfeder 4. Der Piezoaktor 2 ist über ein plattenförmiges Betätigungselement 16 mit zwei nierenförmi­ gen Kipphebeln 13 und 14 verbunden. Genauer bildet das plat­ tenförmige Betätigungselement 16 jeweils einen Auflagerpunkt 18 mit jedem nierenförmigen Kipphebel 13 bzw. 14. Weiter ist an der gleichen Seite wie der erste Auflagerpunkt 18 ein zweiter Auflagerpunkt 17 an jedem nierenförmigen Kipphebel 13, 14 vorgesehen. Über diesen zweiten Auflagerpunkt 17 sind die beiden Kipphebel 13 und 14 mit einem brückenförmigen Zwischenglied 5 in Verbindung, welches über einen Kolben 8 mit einem Ventilelement 6 verbunden ist.

Ein dritter Auflagerpunkt 19 der nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 ist auf der den beiden Auflagerpunkten 17 und 18 ge­ genüberliegenden Seite der Kipphebel 13 und 14 gebildet (vgl. Fig. 1). Der dritte Auflagerpunkt 19 dient dabei als Schwenkachse für die Kipphebel 13 und 14, sodass diese eine wippenförmige Bewegung ausführen können, wenn der Hub des Piezoaktors 2 auf die Kipphebel 13 und 14 wirkt. Als Gegen­ lager für die Kipphebel 13 und 14 dient dabei eine Auflager­ platte 15, welche fest im Gehäuse 20 des Ventils angeordnet ist. Das Übersetzungsverhältnis A : B der Kipphebel 13 und 14 wird durch die Abstände der Auflagerpunkte 17, 18 und 19 in Längsrichtung der Kipphebel bestimmt (vgl. Fig. 1).

Wie weiter in Fig. 1 gezeigt, verschließt das Ventilelement 6 einen Ventilsitz 7, wodurch eine Verbindung zu einem Steu­ erraum 9 geschlossen bzw. geöffnet werden kann. Im Steuer­ raum 9 ist ein Steuerkolben 10 angeordnet, welcher eine Be­ tätigung eines Injektors (nicht dargestellt) steuert. Über eine Leitung 11 ist der Steuerraum 9 mit dem Hochdruckbe­ reich des Einspritzsystems verbunden.

Die Funktion des Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist wie folgt:
Ein Längshub in Richtung des Pfeils C des Piezoaktors 2 wird über das plattenförmige Betätigungselement. 16 und über die Auflagerpunkte 18 auf die beiden nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 übertragen. In Folge des Hubes drehen sich die beiden Kipphebel 13 und 14 jeweils um die Drehachsen in den Aufla­ gerpunkten 19 zwischen den Kipphebeln 13 und 14 und der Auflagerplatte 15, sodass das an den Auflagerpunkten 17 mit dem Zwischenglied 5 verbundene Ende der Kipphebel nach oben, d. h. in Richtung des Piezoaktors 2 bewegt wird. Dadurch wird das brückenförmige Zwischenglied 5 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 4 ebenfalls nach oben bewegt. Da das Zwi­ schenglied 5 und der Kolben 8, welcher das Ventilelement 6 hält, fest miteinander verbunden sind, kann aufgrund dieser Bewegung das Ventilelement 6 vom Ventilsitz 7 durch den ho­ hen Druck im Steuerraum 9 abgehoben werden. Dadurch tritt ein Druckabfall im Steuerraum 9 auf, da das Fluid über eine Drossel 12 und den offenen Ventilsitz 7 abströmen kann. Da­ durch bewegt sich der Steuerkolben 10 nach oben, wodurch ei­ ne Kraftstoffeinspritzung an einem Injektor erfolgt.

Wenn der Piezoaktor 2 deaktiviert wird, bewegt er sich wie­ der in seine Ausgangsposition und zurück, sodass durch die Federkraft der Rückstellfeder 4 über das brückenförmige Zwi­ schenglied 5 die Kipphebel 13, 14 sowie das Ventilelement 6 wieder in ihre Ausgangsstellungen zurückgebracht werden. Da­ durch verschließt das Ventilelement 6 wieder den Ventilsitz 7, sodass sich im Steuerraum 9 ein Druck aufbauen kann, durch welchen der Steuerkolben 10 nach unten bewegt wird, sodass der Injektor wieder schließt.

Durch die Ausbildung des mechanischen Übersetzers für den Hub des Piezoaktors mit nierenförmigen Kipphebeln 13, 14 kann im Vergleich zum Stand der Technik eine sehr steife Hubübersetzung erfolgen. Dadurch können die Einspritzzeiten für den Injektor mit hoher Genauigkeit eingehalten werden. Weiterhin ist für den mechanischen Übersetzer 3 nur ein ge­ ringer Platzbedarf notwendig, sodass ein kompaktes Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bereitgestellt werden kann. Dadurch ergeben sich sowohl Einbauvorteile in beengten Mo­ torräumen als auch eine Gewichtsreduzierung aufgrund einer geringen Anzahl von Einzelteilen sowie einer geringen Größe dieser Einzelteile.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass durch einfache Änderung der Längenverhältnisse A : B der Kipphebel 13 und 14 auf einfache Weise das Übersetzungsverhältnis geändert werden kann. Das heißt, es kann ein standardisiertes Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bereitgestellt werden, bei dem für unter­ schiedliche Übersetzungsverhältnisse für verschiedene Moto­ renhersteller nur dementsprechend ausgebildete nierenförmige Kipphebel mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen bereitgehalten werden müssen. Dies führt zu deutlichen Ko­ stenvorteilen in der Produktion.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steuer­ ventils für einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Da das zweite Ausführungsbeispiel im Wesentli­ chen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, werden nach­ folgend nur noch Unterschiede im Detail erläutert.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zwei­ ten Ausführungsbeispiel der Piezoaktor 2 unmittelbar mit ei­ nem brückenförmigen Betätigungselement 16 verbunden. Das Be­ tätigungselement 16 weist an seinen Randbereichen Auflager­ punkte 17 auf, über die das Betätigungselement 16 mit den beiden Kipphebeln 13 und 14 in Verbindung steht. Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kipphebel 13 und 14 an Auflagerpunkten 19 am Gehäuse 20 des Ventils 1 ge­ lagert. Die beiden Kipphebel 13 und 14 sind ihrerseits an Auflagerpunkten 18 mit einem tellerförmigen Zwischenglied 5 verbunden, welches seinerseits fest mit einem Kolben 8 ver­ bunden ist. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist der Kolben 8 wieder mit einem Ventilglied 6, welches einen Ventilsitz 7 verschließt, verbunden. Eine Rückstellfeder 4 ist zwischen dem brückenartigen Betätigungselement 16 und dem teller- be­ ziehungsweise plattenförmigen Zwischenglied 5 angeordnet.

Die Funktion des Ventils gemäß dem zweiten Ausführungsbei­ spiel ist wie folgt: Wenn ein Hub des Piezoaktors 2 in Rich­ tung des Pfeils C erfolgt, wird dieser auf das Betätigungs­ element 16 übertragen, wodurch sich dieses nach unten, d. h. in Richtung des Ventilelements 6 bewegt. Dadurch werden die beiden nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 um ihre Schwen­ kachsen 19 geschwenkt, sodass die mit dem Zwischenglied 5 verbundenen Enden der Kipphebel 13 und 14 nach oben bewegt werden. Dadurch, sowie durch die Bewegung des Betätigungs­ elements 16, wird die Rückstellfeder 4 zusammengedrückt. Weiter wird über das Zwischenglied 5 der Kolben 8 und damit das Ventilelement 6 nach oben bewegt, sodass sich das Venti­ lelement 6 vom Ventilsitz 7 abhebt. Dadurch kann Fluid vom Steuerraum 9 über die Drossel 12 durch den Ventilsitz 7 ab­ strömen, wodurch der Steuerkolben 10, welcher mit einem In­ jektor (nicht gezeigt) verbunden ist, nach oben bewegt wird. Dadurch erfolgt eine Einspritzung in einen Verbrennungsraum.

Nach dem Deaktivieren des Piezoaktors 2 bewegt sich das Be­ tätigungselement 16 wieder in seine Ausgangsstellung, wo­ durch die Kipphebel 13 und 14 ebenfalls in ihre Ausgangs­ stellungen bewegt werden. Dies erfolgt aufgrund der Feder­ kraft der Rückstellfeder 4, welche wieder in ihre Ausgangs­ stellung expandiert. Dadurch wird das Ventilelement 6 wieder auf den Ventilsitz 7 gedrückt, sodass der Ventilsitz 7 ver­ schlossen ist. Dadurch kann sich im Steuerraum 9 wieder ein Druck aufbauen, sodass der Steuerkolben 10 nach unten bewegt wird und die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, In den Fig. 3 bis 5 ist ein Steuerventil 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar­ gestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorher beschriebenen Aus­ führungsbeispielen bezeichnet. Da das dritte Ausführungsbei­ spiel im Wesentlichen den vorher beschriebenen Ausführungs­ beispielen entspricht, werden nachfolgend nur noch Unter­ schiede im Detail erläutert.

In diesem Ausführungsbeispiel besteht der mechanische Über­ setzer 3 aus drei Kipphebeln 13, 14 und 23 (vgl. Fig. 5). Die Kipphebel sind zueinander in einem Abstand von jeweils 120° angeordnet. Weiter ist ein plattenförmiges Betätigungs­ element 16 vorgesehen, welches über ein zylinderhutförmiges Verbindungselement 24 mit einem Piezoaktor 2 in Verbindung steht. Am Rand des zylinderhutförmigen Verbindungselements 24 ist eine Rückstellfeder 4 angeordnet, welche sich gegen einen Absatz im Gehäuse 20 abstützt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Kipphebel 13, 14 und 23 un­ mittelbar mit einem Kolben 8 über Auflagerpunkte 18 in Ver­ bindung. Am Kolben 8 ist ein Ventilelement 6 vorgesehen, welches einstückig am Kolben 8 ausgebildet ist. Wie in der Detailansicht in Fig. 4 gezeigt, ist der Kolben 8 derart ausgebildet, dass sein Führungsdurchmesser einem Sitzdurch­ messer des Ventilelements 6 entspricht. Hierzu ist zwischen dem Kolben 8 und dem Ventilelement 6 eine ringnutförmige Aussparung 31 ausgebildet. Der Raum, in welchem der mechani­ sche Übersetzer 3 angeordnet ist, ist über eine Leitung 32 mit der Zufuhrleitung 11 zur Zuführung von. Kraftstoff ver­ bunden.

Wie weiter in Fig. 3 gezeigt, ist an dem dem mechanischen Übersetzer 3 gegenüberliegenden Ende des Kolbens 8 ein Hubanschlag 26 ausgebildet, um eine Hubhöhe h des Kolbens 8 zu begrenzen. Weiter ist eine zweite Rückstellfeder 27 an die­ sem Ende des Kolbens 8 angeordnet, wobei der Hubanschlag 26 auch als Federsitz der Feder 27 dient.

Die Funktion des Ventils 1 gemäß dem dritten Ausführungsbei­ spiel ist wie folgt: Ein Hub des Piezoaktors 2 in Richtung des Pfeils C wird über das Verbindungselement 24 auf das plattenförmige Betätigungselement 16 übertragen. Dadurch wird ebenfalls über das Verbindungselement 24 die Rückstell­ feder 4 zusammengedrückt. Über das Betätigungselement 16 wird der Hub auf die nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 über die Auflagerpunkte 19 übertragen. Dadurch schwenken die Kipphebel jeweils um Schwenkachsen durch die Auflagerpunkte 17, sodass der Kolben 8, welcher über die Auflagerpunkte 18 mit den Kipphebeln in Verbindung steht, nach unten bewegt wird. Dadurch hebt sich das am Kolben 8 einstückig gebildete Ventilelement 6 vom Ventilsitz 7 ab. Somit ist die Kraft­ stoffzuleitung 11 über weitere Leitungen mit einem Steuer­ raum 33 des Injektors 25 verbunden. Dadurch steigt der Druck in einem Steuerraum 33 an, wodurch der Injektor 25 über ei­ nen stegförmigen Vorsprung 34 entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 35 nach oben bewegt wird und eine Kraftstof­ feinspritzung in eine Brennkammer erfolgen kann.

Die Einspritzung von Kraftstoff wird solange aufrechterhal­ ten, bis der Piezoaktor 2 deaktiviert wird und der mechani­ sche Übersetzer sowie das Ventilelement 6 über die Rück­ stellfedern 4 bzw. 27 wieder in ihre Ausgangspositionen zu­ rückbewegt werden. Dadurch schließt das Ventilelement 6 am Ventilsitz 7. Somit wird der Injektor 25 über die Rückstell­ feder 35 ebenfalls wieder in seine Ausgangsposition zurück­ bewegt und verschließt somit die Einspritzöffnung.

Wie in Fig. 5 gezeigt, werden im Ventil 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die drei nierenförmigen Kipphebel 13, 14 und 23 seitlich an Bereichen 21 und 22 geführt, welche im Gehäuse 20 des Ventils 1 gebildet sind. Durch diese Führun­ gen 21 und 22 wird ein Kipphebelsystem mit einer besonders hohen Steifigkeit bereitgestellt. Da der Raum, in welchem der mechanische Übersetzer 3 angeordnet ist, mit Kraftstoff versorgt wird, ist auch eine ausreichende Schmierung zwi­ schen den Kipphebeln 13, 14 und 23 sowie den jeweiligen Füh­ rungen 21 und 22 vorhanden. Somit wird eine sichere Betäti­ gung des Kolbens 8 bzw. des Ventilelements 6 sichergestellt.

In den Fig. 6, 7a bis 7c, 8a und 8b ist ein viertes Aus­ führungsbeispiel eines Steuerventils für einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff dargestellt. Gleiche bzw. funk­ tional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Da das vierte Aus­ führungsbeispiel im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbei­ spiel entspricht, werden nachfolgend nur noch Unterschiede im Detail erläutert.

Wie in Fig. 6 gezeigt, ist im Gegensatz zum dritten Ausfüh­ rungsbeispiel beim vierten Ausführungsbeispiel ein Betäti­ gungselement 16 vorgesehen, welches einen sich verjüngenden Bereich aufweist, der mit den Kipphebeln 13 und 14 in Ver­ bindung steht. Somit wird eine Hubbewegung des Piezoaktors 2 über das sich verjüngende Betätigungselement 16 auf die Kipphebel 13 und 14 übertragen. Weiter sind die Kipphebel im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen in Querrichtung (senkrecht zu ihrer Längsrichtung) axial ge­ lagert. Hierzu ist eine Welle 30 vorgesehen, welche jeweils durch eine in den Kipphebeln 13 und 14 gebildete Durch­ gangsöffnung geführt ist. Dies ist in vergrößertem Maßstab in Fig. 8b dargestellt. Die Welle 30 ist ihrerseits im Ge­ häuse 20 des Ventils gelagert.

Somit befindet sich, im Gegensatz zu dem vorher beschriebe­ nen Ausführungsbeispiel, die Schwenkachse der Kipphebel 13 und 14 nicht an einem Auflagerbereich, sondern im Bereich der durch die Welle 30 gebildeten Schwenkachse D-D. Somit weisen die Kipphebel 13 und 14 jeweils auch nur zwei Aufla­ gerpunkte 17 und 18 auf. An ihren Auflagerpunkten 18 sind die beiden Kipphebel 13 und 14 jeweils mit einem brückenar­ tigen Zwischenglied 5 verbunden, welches einstückig mit ei­ nem Kolben 8 gebildet ist, welcher ein Ventilelement 6 hält. Weiter ist neben der Rückstellfeder 24 am zylinderhutförmi­ gen Verbindungselement 24 eine zweite, als Plattenfeder aus­ gebildete Rückstellfeder 27 vorgesehen, welche sich sowohl am Zwischenglied 5 als auch am Gehäuse 20 abstützt.

In den Fig. 7a, 7b und 7c sind verschiedene Ausgestal­ tungsmöglichkeiten des sich verjüngenden Betätigungselements 16 dargestellt. In 7a ist das Betätigungselement 16 kegel­ förmig gebildet, wodurch eine besonders einfache Herstell­ barkeit des Betätigungselements 16 erreicht wird. In Fig. 7b verjüngt sich das Betätigungselement 16 im Schnitt para­ belförmig, was eine Betätigung der Kipphebel an einem rela­ tiv weit außen liebenden Bereich ermöglicht. Dadurch kann insbesondere ein großes Hebelverhältnis erreicht werden. Fig. 7c zeigt ein Betätigungselement 16, welches halbkugel­ förmig ausgebildet ist.

In Fig. 8a ist eine alternative Lagerung der Kipphebel ge­ mäß dem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt. Wie in Fig. 8a gezeigt, sind im Gehäuse 20 nasenförmige Vorsprünge 28 und 29 gebildet, welche in entsprechend geformte Ausspa­ rungen in den Kipphebeln 13 und 14 eingreifen. Dadurch können sich die Kipphebel um die durch die Vorsprünge 28 und 29 gebildete Achse D-D drehen. Vorzugsweise sind die Vorsprünge 28 und 29 dabei halbkugelförmig ausgebildet, sodass eine leichte Schwenkbarkeit der Kipphebel gewährleistet ist.

Die Funktion des Ventils 1 gemäß dem vierten Ausführungsbei­ spiel wird nachfolgend beschrieben. Wenn der Piezoaktor 2 aktiviert wird, erfolgt eine Verlängerung des Piezoaktors 4 in Richtung des Ventilelements 6. Dieser Hub des Piezoaktors 2 wird über das Verbindungselement 24 auf das sich verjün­ gende Betätigungselement 16 übertragen. Dabei wird die Rück­ stellfeder 4 zusammengedrückt. Über die beiden Auflagerpunk­ te 17 wird die Bewegung des Betätigungselement 16 auf die beiden nierenförmigen Kipphebel 13 und 14 übertragen. Da die beiden Kipphebel 13 und 14 jeweils fest am Gehäuse 20 über die Welle 30 gelagert sind, drehen sie sich um die Welle 30, wodurch das brückenförmig gebildete Zwischenglied 5 entgegen der Federkraft der Plattenfeder 27 nach oben bewegt wird. Dadurch wird das Ventilelement 6 vom Ventilsitz 7 abgehoben, wodurch Fluid vom Steuerraum 9 über die Drossel 12 durch den Ventilsitz 7 abströmen kann. Dadurch wird in bekannter Weise der Steuerkolben 10 nach oben bewegt, und eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgt.

Wenn der Piezoaktor 2 deaktiviert wird, werden das Ventil­ element 6 sowie die Bauteile des mechanischen Übersetzers 3 über die Rückstellfeder 4 sowie die Plattenfeder 27 wieder in ihre Ausgangspositionen zurückgebracht. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird das Hebelverhältnis A : B im vierten Ausfüh­ rungsbeispiel durch die Abstände zwischen den Auflagerpunk­ ten 7 und der Drehachse 30 sowie den Abständen zwischen den Auflagerpunkten 18 und der Drehachse 30 bestimmt und beträgt wieder A : B.

In Fig. 9 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Steuer­ ventils 1 für einen Injektor dargestellt. Gleiche bzw. funk­ tional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen bezeich­ net. Da das fünfte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel entspricht, werden nachfolgend nur noch Unterschiede im Detail erläutert.

Im Unterschied zum vierten Ausführungsbeispiel wird beim fünften Ausführungsbeispiel ein Hub des Piezoaktors 2 über das zylinderhutförmige Verbindungselement. 24 auf ein brüc­ kenförmig gebildetes Betätigungselement 16 übertragen. Die­ ser Hub wird dann über die Auflagerpunkte 18 und 17 der Kipphebel 13 und 14 auf ein plattenförmiges Zwischenglied 5 übertragen, welches über einen Kolben 8 mit einem Ventil­ element 6 in Verbindung steht. Ähnlich wie im zweiten Aus­ führungsbeispiel ist dabei eine Rückstellfeder 4 zwischen dem Betätigungselement 16 und dem Zwischenglied 5 angeord­ net.

Wie im vierten Ausführungsbeispiel sind die Kipphebel 13 und 14 ebenfalls an Wellen 30 gelagert, sodass sie nur jeweils zwei Auflagerpunkte 17 und 18 im mechanischen Übersetzer 3 aufweisen. Ansonsten entspricht das fünfte Ausführungsbei­ spiel dem vierten Ausführungsbeispiel, sodass auf eine wei­ ter gehende Beschreibung verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß kann demnach durch die Verwendung von nie­ renförmigen Kipphebeln in einem mechanischen Übersetzer ein Hub eines Aktuators übertragen werden, wobei eine hohe Sy­ stemsteifigkeit sichergestellt ist. Der Aktuator kann dabei als Piezoaktor oder auch als magnetisch betriebener Aktor ausgebildet sein. Die hohe Steifigkeit bei der Übertragung des Aktuatorhubes ermöglicht dabei eine sehr genaue Ventilsteuerung. Weiterhin benötigt das Ventil mit dem erfindungs­ gemäßen Übersetzer nur einen kleinen Bauraum und weist nur ein geringes Gewicht auf.

Somit wird erfindungsgemäß ein Ventil zum Steuern von Flüs­ sigkeiten bereitgestellt, welches einen Aktuator 2 und einen mechanischen Übersetzer 3 zur Übersetzung eines Hubes des Aktuators 2 aufweist. Weiter ist ein Rückstellelement 4 und ein Ventilelement 6 vorgesehen. Dabei ist der Übersetzer 3 als nierenförmiger Kipphebel (13, 14, 23) ausgebildet, wel­ cher punktförmige Lagerstellen aufweist.

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

Claims (10)

1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Aktuator (2), einem mechanischen Übersetzer (3) zur Übersetzung eines Hubes des Aktuators (2), einem Rückstellelement (4, 27) und einem Ventilelement (6), dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Übersetzer als nierenförmiger Kipp­ hebel (13, 14, 23) ausgebildet ist, welcher punktförmi­ ge Lagerstellen (17, 18, 19) aufweist.

2. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als nierenförmiger Kipphebel (13, 14, 23) ausgebildete Übersetzer in einer Querachse (D-D) lagefixiert ist.

3. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagefixierung mittels einer durch den Kipphebel (13, 14, 23) geführten Welle (30) oder durch zwei seitliche Führungselemente (28, 29) bereitgestellt ist.

4. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipp­ hebel (13, 14, 23) genau drei punktförmige Lagerstellen (17, 18, 19) aufweist.

5. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ak­ tuator (2) mit einem Betätigungselement (16) verbunden ist, welches den Kipphebel (13, 14, 23) betätigt.

6. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (16) als Brücke oder als Platte ausgebildet ist oder eine sich verjüngende Spitze aufweist.

7. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der me­ chanische Übersetzer (3) eine Vielzahl von Kipphebeln (13, 14, 23) aufweist.

8. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der me­ chanische Übersetzer (3) symmetrisch aufgebaut ist.

9. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ven­ tilelement (6) des Ventils einstückig am Betätigungs­ kolben (8) ausgebildet ist und ein Durchmesser eines Ventilsitzes (7) einem Durchmesser des Betätigungskol­ bens (8) entspricht.

10. Verwendung eines Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Einspritzvor­ richtung für ein Common-Rail-System.