DE19821768A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ventilsteuerung - Google Patents

Abstract

Ein in einer ersten Bohrung (3) geführter, gut steuerbarer Primärantrieb (5), beispielsweise ein Piezoaktor, überträgt seinen Hub durch eine kolbenhydraulische Hubübersetzung mittels einer Hydraulikkammer (2) bewegungskommutiert auf ein in einer zweiten Bohrung (4) geführtes sekundärseitiges Hubelement (7). Über das sekundärseitige Hubelement (7) wird der Druck in einer Ventilkammer (9) gesteuert.

Description

Die Bedeutung einer schnellen und präzisen Steuerung von Ven­ tilsystemen nimmt mit einer erhöhten Anforderung an hydrauli­ sche Systeme zu. Ein Beispiel für ein solches Betätigungsfeld ist die Kraftstoffeinspritzung, beispielsweise die Direktein­ spritzung von Dieselkraftstoff in den Brennraum eines Motors. Ein großes Potential dabei besitzt das sogenannte "Common Rail"-System, bei dem der Kraftstoff von einer zentralen För­ derpumpe in einer allen Zylindern gemeinsamen Fluidzuleitung ("Common Rail") gefördert wird. Die Zumessung des Kraftstoffs erfolgt über ein jedem Zylinder individuell zugeordnete Sy­ stems zur Kraftstoffeinspritzung. Die mit Hilfe eines Common- Rail-Einspritzsystems erzielbare Verbesserung des motorischen Betriebsverhaltens resultiert dabei im wesentlichen aus einem von der Motordrehzahl unabhängig regelbaren Einspritzdruck bis 2500 bar. Hinzukommt bei dieser Technik die Möglichkeit der Formung des Einspritzverlaufs, d. h. der Erzeugung einer einfachen oder mehrfachen Pilot-Einspritzung oder der Steue­ rung der Einspritzrate sowie der freien Kennfeldsteuerung von Spritzbeginn und Einspritzmenge.

Zur Realisierung dieser Vorteile muß das System zur Kraft­ stoffeinspritzung einer sehr hohen dynamischen Anforderung genügen, beispielsweise muß es eine kurze Antriebstotzeit und eine kurze Schaltzeit aufweisen.

Bisher geschieht die Steuerung von Common-Rail-Einspritzern im wesentlichen mit Hilfe eines Solenoid-Antriebs. In einigen Fällen wird der Einspritzer auch mit Hilfe eines piezohydrau­ lischen Antriebs gesteuert.

Bei der Steuerung eines Kraftstoff-Einspritzers mit Hilfe ei­ nes piezoelektrischen Direktantriebs zur Ventilsteuerung des hydraulischen Systems tritt beispielsweise das Problem auf, daß nur eine unzureichende Kompensation einer durch Tempera­ tur- oder durch Alterungs- und Setzeffekte bedingten Länge­ nänderung von Piezoaktor und Gehäuse realisiert ist. Hinzu kommt, daß beim Piezo-Direktantrieb ein Piezoaktor großer Baulänge erforderlich ist, was fertigungstechnisch und im Hinblick auf die Herstellungskosten nachteilig ist. Bei einer Kombination des Piezoaktors mit einer Membran­ hydraulik zur Ventilsteuerung im Einspritzsystem treten viel­ fältige Probleme auf, wie beispielsweise ein aufwendiger me­ chanischer Abgleich, eine Bruchgefahr der Membrane sowie ein niedriger Wirkungsgrad der Membranhydraulik. Weiterhin sind unbefriedigend beispielsweise der Einfluß von Druckwellen, eine problematische Temperaturkompensation sowie ein nur be­ friedigendes Schaltverhalten.

Ein weiteres Beispiel für den Einsatz einer schnellen Ventil­ steuerung ist der Bremskreislauf eines Fahrzeugs, bei dem der hydraulische Druck in einem Antiblockiersystem von der Moto­ relektronik schnell und präzise geregelt werden muß. Auch ist der Einsatz einer schnellen und präzisen Ventil­ steuerung im Hydraulikkreislauf zur Steuerung eines Höhen- bzw. Seitenruders in einem Flugzeug denkbar. Dabei muß beson­ ders bei modernen, aerodynamisch instabil ausgelegten Flug­ zeugen das Leitruder sehr schnell angesteuert werden, so daß durch eine elektronische Stabilisierung der Fluglage die Si­ cherheit des Flugzeugs gewährleistet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglich­ keit zur präzisen Ventilsteuerung bereitzustellen, die auch den Effekt eines betriebs- oder alterungsbedingten Einflusses auf das Schaltverhalten reduziert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 23 gelöst.

Die Idee der Erfindung besteht darin, einen gut steuerbaren Primärantrieb einzusetzen, dessen Hub durch einen kolbenhy­ draulischen Hubübersetzer zur Ventilsteuerung bewegungskommu­ tiert weitergegeben wird.

Der Primärantrieb, d. h. ein von außen direkt steuerbarer An­ trieb, ist in einer ersten Bohrung eines Gehäuses axialver­ schiebbar angebracht. Dabei kann die Passung zwischen Pri­ märabtrieb und Gehäuse leckagebehaftet oder vorteilhafterwei­ se hydraulisch dicht sein. Der Primärantrieb besitzt vorzugs­ weise ein lineares Ansprechverhalten, beispielsweise mittels eines piezoelektrischen Aktor, dessen Längenänderung in sehr guter Näherung linear zu einer am Aktor angelegten elektri­ schen Signal ist. Andere geeignete Antriebselemente sind bei­ spielsweise elektro- oder magnetostriktive Aktoren.

Die erste Bohrung und eine zweite Bohrung münden in eine fluidgefüllte Hydraulikkammer. Der Primärantrieb ist mit ei­ ner Kolbenbohrung versehen, die ebenfalls in die Hydraulik­ kammer mündet. Das sekundärseitige Hubelement ist leckagebe­ haftet und axialverschiebbar sowohl in der Kolbenbohrung als auch in der zweiten Bohrung angeordnet. Dadurch wird eine Kolbenkammer als Teil der Kolbenbohrung geschaffen, die durch das Hubelement und den Primärantrieb begrenzt wird.

Das sekundärseitige Hubelement kann auch aus verschiedenarti­ gen Teilelementen bestehen, beispielsweise einem Hubkolben in der Kolbenbohrung und einem Stößel in der zweiten Bohrung. Der Primärantrieb steht somit in einem hydraulischen Kraft­ schluß mit dem sekundärseitig angebrachten Hubelement.

Im folgenden bezeichnet "primärseitig" Elemente, die im Kraftschluß vom Primärantrieb bis ausschließlich zur Hydrau­ likkammer angebracht sind, beispielsweise einen Piezoaktor oder ein primärseitiges Rückstellelement für den Piezoaktor. "Sekundärseitig" bezeichnet entsprechend Elemente, die im Kraftschluß dem Primärantrieb und der Hydraulikkammer nachge­ schaltet sind, beispielsweise ein Hubelement bzw. ein Hubkol­ ben oder einen Stößel.

Durch den Einsatz einer Hydraulikkammer ergeben sich zusätz­ lich zwei Vorteile:

• (1) Ein möglicherweise zur Ventilsteuerung zu geringer Hub des Primärantriebs wird durch die Hubübersetzung auf das se­ kundärseitige Hubelement soweit vergrößert, daß dieser Hub zur Ventilsteuerung ausreicht (beispielsweise: Hub des Piezo­ aktors 40 µm, Hub des Hubelementes 240 µm, entsprechend einer Hubübersetzung von 6 : 1). Durch die Hubübersetzung werden die Vorteile des Primärantriebs, nämlich ein sehr schnelles und lineares Ansprechverhalten, mit den Vorteilen eines ausrei­ chenden Hubs vereinigt. Zudem wird ein Nachteil des piezo­ elektrischen Direktantriebs, nämlich eine große Piezolänge, vermieden.
• (2) Thermische oder durch Alterungs- sowie Setzeffekte be­ dingte Längenänderungen sowohl des Piezoaktors, als auch des Gehäuses mitsamt Einbauten werden weitgehend kompensiert. Dieser Vorteil wird dadurch realisiert, daß die Kolbenkammer und damit über die Leckage zwischen Druckkolben und Hubele­ ment die Hydraulikkammer über eine Kolbenzuleitung mit Fluid druckbeaufschlagt werden, wobei der Druck des Fluids in der Zuleitung im wesentlichen unabhängig vom Volumen dieser bei­ den Kammern ist.

Beim Einsatz einer nicht erfindungsgemäßen Doppelmembran zur hydraulischen Kraftübertragung beispielsweise könnten diese Längeneinflüsse das Volumen innerhalb der Doppelmembran und damit den Druck innerhalb der Doppelmembran soweit verändern, daß die Kraftübertragung zwischen Primärantrieb und sekundä­ ren Hubelementen quantitativ verändert wird.

Über die Kolbenzuleitung werden auch Fluidverluste, bei­ spielsweise durch eine Leckage die Passung zwischen dem se­ kundärseitigen Hubelement und der ihn umgebenden Bohrung, ausgeglichen. Weiterhin kann über die Zuleitung und eine zu­ sätzlich angebrachte Belüftungsschraube die Hydraulikkammer entlüftet werden, beispielsweise beim Ersteinsatz.

Zur Realisierung der kolbenhydraulischen Hubübersetzung muß die druckwirksame Fläche des Primärantriebs in bezug auf das Fluid in der Hydraulikkammer größer sein als diejenige des sekundärseitigen Hubelementes. Die "druckwirksame Fläche" be­ zeichnet dabei die Projektion der mit dem Fluid der Hydrau­ likkammer in Berührung stehenden Fläche in die angegebene Richtung. Beispielsweise entspricht die druckwirksame Fläche eines senkrecht in die Hydraulikkammer mündenden Zylinderkol­ bens der Stirnfläche dieses Zylinders.

Die Bewegungsumkehr des sekundärseitigen Hubelementes im Ver­ gleich zur Bewegungsrichtung des Primärantriebs ermöglicht eine einfache Methode der Ventilsteuerung, so daß beispiels­ weise auf das Vorhandensein einer Ventilkammer wie im Fall einer nach Innen in eine Ventilkammer öffnenden Ventilsteue­ rung ohne Bewegungsumkehr verzichtet werden kann.

Zur Realisierung der Bewegungsumkehr muß die in Richtung des Primärantriebs druckwirksame Fläche des sekundärseitigen Hu­ belementes größer sein als die in Richtung der zweiten Boh­ rung druckwirksame Fläche.

Zur Ventilsteuerung wird die Bewegung des sekundärseitigen Hubelementes dazu verwendet, eine fluidgefüllte Anschlußlei­ tung gegen einen Ablauf auf niedrigerem Druckniveau zu ver­ schließen. Über den Druck des Fluids in der Ventilkammer ist typischerweise ein hydraulisches oder hydraulisch­ mechanisches System steuerbar.

Die Ventilsteuerung läuft im wesentlichen in den folgenden Schritten ab:

(a) In Ruhestellung ist der Primärantrieb von der Hydraulik­ kammer bzw. der zweiten Bohrung maximal weit entfernt, bei­ spielsweise bei entladenem Piezoaktor. Äquivalent ist das Vo­ lumen der Hydraulikkammer maximal. Der Druck des Fluids in der Kolbenkammer entspricht dem Druck in der Kolbenzuleitung 20.

Über die Leckage durch die Passung der Kolbenbohrung fließt Fluid von der Kolbenkammer in die Hydraulikkammer.

Das sekundärseitige Hubelement wird durch den Druck des Fluids in der Kolbenkammer aus der Kolbenbohrung heraus und durch den Druck in der Hydraulikkammer aufgrund der Bewe­ gungsumkehr in die Kolbenbohrung hinein gedrückt. Zusätzlich kann es durch ein sekundärseitiges Rückstellelement aus der Kolbenbohrung gedrückt werden. Falls die zweite Bohrung an ihrem der Hydraulikkammer entgegengesetzten Ende druckbeauf­ schlagt ist, beispielsweise durch das Fluid in der Anschluß­ leitung, wird das Hubelement dadurch ebenfalls in die Kolben­ bohrung gedrückt. Insgesamt ist das Hubelement maximal aus der Kolbenbohrung verschoben, äquivalent dazu ist es maximal in die zweite Bohrung verschoben.

Durch das Hubelement wird die Anschlußleitung gegen den Ab­ fluß verschlossen.

(b) Während des Hubvorgangs wird der Primärantrieb in Rich­ tung der Hydraulikkammer verschoben, beispielsweise durch An­ legen eines elektrischen Signals. Weil das Volumen der Hy­ draulikkammer verringert wird, erhöht sich darin der Druck. Deshalb wiederum erhöht sich der Druck auf das sekundärseiti­ ge Hubelement, so daß dieses stärker in die Kolbenbohrung ge­ drückt wird.

Ab einem bestimmten Druck in der Hydraulikkammer werden die auf das Hubelement ausgeübten, aus der Kolbenbohrung heraus gerichteten Kräfte überwunden, und das Hubelement bewegt sich in die Kolbenbohrung hinein. Durch diese Bewegung wird die Verbindung zwischen Anschlußleitung und Abfluß geöffnet, so daß Fluid aus der Anschlußleitung in den Abfluß fließt und der Druck in der Anschlußleitung abfällt.

Es ist zur Erlangung eines vorbestimmten maximalen Hubes vor­ teilhaft, wenn ein Anschlag zur Begrenzung des Hubes des se­ kundärseitigen Hubelementes vorhanden ist. Ein typisches Öff­ nungsverhalten der Ventilsteuerung kann somit derart einge­ stellt werden, daß nach dem ersten Überwinden einer Gegen­ kraft das Hubelement innerhalb kurzer Zeit maximal verschoben wird. Ein solches Steuerverhalten besitzt den Vorteil, daß der Effekt eines möglichen Fertigungsunterschiedes, bei­ spielsweise bei der Fertigung einer Dichtung, reduziert wird.

(c) Zur Rückkehr in die Ruhestellung wird der Primärantrieb von der Hydraulikkammer wegbewegt, beispielsweise durch Ent­ ladung eines Piezoaktors. Der Druck des Fluids in der Hydrau­ likkammer sinkt soweit, daß das der Druck des Fluids in der Kolbenkammer und gegebenenfalls das sekundärseitige Rückstel­ lelement das Hubelement wieder aus der Kolbenbohrung ver­ schieben. Ist das sekundärseitige Hubelement soweit verscho­ ben, daß es die Anschlußleitung wieder gegen den Ablauf ver­ schließt, so baut sich in der Anschlußleitung wieder der in der Ruhestellung vorhandene Druck auf.

Diese Ventilsteuerung besitzt den Vorteil, daß eine Ventil­ steuerung einfach und kompakt realisierbar ist. Weiterhin besitzt sie den Vorteil, daß die relative Ausrich­ tung der Bohrungen auf Primär- bzw. Sekundärseite keinen Ein­ fluß auf das Steuerungsverhalten besitzt. Beispielsweise kön­ nen mehrere sekundärseitige Teilelemente, beispielsweise Hub­ elemente in ihren jeweiligen Bohrungen, in die Ventilsteue­ rung integriert sein.

Durch die Verwendung eines sehr gut steuerbaren Primäran­ triebs mit einer kurzen Totzeit, beispielsweise einem Piezo­ aktor, ist die Ventilsteuerung in gleicher Weise präzise steuerbar.

Es ist vorteilhaft, wenn in der ersten Bohrung ein Druckkol­ ben als Teil des Primärantriebs zumindest teilversenkt einge­ lassen ist, der dort axial verschiebbar und zusätzlich vor­ teilhaft ohne Leckage dichtend angeordnet ist. Die Hydraulik­ kammer kann bei einer solchen Konstruktion als Teil der er­ sten Bohrung durch das Gehäuse und den Kolben gebildet wer­ den. Die Kolbenbohrung wird vorteilhafterweise in den Druck­ kolben eingebracht. Der Druckkolben wird vorteilhafterweise durch einen an der der Hydraulikkammer abgewandten Seite des Druckkolbens anliegenden, separaten Stellantrieb, beispiels­ weise einen Piezoaktor, ausgelenkt. Der Stellantrieb wird beispielsweise am Gehäuse abgestützt.

Diese Konstruktion besitzt den Vorteil daß der Primärantrieb aus einfacher gearbeiteten Einzelteilen aufbaubar ist, die jeweils mechanisch bzw. konstruktiv optimiert sein können. Beispielsweise kann durch die Auslegung als offenes System auf einen speziellen Schutz des Stellantriebs vor einer che­ mischen Wirkung des Fluids verzichtet werden.

Der Druckkolben, der mit dem Stellantrieb nicht fest verbun­ den sein muß, wird vorteilhafterweise durch eine primärseiti­ ge Rückstellvorrichtung, beispielsweise eine Feder, von der Hydraulikkammer weggedrückt.

Diese Rückstellvorrichtung dient zusätzlich vorteilhafterwei­ se zur mechanischen Druckvorspannung, durch den beispielswei­ se ein Piezoelement vor Schäden durch Zugspannungen bewahrt wird. Das primärseitige Rückstellelement dient vorteilhafter­ weise auch zur mechanischen Druckvorspannung, durch die bei­ spielsweise ein keramikartiger Stellantrieb vor Schäden durch Zugspannungen bewahrt wird.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn zwischen Stellantrieb und Druckkolben eine Kugelscheibe mit entsprechendem Gegenlager angebracht ist, damit Verkippungen bzw. Spaltfederungen bei nicht planparallelen Endflächen ausgleichbar sind. Das Gegen­ lager kann beispielsweise im Druckkolben integriert sein. Al­ ternativ kann die Kugelscheibe mit dem entsprechenden Gegen­ lager auch zwischen dem Stellantrieb und dem Gehäuse ange­ bracht sein.

Das sekundärseitige Hubelement ist vorteilhafterweise so aus­ gelegt, daß es an seinem an die Anschlußleitung grenzenden Ende ein Dichtelement aufweist, so daß durch das Dichtelement die Zuleitung gegen den Ablauf verschlossen wird. Das Dicht­ element kann beispielsweise eine Kugel sein, die innerhalb einer Absteuerkammer mittels des restlichen Hubelementes auf die Mündung der Anschlußleitung in die Absteuerkammer ge­ drückt wird.

Es können auch mehrere sekundärseitige Teilelemente in ihrer jeweiligen Bohrung in die Ventilsteuerung integriert sein.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die erfindungsge­ mäße Ventilsteuerung schematisch dargestellt:

Fig. 1 zeigt zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Ventil­ steuerung,

Fig. 2 zeigt durch die Ventilsteuerung geregelte Elemente eines Kraftstoffeinspritzsystems,

Fig. 3 zeigt zur Ventilsteuerung und zum Kraftstoffein­ spritzsystem zugehörige Druckleitungen,

Fig. 4 zeigt zugehörige Meßergebnisse.

In Fig. 1 ist als Schnittdarstellung in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Ventilsteuerung aufgezeichnet. In einem Gehäuse 1 ist eine erste Bohrung 3 eingebracht. In der ersten Bohrung 3 ist ein Druckkolben 11 als Teil eines Pri­ märantriebs 5 axialverschiebbar zumindest teilweise versenk­ bar angeordnet. Innerhalb der ersten Bohrung 3 wird durch diese Anordnung eine Hydraulikkammer 2 geschaffen, die durch das Gehäuse 1 und den Druckkolben 11 begrenzt wird.

Der Druckkolben 11 wird durch ein primärseitiges Rückstelle­ lement 13 von der Hydraulikkammer 2 weggedrückt. Das primär­ seitige Rückstellelement 13 kann beispielsweise eine Rohrfe­ der (Hohlzylinder mit horizontalen Schlitzen) sein, oder es kann vorteilhafterweise aus mehreren parallel oder seriell angeordneten Tellerfedern bestehen.

Der Druckkolben 11 wird von seiner der Hydraulikkammer 2 ab­ gewandten Seite durch einen Stellantrieb 12 bewegt, wobei der Stellantrieb 12 an dem Gehäuse 1 abstützt wird.

Der Stellantrieb 12 als weiteres Teilelement des Primäran­ triebs 5 ist vorteilhafterweise ein Piezoelement, vorteilhaf­ terweise ein Vielschicht-Piezoaktor. Ein Piezoaktor besitzt den Vorteil, daß er sehr schnell auf Steuersignale reagiert und seine Längenänderung in sehr guter Näherung linear zur Höhe des Steuersignals, beispielsweise eines Spannungs- oder Stromsignals, ist. Die Verwendung eines Piezo-Vielschicht­ systems ist dabei herstellungstechnisch vorteilhaft. Neben einem Piezoaktor kann auch ein magnetostriktives oder elektrostriktives Stellelement 12 verwendet werden.

Zwischen Stellantrieb 12 und Druckkolben 11 ist eine Kugel­ scheibe 19 eingebracht, die am Druckkolben 11 ein entspre­ chendes Gegenlager aufweist und die vorteilhafterweise Ver­ kippungen des Piezoaktors, des Gehäuses 1 oder des Druckkol­ bens 11 ausgleichen kann, beispielsweise zur Vermeidung von Spaltfederung bei nicht planparallelen Piezoendflächen. Die Kugelscheibe 19 mit einem entsprechenden Gegenlager kann auch gehäuseseitig zwischen Stellantrieb 12 und Gehäuse 1 ange­ bracht sein. Bei ausreichender Paßgenauigkeit kann auf die Kugelscheibe 19 verzichtet werden.

Die primärseitigen Elemente (5, 11, 12, 13, 19) sind so mon­ tiert, daß sie definiert mechanisch druckvorgespannt sind. Dies ist beispielsweise vorteilhaft beim Einsatz eines kera­ mischen Stellantrieb 12, beispielsweise eines keramikähnli­ chen Piezoaktors, der durch Zugspannungen leicht zerstört werden kann.

Selbstverständlich kann der Primärantrieb 5 auch als ein ein­ zelnes Element vorliegen, beispielsweise als kolbenförmiger Piezoaktor. Dabei muß allerdings auf die Vorteile einer opti­ mierten Ausgestaltung von Teilelementen mit beispielsweise einer wiedersprüchlichen Anforderung an die Materialeigen­ schaften verzichtet werden. Die Druckvorspannung kann zusätz­ lich über am Gehäuse 1 angebrachte Distanzscheiben 101 einge­ stellt werden.

Zur Abdichtung der Passung zwischen Druckkolben (5, 11) und erster Bohrung 3 wird mindestens ein, hier: zwei, umlaufender O-Ring 18, der in eine Nut des Druckkolbens 11 eingelassen wird, verwendet, vorteilhafterweise aus Elastomermaterial. Durch die Dichtung der Passung zwischen Druckkolben 11 und Gehäuse 1 wird vorteilhafterweise verhindert, daß Fluid 6 in Richtung des Stellantriebs 12 austreten kann.

In den Druckkolben 11 ist zentriert eine Kolbenbohrung 16 eingebracht, die in die Hydraulikkammer 2 mündet. In der Kol­ benbohrung 16 ist ein Hubkolben 14, als Teil des Hubelementes 7, axialverschiebbar und leckagebehaftet zumindest teilver­ senkt eingebracht. Durch die Kolbenbohrung 16 und den Hubkol­ bens 14 wird die Kolbenkammer 9 begrenzt.

Im Inneren der Kolbenkammer 9 ist eine sekundärseitige Rück­ stellvorrichtung 8 angebracht, die den Hubkolben 14 aus der Kolbenbohrung 16 drückt bzw. im belastungsfreien Zustand in einer bestimmten relativen Position in der Kolbenbohrung 16 hält.

In dieser Ausführungsform ist der Hubkolben 14 in Form eines an einer Stirnseite offenen Hohlzylinders ausgeführt, der mit seiner Öffnung in die Kolbenbohrung 16 versenkt wird. Die Kolbenkammer 9 wird dann im wesentlichen aus der Innenseite des Hubkolbens 14 und der Kolbenbohrung 16 gebildet. Die in Form einer Druckfeder ausgebildete sekundärseitige Rückstell­ vorrichtung 8 ist hier eine Druckfeder, die in die Innenseite des Hubkolbens 14 eingelassen ist. Eine solche Anordnung zeichnet sich vorteilhafterweise durch ihre kompakte Abmes­ sung aus. Der Hubkolben 14 kann aber beispielsweise auch mas­ siv zylinderförmig ausgestaltet sein.

Die Kolbenkammer 9 wird über eine Kolbenzuleitung 20 mit Fluid 6 befüllt. Dazu wird eine gegebenenfalls gedrosselte Bohrung durch das Gehäuse 1 geführt, die in eine im Druckkol­ ben 11 vorhandene Aussparung mündet, welche wiederum mit der Kolbenkammer 9 verbunden ist. Durch eine solche Anordnung wird eine Befüllung der Kolbenkammer 9 mit Fluid 6 auch bei einer Bewegung des Druckkolbens 11 gewährleistet.

Durch die Passung zwischen Druckkolben 11 und Hubkolben 14 fließt Fluid 6 aus der Kolbenkammer 9 in die Hydraulikkammer 2.

Die Hydraulikkammer 2 wird in dieser Figur optional mittels einer zusätzlichen Befüllzuleitung 24 mit einem Fluid 6 druckbeaufschlagt. Die Befüllzuleitung 24 ist mit einem in Richtung der Hydraulikkammer 2 öffnenden Befüllventil 41 aus­ gestattet. Durch diese Anordnung können Fluidverluste in der Hydraulikkammer 2 schneller als durch den Fluidfluß von Kol­ benkammer 9 in die Hydraulikkammer 2 allein ausgeglichen wer­ den. Zur Aufrechterhaltung des Spülstroms von Kolbenkammer 9 in die Hydraulikkammer 2 liegt die Befüllzuleitung 24 auf ei­ nem niedrigeren Druckniveau als die Kolbenzuleitung 20. Falls die Pausezeit zwischen zwei Betätigungen der Ventilsteuerung lang genug sind, kann statt des Befüllventils 41 auch eine gedrosselte Befüllzuleitung 24 verwendet werden. Diese be­ sitzt den Vorteil, daß sie einfacher aufgebaut und ver­ schleißärmer ist als eine Befüllzuleitung 24 mit Befüllventil 41.

Zur vereinfachten Befüllung oder Entlüftung der Hydraulikkam­ mer 2 kann auch eine Entlüftungsschraube vorhanden sein, die einen Ablauf aus der Hydraulikkammer 2 durch das Gehäuse 1 regelt (ohne Abbildung).

In die Hydraulikkammer 2 mündet eine zweite Bohrung 4, in der ein Stößel 15 als weiteres Teil des sekundärseitigen Hubele­ mentes 7 axialverschiebbar und leckagebehaftet angeordnet ist. Der Hubkolben 14 und der Stößel 15 sind fest und flächig miteinander verbunden.

Die Bohrungen 3, 16 und 4 sind vorteilhafterweise zylinder­ förmig und zueinander zentriert. Eine Anordnung zweier inein­ ander mündender Bohrungen 3 und 4 mit einer Längsachse ent­ lang der gleichen Linie ergibt den Vorteil einer einfachen und kompakten Bauweise, verbunden mit einer einfachen Her­ stellungsmöglichkeit.

Der Stößel 15 ist so ausgeführt, daß er teilweise in die Hy­ draulikkammer 2 reicht. Die druckwirksame Fläche des Stößels in der Hydraulikkammer 2 ist die Projektion seiner Oberfläche in Bewegungsrichtung in bezug auf das in der Hydraulikkammer 2 befindliche Fluid 6. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Stößel 15 in der Hydraulikkammer 2 zylinderförmig mit einem dazu senkrecht an der Stirnfläche angebrachten Scheibe ausgeführt. Der zylinderförmige Teil des Stößels 15 ist in der zweiten Bohrung 4 axialverschiebbar angeordnet, auf der dem Druckkolben 11 gegenüberliegenden freien Fläche der Scheibe liegt der Hubkolben 14 flächig und fest auf. Die druckwirksame Fläche des Stößels 15 in Richtung der Kolben­ bohrung 16 berechnet sich somit als Stirnfläche der Scheibe abzüglich der Stirnfläche des zylinderförmigen Teils des Stö­ ßels 15, und in Richtung der zweiten Bohrung 4 als Stirnflä­ che der Scheibe abzüglich der Stirnfläche des Hubkolbens 14. Zur Bewegungskommutierung muß der Durchmesser des Hubkolbens 14 größer sein als der Durchmesser des zylinderförmigen Teils des Stößels 15. Alternativ kann als Bedingung verlangt wer­ den, daß die Kolbenbohrung 16 weiter sein soll als die zweite Bohrung 4.

Der der Hydraulikkammer 2 entgegengesetzte Teil der zweiten Bohrung 4 ist in Form einer Absteuerkammer 26 ausgestaltet. In die Absteuerkammer mündet sowohl die Anschlußleitung 27 als auch der Abfluß 10. Der Stößel 15 ist in der Absteuerkam­ mer 26 so ausgestaltet, daß er ein Dichtelement 17 in Form einer Kugel führt. Durch das Dichtelement 17 ist die gedros­ selte Anschlußleitung 27 gegen den Abfluß 10 verschließbar. Das Dichtelement 17 kann beispielsweise auch als kegelförmige Spitze des Stößels 15 ausgearbeitet sein, wobei die Mündung der Anschlußleitung 27 als Sitz des Kegels dient.

(a) Ruhestellung

In Ruhestellung ist der als Piezoaktor ausgebildete Stellan­ trieb 12 entladen bzw. kurzgeschlossen, so daß dieser in axialer Richtung seine minimale Länge besitzt und maximal von der zweiten Bohrung 4 entfernt ist.

Das Fluid 6 in der Hydraulikkammer 2 steht unter einem Druck P1, das dem an der Befüllzuleitung 24 anstehenden Standdruck entspricht, typischerweise 1-25 bar.

Durch die Leckage zwischen Stößel 15 und Gehäuse 1 entweicht Fluid 6 aus der Hydraulikkammer 2 und wird über den drucklo­ sen bzw. auf einem niedrigen statischen Druckniveau, bei­ spielsweise 1-25 bar, befindlichen Ablauf 10 abgelassen. Der Druck des Fluids 6 in der Kolbenkammer 9 ist aufgrund der auftretenden Leckageströme höher als P1. Somit ergibt sich ein kontinuierlicher Spülstrom aus der Kolbenkammer 9 durch die Hydraulikkammer 2 in den Ablauf 10. Durch den Spülstrom wird die blasenfreie Befüllung von Kolbenkammer 9 und Hydrau­ likkammer 2 gewährleistet, da residuelle Gasblasen im Spül­ strom in Lösung gehen können.

Der Druckkolben 11 wird durch die primärseitige Rückstellele­ ment 13 sowie durch den Druck P1 des Fluids 6 in der Hydrau­ likkammer 2 an den Stellantrieb 12 bzw. die Kugelscheibe 19 gedrückt.

Durch den Druck P1 des Fluids 6 in der Hydraulikkammer 2 auf die druckwirksame Fläche des Stößels 15 und durch den Druck P2 des Fluids 6 in der Anschlußleitung 27 auf das Dichtele­ ment 17 wird gleichzeitig das Hubelement 7 bzw. der Hubkolben 14 in die Kolbenbohrung 16 gedrückt. Auf das Hubelement 7 bzw. den Hubkolben 14 wirkt in dazu entgegengesetzter Rich­ tung die Kraft der sekundärseitigen Rückstellvorrichtung 8 und der Druck des Fluids 6 in der Kolbenkammer 9.

In Ruhestellung sind die Kräfte an dem sekundärseitigen Hub­ element 7 so dimensioniert, daß das Dichtelement 17 die An­ schlußleitung 26 gegen den Abfluß 10 verschließt.

Typischerweise liegt der Druck P2 des Fluids 6 in der An­ schlußleitung 27 für ein Einspritzsystem für Dieselkraftstoff im Bereich von 100-2500 bar.

(b) Hubvorgang

Zu Beginn des Hubvorgangs wird durch ein elektrisches Signal, beispielsweise ein Spannungs- oder Stromsignal, der als Pie­ zoaktor ausbildete Stellantrieb 12 über die Anschlüsse 121 in axialer Richtung ausgedehnt, typischerweise 10-60 µm. Bei ei­ ner so geringen Verschiebung des Stellantriebs 12 bzw. Druck­ kolbens 11 gleiten die O-Ringe 18 nicht an der Wand des Ge­ häuses 1, sondern verformen sich nur elastisch, wodurch eine vorteilhafte Dichtung erreicht wird.

Der Piezoaktor drückt über die Kugelscheibe 19 den Druckkol­ ben 11 mit großer Kraft in Richtung der Hydraulikkammer 2, so daß der Druck P1 in der Hydraulikkammer 2 steigt.

Falls die optionale Befüllzuleitung 24 mit einem in Richtung der Hydraulikkammer 2 öffnenden Befüllventil 41 ausgestattet ist, schließt dieses durch den in der Hydraulikkammer 2 ent­ stehenden Überdruck (in bezug auf die Ruhestellung) ab.

Durch den erhöhten Druck P1 vergrößert sich der auf das Hub­ element 7 ausgeübte Druck in Richtung der Kolbenbohrung 16. Dadurch erhöht sich am Hubelement 7, 14, 15 die in Richtung der Kolbenbohrung 16 wirkende Kraftkomponente relativ zu ihrer Gegenkraft. Bei einer ausreichenden Verschiebung des Druck­ kolbens 11, entsprechend eines ausreichenden Drucks P1, bewe­ gen sich das Hubelement 7, 14, 15 in die Kolbenbohrung 16 hin­ ein und die Verbindung zwischen Anschlußleitung 27 und Abfluß 10 wird geöffnet. Der folgende Fluß des Fluids 6 aus der Anschlußleitung 27 über die Absteuerkammer 26 in den Abfluß 10 führt zu einem Druckabfall in der Anschlußleitung 27. Da die Anschlußleitung 27 typischerweise ein Teil eines hydrau­ lischen bzw. hydraulisch-mechanischen Systems ist, kann die­ ses System über den Druckabfall gesteuert werden, beispiels­ weise die Bewegung eines Arbeitskolbens, beispielsweise in einem Kraftstoff-Einspritzer.

Der Druckabfall in der Anschlußleitung 27 ist um so größer, je höher die Druckdifferenz zwischen P2 und dem am Abfluß an­ stehenden Druck ist. Beispielsweise geschieht der Abfall des Drucks bei P2 = 100-2500 bar in Ruhestellung und einem druck­ losen Abfluß nahezu schlagartig.

Ein nur geringer Druck am Abfluß 10 ist zusätzlich deshalb vorteilhaft, weil damit die Wirkung einer in der Absteuerkam­ mer 26 auftretenden Druckwelle klein gehalten wird. Diese könnte sonst die die Funktion des piezohydraulischen Antriebs beeinträchtigen.

Der Hub des Hubelementes 7, 14, 15, typischerweise 60-360 µm, kann durch einen Anschlag 23 begrenzt werden. Dabei ist das System so ausgelegt, daß beim Anschlagen des Stößels 15 noch ein ausreichende Druck- bzw. Kraftreserve vorhanden ist, da­ mit das der Stößel 15 trotz der an der Hydraulikkammer 2 auf­ tretenden Leckagen eine ausreichende Zeit geöffnet ist. Andererseits ist die Leckage so dimensioniert, daß beispiels­ weise bei einer Unterbrechung der elektrischen Anschlüsse 121 im geladenen Zustand des Piezoaktors eine selbständige Rüc­ kehr des Hubelementes 7 in die Ruhestellung vorteilhafterwei­ se gewährleistet ist.

(c) Rückkehr in Ruhestellung

Durch die Entladung des Piezoaktors wird der Hubvorgang been­ det. Bei der Kontraktion des Piezoaktors bewirkt die mecha­ nisch vorgespannte Tellerfeder 13 die Rückstellung des Druck­ kolbens 11 und der Kugelscheibe 19.

Falls die Hydraulikkammer 2 über eine mit einem einseitig öffnenden Befüllventil 41 ausgestattete Befüllzuleitung 24 mit Fluid 6 befüllt wird, sinkt aufgrund der während der Be­ tätigungsdauer auftretenden Leckageverluste der Druck P1 kurzzeitig unter den in Ruhestellung auftretenden Druck sin­ ken, worauf das Befüllventil 41 öffnet und die Fluidverluste in kurzer Zeit ausgleicht.

Bei der Relaxierung von P1 auf den in Ruhestellung herrschen­ den Standdruck wird das Hubelement 7, 14, 15 wieder zurückge­ stellt und die Anschlußleitung 27 gegen den Abfluß 10 ver­ schlossen. Dadurch wird die Anschlußleitung 27 wieder auf der vollen in Ruhestellung anliegenden Druck P2 aufgeladen.

Die auf die oben beschriebene Art aufgebauten Ventilsteuerung zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, daß ihre Funk­ tion in einem großen Bereich der Arbeitstemperatur gewährlei­ stet ist. Dies wird durch die Leckagen erreicht, durch die eine Kompensation temperaturbedingter oder durch Alterungs- oder durch Setzeffekte bedingter Längenänderungen von Piezo­ aktor bzw. Gehäuse 1 erreicht wird.

Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, daß diese Ventilsteuerung aus fertigungstechnischer Sicht wesentlich toleranzunempfind­ licher ist als beispielsweise eine membranhydraulische Ven­ tilsteuerung.

Fig. 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Anwendung des in Fig. 1 gezeigten Systems zur Ventilsteue­ rung in einer Vorrichtung zur Zumessung von Fluid. Die Anschlußleitung 27 führt in eine Arbeitskammer 28, welche durch eine gedrosselte Zuleitung 31 mit Fluid 6 versorgt wird, beispielsweise durch eine "Common-Rail"-Zuleitung unter dem vollen (Rail-)Druck von 100-2500 bar.

Der Druck in der Arbeitskammer 28 steuert die Bewegung eines in einer weiteren Bohrung 29 axialverschiebbar geführten Ar­ beitskolbens 30, welcher leckagebehaftet oder hydraulisch dichtenden eingepaßt sein kann. In dieser Figur wird die Ver­ bindung zwischen Arbeitskammer 28 und Zuleitung 31 über eine durch den Arbeitskolben 28 geführte Bohrung 32 erreicht, die zum Ausgleich der Bewegung des Arbeitskolbens 30 an ihren an der Zuleitung 31 grenzenden Ende als Nut ausgearbeitet ist.

Falls beispielsweise die Bohrung 32 gedrosselt ausgeführt ist, können Arbeitskammer 28 und Absteuerkammer 26 auch als eine Kammer ausgeführt sein, die beispielsweise mit Anschlä­ gen zur Begrenzung des Hubs des Arbeitskolbens 30 ausgestattet sein kann.

Auf der der Arbeitskammer 28 abgewandten Seite des Arbeits­ kolbens 30 ist eine Einspritzdüsennadel 35 befestigt, durch die eine oder mehrere Einspritzdüsen 37 verschließbar sind. An der gleichen Seite des Arbeitskolbens 30 ist eine Kraft­ stoffkammer 34 vorgesehen, die ebenfalls über die Zuleitung 31 mit Fluid 6 versorgt wird. Die Einspritzdüsennadel 35 wird nicht hydraulisch dichtend geführt, so daß Fluid 6 aus der Kraftstoffkammer 34 über die Passung zwischen Einspritzdüsen­ nadel 35 und Gehäuse 1 zu den Einspritzdüsen 37 gelangt. Der Hub der Arbeitskolbens beträgt typischerweise 120-360 µm.

Ein Teil der Bohrung 29 ist als Düsennadelfederraum 38 erwei­ tert, in dem eine Düsennadelfeder 36, die sich am Gehäuse 1 abstützt, den Arbeitskolben 30 auf die Einspritzdüsen 37 drückt. Die Düsennadelfeder 36 wird beispielsweise mittels eines Seeger-Rings 20 am Arbeitskolben 30 befestigt. Durch diese Düsennadelfeder 36 wird vorteilhafterweise bei einem Ausfall des Hochdrucksystems die mindestens eine Einspritzdü­ se 37 verschlossen und so eine Fluidabgabe verhindert, bei­ spielsweise von Diesel oder Benzin in einen Brennraum eines Motors.

In den Düsennadelfederraum 38 mündet eine Rücklaufleitung 39, über die Fluid 6, das durch Leckagen am Arbeitskolben 30 in den Düsennadelfederraum 38 gelangt ist, abfließt.

Der Arbeitskolben 30 erfährt durch der Druck des Fluids 6 in der Kraftstoffkammer 34 eine Kraft, die ihn in Richtung der Arbeitskammer 28 drückt. Die druckwirksame Fläche des Ar­ beitskolbens 30 an der Kraftstoffkammer 34 ist dabei kleiner als diejenige an der Arbeitskammer 28.

Ist die Ventilsteuerung in Ruhestellung, d. h. daß das Hubele­ ment 7 die Anschlußleitung 27 gegen den Abfluß 10 ver­ schließt, dann liegt auch an der Arbeitskammer 28 der volle von der Zuleitung 31 gelieferte Druck an. Der Arbeitskolben 30 wird auf die Einspritzdüsen 37 gedrückt und verschließt diese.

Während des Hubvorgangs fällt der Druck P2 in der Anschluß­ leitung 27 und damit auch der Druck in der Arbeitskammer 28. Dadurch wird die auf den Arbeitskolben in Richtung der Ein­ spritzdüsen 37 wirkende Kraft soweit reduziert, daß sich der Arbeitskolben 30 in Richtung der Arbeitskammer 20 bewegt und so die Einspritzdüsen 37 öffnet. Dadurch wird das Fluid 6 von der Kraftstoffkammer 34 über die mindestens eine Einspritzdü­ se 37 nach außen abgegeben.

Bei Beendigung des Einspritzvorgangs wird Anschlußleitung 27 wieder gegen den Abfluß 10 verschlossen, so daß sich der Druck in der Arbeitskammer 28 wieder aufbaut und damit der Arbeitskolben 30 die Einspritzdüsennadel 35 wieder auf die Einspritzdüsen 37 drückt.

Diese Anwendung ist besonders vorteilhaft bei der Dieseldi­ rekteinspritzung mit Hilfe einer gemeinsamen Hochdruck- Kraftstoffzuleitung 31 ("Common-Rail").

Das Fluid 6 kann sowohl eine Flüssigkeit sein, beispielsweise Kohlenwasserstoffe wie Diesel, Benzin, Kerosin oder Petrole­ um, Ersatzkraftstoff wie Rapsmethylester, oder auch ein Gas, beispielsweise Erdgas.

Eine solchermaßen aufgebaute Vorrichtung zum Zumessen von Fluid besitzt den Vorteil, daß die mit ohnehin nur sehr klei­ den Totzeiten behaftete Bewegung eines Piezoaktors praktisch verzugsfrei auf die Bewegung des Arbeitskolbens übertragen wird.

Weiterhin ist der unter sehr großem Druck stehende Hydraulik­ kreislauf der Fluidzumessung wegen des hohen Druckvermögens des Piezoelementes durch einen vergleichsweise geringen Standdruck in der Hydraulikkammer 2 steuerbar.

Dadurch ist beispielsweise bei der Kraftstoffeinspritzung die Erzeugung einer gut dosierbaren Piloteinspritzung möglich.

Fig. 3 zeigt schematisch eine vorteilhafte Ausgestaltung des Rücklaufsystems eines Einspritzsystems nach Fig. 1 und 2.

Das aus der Kraftstoffkammer 34 in den Düsennadelfederraum 38 leckende Fluid 6 wird durch die Rücklaufleitung 39 abgeführt. In der Rücklaufleitung 39 ist ein Druckregelventil 42 einge­ bracht, das den Druck im Düsennadelfederraum 38 aufstaut, ty­ pischerweise auf 1-25 bar. Von der Rücklaufleitung 39 zweigt (in Flußrichtung) oberhalb des Druckregelventils 42 die Kol­ benzuleitung 20 ab. Der Ablauf 10 mündet in die Rücklauflei­ tung 39 unterhalb des Druckregelventils 42.

Der Öffnungsdruck des Druckregelventils 42 entspricht somit dem Druck in Ruhestellung in der Kolbenzuleitung 20 und der Kolbenkammer 9.

Falls eine mit einem Befüllventil 41 ausgestattete, in die Hydraulikkammer 2 führende Befüllzuleitung 24 vorhanden ist, so ist entspricht der Standdruck, d. h. der Druck P1 in Ruhe­ stellung, in der Hydraulikkammer 2 der Druckdifferenz des Öffnungsdrucks von Druckregelventil 42 und Befüllventil 41. Diese Druckdifferenz ermöglicht den Spülstrom von der Kolben­ kammer 9 zur Hydraulikkammer 2.

Da sich der Ablauf 10 auf einem niedrigeren Druckniveau be­ findet als die Rücklaufleitung 39 unterhalb des Druckregel­ ventils 42, ergibt sich auch ein kontinuierlicher Spülstrom von Fluid 6 durch die Hydraulikkammer 2 längs der Passung zwischen Hubkolben 14 und Gehäuse 1. Für einen schnellen Aus­ gleich der während der Betätigungsphase auftretenden Leckage­ verluste ist das Befüllventil 41 vorteilhaft.

Auf die Befüllzuleitung 24 kann beispielsweise bei einer An­ steuerung eines Einspritzers mit geringen Puls/Pause- Verhältnissen verzichtet werden, wie sie beispielsweise bei der Diesel-Direkteinspritzung üblich sind (z. B. maximale Ein­ spritzdauer 4 ms alle 24 ms bei 5000 Umdrehungen pro Minute). Durch relativ große Pausen (z. B. 20 ms) ist ein Ausgleich der während der kurzen Betätigungsdauer der Ventilsteuerung (z. B. 4 ms) auftretenden Leckagen gewährleistet.

Fig. 4 zeigt eine Auftragung der von einem Einspritzsystem nach Fig. 1 und 2 abgegebenen Fluidmenge ("Fuel Quantity") in mm³/Hub gegen die Ansteuerungszeit ("Pulse Width") des Stellantriebs für einen Hub in ms. Der Rail-Druck P2 beträgt 400 bar.

Man erkennt, daß ein Schwellwert der Ansteuerungszeit für die Abgabe von Fluid, hier: Dieselkraftstoff, von etwas unter 0,4 ins besteht. Dies liegt daran, daß die kurze Auslenkung des Stellantriebs 12, hier: ein keramischer Vielschicht- Piezoaktor, nur eine kleine Erhöhung des Drucks P1 in der Hy­ draulikkammer 2 bewirkt. Diese Druckerhöhung reicht nicht zur Überwindung der durch den Druck in der Kolbenkammer 9 und der sekundärseitigen Rückstellvorrichtung 8 auf das Hubelement 7, 14, 15 ausgeübten Kraft aus.

Erst ab ca. 0,4 ins wird die Einspritzdüsennadel 35 soweit an­ gehoben, daß Fluid 6 aus den Einspritzdüsen austreten kann. Ab ca. 1,2 ms Ansteuerungszeit stellt sich ein weitgehend li­ nearer Verlauf zwischen abgegebener Fluidmenge und Ansteue­ rungszeit ein.

Diese Figur weist eindrücklich die gute Steuerbarkeit und kurze Totzeit einer Ausführung der erfindungsgemäßen Ventil­ steuerung nach. Durch diese Figur wird die Eignung zur Ver­ wendung in Kraftstoffeinspritzsystemen deutlich aufgezeigt.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschrie­ benen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann anstelle des piezoelektrischen Stellantriebs 12 auch ein elektro- oder ma­ gnetostriktiver Aktor als Stellantrieb 12 verwendet werden.

Auch kann beispielsweise die Position von Teilelementen zu­ einander, unterschiedlich ausgelegt werden, beispielsweise durch ein vollkommen in der zweiten Bohrung 4 versenktes Hu­ belement 7 oder durch ein Spiel der einzelnen Teilelemente.

Die Ausführungsformen in den Fig. 1 und 2 besitzen im we­ sentlichen einen axialsymmetrischen Aufbau. Hiervon kann selbstverständlich abgewichen werden, indem man beispielswei­ se die Vorrichtung zur Ventilsteuerung aus räumlich verteil­ ten und über Flüssigkeitsleitungen miteinander verbundenen Druckkammern aufbaut. Hierbei muß allerdings ein Verlust an Funktionalität in Kauf genommen werden.

Claims (31)

1. Vorrichtung zur Ventilsteuerung, bestehend aus einem Gehäuse (1), das mit einer Hydraulikkammer (2), einer ersten Bohrung (3) und einer zweiten Bohrung (4) dergestalt versehen ist, daß die erste Bohrung (3) und die zweite Boh­ rung (4) in die Hydraulikkammer (2) münden,

• - einem Primärantrieb (5), der zumindest teilweise in der er­ sten Bohrung (3) axialverschiebbar und leckagebehaftet oder hydraulisch dichtend angeordnet ist und der mit einer Kol­ benbohrung (16) versehen ist, die in die Hydraulikkaminer (2) mündet,
• - einem sekundärseitigen Hubelement (7), das in der zweiten Bohrung (4) und der Kolbenbohrung (16) axialverschiebbar und leckagebehaftet angeordnet ist, so daß durch den Pri­ märantrieb (5) und das Hubelement (7) eine Kolbenkammer (9) innerhalb der Kolbenbohrung (16) gebildet wird,
• - einer Kolbenzuleitung (20), über die die Hydraulikkammer (2) mit einem Fluid (6) druckbeaufschlagbar ist,
• - einer Anschlußleitung (27), die mit dem Fluid (6) druckbe­ aufschlagbar ist,
• - einem drucklosen oder unter einem geringen Druck stehenden Ablauf (10), wobei
• - die dem Fluid (6) in der Hydraulikkammer (2) in Bewegungs­ richtung druckwirksam ausgesetzte Fläche des Hubelementes (7) kleiner ist als diejenige des Primärantriebs (5),
• - in der Hydraulikkammer (2) die in Richtung der Kolbenboh­ rung (16) wirkende druckwirksame Fläche des Hubelementes (7) größer ist als die in Richtung der zweiten Bohrung (4) wirkende druckwirksame Fläche des Hubelementes (7),
• - ein hydraulischer Kraftschluß zwischen Primärantrieb (5) und Hubelement (7) vorhanden ist,
• - durch das Hubelement (7) die Anschlußleitung (27) gegen den Ablauf (10) verschließbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Hubelement (7) durch ein sekundärseitiges Rückstellele­ ment (8) aus der Kolbenkammer (9) gedrückt wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, bei der eine mit Fluid (6) druckbeaufschlagte Befüllzuleitung (24) in die Hydraulikkammer (2) mündet, die entweder gedrosselt aus­ geführt oder mit einem zur Hydraulikkammer (2) öffnenden Be­ füllventil (41) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, bei der die Längsachsen der ersten Bohrung (3), der zweiten Bohrung (4) und der Kolbenbohrung (16) auf einer Linie liegen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Primärantrieb (5) in Form eines Druckkolbens (11), eines Stellantriebs (12) und eines primärseitigen Rückstell­ elementes (13) vorliegt, wobei

• - der Druckkolben (11) zumindest teilweise axialverschiebbar und leckagebehaftet oder hydraulisch dichtend in der ersten Bohrung (3) geführt wird,
• - das primärseitige Rückstellelement (13) den Druckkolben (11) von der Hydraulikkammer (2) weg drückt,
• - der Druckkolben (11) mittels des Stellantriebs (12) in der ersten Bohrung (3) verschiebbar ist,
• - die Kolbenbohrung (16) sich im Druckkolben (11) befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der zwischen Stellantrieb (12) und Druckkolben (11) oder zwischen Stellantrieb (12) und Gehäuse (1) eine Kugelscheibe (19) vorhanden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-6, bei der der Stellantrieb (12) ein piezoelektrisches, ein elek­ trostriktives oder ein magnetostriktives Element ist, das über Anschlußleitungen (121) in seiner Ausdehnung veränderbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, bei der das pri­ märseitige Rückstellelement (13) eine Rohrfeder ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, bei der das pri­ märseitige Rückstellelement (13) in Form einer oder mehrerer übereinander oder nebeneinander angeordneter Tellerfedern vorliegt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens ein Elastomer-Ring (18) zur Dichtung der Pas­ sung zwischen dem Primärantrieb (5) und dem Gehäuse (1) vor­ handen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweite Bohrung (4) teilweise in Form einer Ab­ steuerkammer (26) erweitert ist, wobei

• - die Anschlußleitung (27) und der Ablauf (10) in die Ab­ steuerkammer (26) münden,
• - das Hubelement (7) in der Absteuerkammer (26) ein Dichtele­ ment (17) aufweist, durch das in Ruhestellung die Anschluß­ leitung (27) gegen den Ablauf (10) verschließbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Hubelement (7) besteht aus

• - einem Hubkolben (14), der zumindest teilweise in der Kol­ benbohrung (16) axialverschiebbar und leckagebehaftet ange­ ordnet ist,
• - einem mit dem Hubkolben (14) fest verbundenen Stößel (15), der in der Kolbenbohrung (16) axialverschiebbar und lecka­ gebehaftet angeordnet ist und der teilweise in die Hydrau­ likkammer (2) hineinragt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der Hubkolben (14) als an einer seiner Stirnseiten offener Hohlzylinder ausge­ führt ist, wobei sich die offene Stirnseite in der Kolbenboh­ rung (16) befindet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das sekundärseitige Rückstellelement (8) ein oder mehrere Federelemente (81) auf­ weist, die sich einerseits in der Kolbenbohrung (16) am Pri­ märantrieb (5) bzw. Druckkolben (11) und andererseits an ei­ ner Innenwand des Hohlzylinders abstützen.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mehrere sekundärseitige Teilsysteme (4, 15, 16, 17, 26, 27) in dieselbe Hydraulikkammer (2) münden.

16. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Steuerung eines Hydrauliksystems.

17. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Steuerung eines Einspritzsystems.

18. Verwendung nach Anspruch 17, bei der die Anschlußleitung (27) gedrosselt mit einer Arbeitskammer (28) verbunden ist, wobei

• - die Arbeitskammer (28) durch das Gehäuse (1) und einen in einer weiteren Bohrung (29) des Gehäuses (1) axialver­ schiebbar geführten Arbeitskolben (30) gebildet wird,
• - die Arbeitskammer (28) durch eine Zuleitung (31) mit dem Fluid (6) versorgt wird,
• - die Bewegung des Arbeitskolbens (30) durch den Druck des Fluids (6) in der Arbeitskammer (28) gesteuert wird.

19. Verwendung nach Anspruch 18, bei der die Arbeitskammer (28) über eine durch den Arbeitskolben (30) geführte Drossel­ bohrung (32) mit der Zuleitung (31) verbunden ist.

20. Verwendung nach einem der Ansprüche 18-20, bei der der Druck des Fluids (6) in der Arbeitskammer (28) eine Abgabe von Fluid (6) aus dem Gehäuse (1) heraus regelt.

21. Verwendung nach Anspruch 20, bei der

• - der Arbeitskolben (30) mit einer Einspritzdüsennadel (35) verbunden ist, welche in der weiteren Bohrung (29) nicht­ dichtend axialverschiebbar geführt wird,
• - der Arbeitskolben (30) durch eine Düsennadelfeder (36) von der Arbeitskammer (28) weg gedrückt wird,
• - eine über die Zuleitung (31) mit Fluid (6) druckbeauf­ schlagte Kraftstoffkammer (34) an dem der Arbeitskammer (28) abgewandten Ende des Arbeitskolbens (30) in der weite­ ren Bohrung (29) vorhanden ist, so daß durch den Druck des Fluids (6) in der Kraftstoffkammer (34) der Arbeitskolben (30) in Richtung der Arbeitskammer (28) gedrückt wird, so daß in Ruhestellung die Einspritzdüsennadel (35) eine oder mehrere mit der Kraftstoffkammer (34) in Verbindung stehende Einspritzdüsen (37) verschließt.

22. Verwendung nach einem der Ansprüche 17-21, bei der das Fluid (6) Benzin, Diesel, Kerosin, Petroleum oder Erdgas ist.

23. Verfahren zur Ventilsteuerung, bei dem

• - in einem Gehäuse (1) eine erste Bohrung (3) und eine zweite Bohrung (4) getrennt in eine Hydraulikkammer (2) münden,
• - ein Primärantrieb (5) zumindest teilweise in der ersten Bohrung (2) axialverschiebbar und leckagebehaftet oder hy­ draulisch dichtend angeordnet ist,
• - eine in dem Primärantrieb (5) vorhandene Kolbenbohrung (16) in die Hydraulikkammer (2) mündet,
• - ein Hubelement (7) zumindest teilweise in der zweiten Boh­ rung (4) und der Kolbenbohrung (16) axialverschiebbar und leckagebehaftet angeordnet ist, so daß durch den Primäran­ trieb (5) und das Hubelement (7) eine Kolbenkammer (9) in­ nerhalb der Kolbenbohrung (16) gebildet wird,
• - die Kolbenkammer (9) über eine Kolbenzuleitung (9) mit ei­ nem Fluid (6) befüllt wird,
• - der Primärantrieb (5) über die Hydraulikkammer (2) mit dem Hubelement (7) einen hydraulischen Kraftschluß erfährt,
• - eine Anschlußleitung (27), die mit dem Fluid (6) druckbe­ aufschlagt wird, und ein Ablauf (10) vorhanden sind, so daß in Ruhestellung
• - der Primärantrieb (5) maximal von der Hydraulikkammer (2) weg verschoben wird,
• - das Hubelement (7) maximal aus der Kolbenbohrung (16) in die zweite Bohrung (4) verschoben wird und die Anschlußlei­ tung (27) gegen den Abfluß (10) verschließt, während des Hubvorgangs
• - der Primärantrieb (5) das Volumen der Hydraulikkammer (2) verringert, so daß der Druck (P1) des Fluids (6) in der Hy­ draulikkammer (2) solange erhöht wird, bis das Hubelement (7) in die Kolbenbohrung (16) hinein hubübersetzt verscho­ ben wird,
• - durch die Verschiebung des Hubelementes (7) eine Verbindung zwischen Anschlußleitung (27) und Abfluß (10) hergestellt wird, wodurch das Fluid (6) aus der Anschlußleitung (27) in den Abfluß (10) fließt und so der Druck (P2) in der An­ schlußleitung (27) minimal wird, bei Rückkehr in die Ruhestellung
• - der Primärantrieb (5) von der Hydraulikkammer (2) weg ver­ schoben wird, so daß der Druck (P1) darin absinkt, wodurch das Hubelement (7) so lange aus der Kolbenbohrung (16) her­ aus verschoben wird, bis die Ruhestellung wieder erreicht ist, und sich der Druck (P2) in der Anschlußleitung (27) wieder maximal aufbaut,
• - über die Kolbenzuleitung (20) Fluidverluste in der Kolben­ kammer (9) und der Hydraulikkammer (2) ausgeglichen werden.

24. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem der Primärantrieb (5) in Form eines Druckkolbens (11), eines Stellantriebs (12) und eines primärseitigen Rückstellelemen­ tes (13) vorliegt, so daß

• - der Druckkolben (11) zumindest teilweise axialverschiebbar und leckagebehaftet oder hydraulisch dichtend in der ersten Bohrung (3) geführt wird,
• - das primärseitige Rückstellelement (13) den Druckkolben (11) von der Hydraulikkammer (2) weg drückt,
• - der Stellantrieb (12) durch das Anlegen eines elektrischen Signals so in seiner Länge verändert wird, daß der Druck­ kolben (11) in der ersten Bohrung (3) verschoben wird, so daß
• - in Ruhestellung die Länge des Stellantriebs (12) in Längs­ richtung der ersten Bohrung (3) minimal ist, so daß der Druckkolben (11) durch das primärseitige Rückstellelement (13) und den Druck (P1) des Fluids (6) in der Arbeitskammer (2) maximal von der Hydraulikkammer (2) weg verschoben ist,
• - während des Hubvorgangs die Länge des Stellantriebs (12) in Längsrichtung der ersten Bohrung (3) vergrößert wird, so daß der Druckkolben (11) durch den Stellantrieb (12) in Richtung der Hydraulikkammer (2) verschoben wird,
• - bei Rückkehr in die Ruhestellung die Länge des Stellan­ triebs (12) in Längsrichtung der ersten Bohrung (3) verrin­ gert wird, so daß der Druckkolben (11) durch das primärsei­ tige Rückstellelement (13) und den Druck (P1) des Fluids (61) in der Arbeitskammer (2) von der Hydraulikkammer (2) weg verschoben wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 23-24 zur Regelung eines Einspitzsystems, bei dem die Anschlußleitung (27) mit einer Arbeitskammer (28) verbun­ den ist, wobei

• - die Arbeitskammer (28) durch das Gehäuse (1) und einen in einer weiteren Bohrung (29) des Gehäuses (1) hydraulisch gedichtet oder leckagebehaftet und axialverschiebbar ge­ führten Arbeitskolben (30) gebildet wird und durch eine Zu­ leitung (31) mit dem Fluid (6) versorgt wird,
• - der Arbeitskolben (30) mit einer Einspritzdüsennadel (35) verbunden ist, welche in einer weiteren Bohrung (29) nicht­ dichtend axialverschiebbar geführt wird und durch eine Dü­ sennadelfeder (36) von der Arbeitskammer (28) weg gedrückt wird,
• - eine Kraftstoffkammer (34) an dem der Arbeitskammer (28) abgewandten Ende des Arbeitskolbens (30) in der weiteren Bohrung (29) vorhanden ist, so daß durch den Druck des Fluids (6) in der Kraftstoffkammer (34) der Arbeitskolben (30) in Richtung der Arbeitskammer (28) gedrückt wird, wobei
• - in Ruhestellung der Arbeitskolben (30) maximal von der Ar­ beitskammer (28) weg verschoben wird, so daß die Ein­ spritzdüsennadel (35) eine oder mehrere mit der Kraft­ stoffkammer (34) in Verbindung stehende Einspritzdüsen (37) verschließt,
• - während des Hubvorgangs durch den Druckabfall in der Ven­ tilkammer (9) der Druck in der Arbeitskammer (28) so weit sinkt, daß der Arbeitskolben (30) durch den Druck des Fluids (6) in der Kraftstoffkammer (34) in Richtung der Ar­ beitskammer (28) verschoben wird, so daß durch die Ein­ spritzdüsen (37) das Fluid (62) aus dem Gehäuse (1) ge­ drückt wird,
• - bei Rückkehr in die Ruhestellung durch den Druckaufbau in der Ventilkammer (9) der Druck in der Arbeitskammer (28) ansteigt, so daß durch den Druck des Fluids (6) in der Ar­ beitskammer (28) auf den Arbeitskolben (30) und durch die Düsennadelfeder (36) der Arbeitskolben (30) so lange in Richtung der Arbeitskammer (28) gedrückt wird, bis die Ru­ hestellung wieder erreicht wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23-25, bei dem der Druck (P1) in der Hydraulikkammer (2) in Ruhestellung 1-25 bar beträgt.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23-26, bei dem der Druck (P2) in der Ventilkammer (9) in Ruhestellung 100-2500 bar beträgt.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23-27, bei dem der Hub des Stellantriebs (12) 10-60 µm beträgt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23-28, bei dem der Hub des Hubelementes (7) 60-360 µm beträgt.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25-29, bei dem der Hub des Arbeitskolbens (30) 120-360 µm beträgt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 22-30, bei dem die Be­ wegung des Primärantriebs (5) oder des Stellelementes (12) auf einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magneto­ striktiven Wirkprizip beruht.