DE19900883A1

DE19900883A1 - Strömungskompensiertes Regel- bzw. Steuerventil

Info

Publication number: DE19900883A1
Application number: DE19900883A
Authority: DE
Inventors: Yul J Tarr; Bradlee J Stroia; Todd M Wieland; Jeffrey J Sullivan
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 1999-09-30
Also published as: US6045120A; GB2333348A; JPH11270732A; GB2333348B; JP3044697B2

Abstract

Ein Steuerventil umfaßt ein Ventilgehäuse mit einem Ventilhohlraum, einem Einlaßmittel, das in dem Ventilgehäuse zum Leiten von Fluid in den Ventilhohlraum ausgebildet ist, und einem Auslaßmittel, das in dem Ventilgehäuse zum Leiten von Fluid aus dem Ventilhohlraum ausgebildet ist. Das Steuerventil umfaßt des weiteren ein Ventilelement, das zur Hin- und Herbewegung in den Ventilhohlraum zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position eingebaut ist und durch Fluiddruckkräfte in die geschlossene Position gespannt wird. Ein Ventilsitz ist dem Ventilelement zugeordnet, das mit dem Ventilsitz in Eingriff steht, wenn es sich in der geschlossenen Position befindet, und einen Strom zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement ermöglicht, wenn es sich in der offenen Position befindet. Ein Strömungskrafterzeugungsmittel ist neben dem Ventilelement zum Umleiten von Fluid von dem Einlaßmittel durch einen vorbestimmten Strömungspfad, der in bezug auf das Ventilelement angeordet ist, positioniert, so daß der Fluidstrom auf das Ventilelement trifft und strömungsinduzierte Kräfte ausreichender Größe erzeugt, die notwendig sind, um den Fluidruckkräften in vorteilhafter Weise entgegenzuwirken.

Description

TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, das in Verbrennungsmotoren verwendet wird, und insbesondere ein Steuerventil, das strömungsinduzierte Kräfte nutzt, um Fluiddruckkräften entgegenzuwirken, so daß das Steuerventil in einer offenen Posi tion gehalten wird, wie während des Motorbetriebs erwünscht ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Verwendung von elektromagnetisch betätigten Zweiwegventilen in Verbren nungsmotoren ist seit vielen Jahren üblich. Diese Arten von Ventilen können in einer Vielzahl verschiedener Anwendungen zur Steuerung des Fluidstroms durch einen Fluidkreis verwendet werden. Zum Beispiel offenbart US-Patent 4,905,960 von Barn hart et al. ein elektromagnetisch betätigtes Zweiwegventil zur Steuerung des Kraft stoffstroms in eine Zeitsteuerkammer einer elektronisch gesteuerten Injektoreinheit, so daß eine Steuerung sowohl der Menge als auch Zeitpunkteinstellung für Kraft stoff, der in den Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird, möglich ist. Zusätzlich sind Zweiwegventile zur Steuerung des Überlaufs oder der Rückströmung von Fluid von einem Kraftstoffinjektor oder einer anderen Motorkomponente vor teilhaft.

Eine effektive Funktionsweise von Zweiwegsteuerventilen während des Motorbe triebs ist für die gesamte Motorleistung kritisch. Wenn sich ein Ventil unter verschie denen Motorbedingungen nicht öffnen oder schließen kann oder versehentlich zu einem unpassenden Zeitpunkt während des Betriebs geöffnet oder geschlossen wird, wird der Nutzen eines Steuerventils fraglich. Zur Gewährleistung einer effektiven Funktionsweise muß ein Steuerventil so konstruiert und hergestellt sein, daß es einer Vielzahl von Bedingungen standhält, die in einem Verbrennungsmotor auftreten, wie beispielsweise hohen Drücken. Insbesondere können Fluiddrücke, die auf ein Ventil element eines Zweiwegventils wirken, eine ausreichende Kraft erzeugen, so daß das Steuerventil zu früh geschlossen oder geöffnet wird, was unerwünschte Folgen ha ben könnte. Insbesondere sind bestimmte Steuerventile, die nicht druckausgeglichen sind, wie zum Beispiel in US-Patent 4,905,960 offenbart, für ein unkontrolliertes Ventilschließen oder "Zublasen" anfällig, wenn Fluiddruckkräfte die Federkraft überwinden, welche das Ventil in einer offenen Position hält. Dies kann unter Bedin gungen einer normalen Versorgungsströmung und einer umgekehrten Versorgungs strömung eintreten. Während eines normalen Motorbetriebs sollte ein "Zublasen" nicht auftreten. Eine vorgeschlagene Lösung zur Vermeidung eines "Zublasens" ist die Erhöhung der Federvorspannung. Eine erhöhte Spannkraft erfordert jedoch einen Elektromagneten, der imstande ist, größere Zugkräfte zur Überwindung der Spannkraft zu erzeugen, woraus eine unerwünscht größere, teurere Elektromagnet anordnung resultiert. Eine weitere mögliche Lösung ist die Verwendung eines druck ausgeglichenen Ventilaufbaus. Eine druckausgeglichene Ventilkonstruktion würde jedoch einen unerwünschten zusätzlichen Leckweg bereitstellen. Bei sehr hohen Strömungsraten wären die obengenannten Lösungen nicht praktisch und würden die Herstellungskosten deutlich erhöhen.

Im Idealfall wäre eine Lösung erwünscht, welche eine bestehende Ventilarchitektur zur Lösung der Probleme herkömmlicher Ventilkonstruktionen nutzt. Das US-Patent 4,582,294 von Fargo offenbart ein Dreiweg-Elektromagnetventil, bei welchem ein Einlaß durch eine Öffnung definiert ist, die bewirkt, daß ein Fluidstrom auf das Ventil in die Öffnungsrichtung des Ventils wirkt, bevor die Fluidströmungsrichtung wieder umgekehrt wird. Das Elektromagnetventil von Fargo ist in einer offenen Position druckausgeglichen und erscheint nicht durch Fluiddruckkräfte beeinflußt zu sein, die zum Verschließen des Ventils wirken. Fargo erkennt das "Zublas"-Problem nicht und bietet daher keine Lösung, um den Fluiddruckkräften entgegenzuwirken, die ein Ver schließen des Ventils bewirken.

Zur effektiven und praktischen Vermeidung des Problems eines "Zublasens" während normaler Motorbetriebsbedingungen, wie zuvor besprochen wurde, ist ein Strö mungssteuerventil mit einer einfachen Konstruktion erforderlich, das den gegenläufi gen Fluiddruckkräften entgegenwirkt, die einen Verschluß des Ventils bewirken. Fer ner sollte die Größe von entgegenwirkenden Kräften einstellbar sein, so daß ein Be nutzer das Strömungssteuerventil bestimmten Anwendungen nach Wunsch anpassen kann. Schließlich ist auch ein Strömungssteuerventil erwünscht, das eine vergrößerte Strömungskapazität aufweist, während es das Auftreten eines "Zublasens" unter normalen Betriebsbedingungen verhindert, um die gegenwärtigen Strömungssteuer ventilkonstruktionen zu verbessern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts des Vorhergesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Strömungssteuerventil zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das zur Verhinderung eines unkontrollierten Ventilschließens unter norma len Motorbetriebsbedingungen konstruiert bzw. ausgebildet ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Lösung der obengenannten Aufgabe und die Schaffung eines verbesserten Strömungssteuerventils, das die Strö mungskapazität des Ventils während des Motorbetriebs effektiv vergrößert, während ein unkontrolliertes Ventilschließen unter normalen Motorbetriebsbedingungen ver hindert wird.

Es ist ebenso eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oder mehrere der oben genannten Aufgaben zu lösen und des weiteren ein verbessertes Strömungssteuer ventil zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das so konstruiert bzw. ausgebildet ist, daß es den Fluidstrom nutzt, um gegenläufigen Fluiddruckkräf ten entgegenzuwirken, die während normaler Motorbetriebsbedingungen zum Ver schließen des Strömungssteuerventils wirken.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oder mehrere der oben genannten Aufgaben zu lösen und des weiteren ein verbessertes Strömungssteuer ventil zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem ein Ventil element neben einer Strömungsablenkfläche angeordnet ist, um einen vorbestimmten Strömungspfad zu schaffen, so daß der Fluidstrom in eine Richtung gelenkt wird, in der das Ventilelement in eine offene Position gedrängt wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oder mehrere der oben genannten Aufgaben zu lösen und des weiteren ein verbessertes Strömungssteuer ventil zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem ein ent fernbarer Einsatz mit einer Strömungsablenkfläche neben einem Ventilelement ange ordnet ist, um einen Strömungspfad zu schaffen, in welchem der Fluidstrom so gerich tet ist, daß eine ausreichende Strömungskraft erhalten wird, um ungünstige bzw. ge genläufige Fluiddruckkräfte zu überwinden, welche zum vorzeitigen Verschließen des Ventils wirken.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oder mehrere der oben genannten Aufgaben zu lösen und des weiteren ein verbessertes Strömungssteuer ventil zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das einen vorbe stimmten Strömungspfadwinkel aufweist, der zur Erhöhung oder Verringerung der Fluidströmungskräfte eingestellt werden kann, die erzeugt werden, wenn Fluid hin durchströmt, um ungünstigen bzw. gegenläufigen Fluiddruckkräfte entgegenzuwir ken, welche zum vorzeitigen Verschließen des Ventils wirken.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oder mehrere der oben genannten Aufgaben zu lösen und des weiteren ein verbessertes Strömungssteuer ventil zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das einen vorbe stimmten Strömungspfadwinkel und Durchmesser aufweist, die zur Erhöhung der Ge schwindigkeit des Fluidstroms zwischen einem Einlaß und einem Auslaß des Strö mungssteuerventils ausgebildet bzw. ausgelegt sind.

Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oder mehrere der oben genannten Aufgaben zu lösen und des weiteren ein verbessertes Strömungssteuer ventil zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das zur Vermeidung eines vorzeitigen Schließens des Ventils unter zulässigen Motorbetriebsbedingungen konstruiert bzw. ausgebildet ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oder mehrere der oben genannten Aufgaben zu lösen und des weiteren ein verbessertes Strömungssteuer ventil zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das eine Strö mungsablenkfläche aufweist, die sich in einem vorbestimmten Strömungsrichtungs änderungswinkel im Bereich von 15° bis 45° erstreckt.

Diese wie auch andere Aufgaben und Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch ein Steuerventil gelöst, das ein Ventilgehäuse mit einem Ventilhohlraum, ein Einlaßmittel, das in dem Ventilgehäuse zum Lenken von Fluid in den Ventilhohlraum ausgebildet ist, und ein Auslaßmittel, das in dem Ventilgehäuse zum Lenken von Fluid aus dem Ventilhohlraum ausgebildet ist, umfaßt. Das Steuerventil umfaßt des weiteren ein Ventilelement, das zur Hin- und Herbewegung in dem Ventilhohlraum zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position eingebaut und durch Fluiddruckkräf te in die geschlossene Position vorgespannt ist. Ein Ventilsitz ist dem Ventilelement zugeordnet, das mit dem Ventilsitz in Eingriff gelangt, wenn es sich in der geschlosse nen Position befindet, und eine Strömung zwischen dem Ventilsitz und dem Ventil element ermöglicht, wenn es sich in der offenen Position befindet. Ein Strömungs kraftinduzierungsmittel befindet sich neben dem Ventilelement zur Umlenkung von Fluid von dem Einlaßmittel durch einen vorbestimmten Strömungspfad, der relativ zu dem Ventilelement angeordnet ist, so daß ein Fluidstrom auf das Ventilelement trifft und strömungsinduzierte Kräfte ausreichender Größe erzeugt, die notwendig sind, um den Fluiddruckkräften in vorteilhafter Weise entgegenzuwirken.

Das Ventilelement umfaßt eine Ausnehmung, und das Strömungskraftinduzierungs mittel umfaßt einen Strömungsablenkfortsatz, der an dem Ventilgehäuse positioniert ist und sich zumindest teilweise in die Ausnehmung erstreckt. Die Ausnehmung ver läuft ringförmig um das Ventilelement, und der Strömungsablenkfortsatz verläuft ring förmig um das Ventilgehäuse.

Der Strömungsablenkfortsatz kann einstückig an dem Ventilgehäuse ausgebildet sein oder einen Einsatz umfassen, der entfernbar an dem Ventilgehäuse befestigt ist. Eine Strömungsablenkfläche ist an dem Strömungsablenkfortsatz vorgesehen und so ge formt und relativ zu dem Ventilelement positioniert, daß Fluid durch den vorbestimm ten Strömungspfad in einem vorbestimmten Richtungsänderungswinkel relativ zu dem Ventilelement abgelenkt wird. Die Strömungsablenkfläche kann eine ringför mige, kegelstumpfartig geformte Oberfläche sein, die sich in einem vorbestimmten Richtungsänderungswinkel zwischen 15° und 45° relativ zu der Bewegungsachse des Ventils erstreckt.

Die strömungsinduzierten Kräfte weisen eine ausreichende Größe auf, um den Druck kräften entgegenzuwirken, so daß das Ventilelement in einer offenen Position für einen vorbestimmten Bereich von Motorbetriebsbedingungen bzw. -zuständen ge halten wird. Das Strömungskraftinduzierungsmittel ist neben bzw. benachbart zu dem vorbestimmten Strömungspfad angeordnet, so daß die Geschwindigkeit von Fluid, das sich zwischen dem Einlaßmittel und dem Auslaßmittel bewegt, erhöht wird. Das Strömungskraftinduzierungsmittel umfaßt ferner einen ringförmigen Wandab schnitt, der an dem Ventilelement ausgebildet ist, um einen Fluidstrom in die Strö mungsablenkfläche zu leiten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1a ist eine Schnittansicht eines Steuerventils gemäß dem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1b ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht eines Teiles des in Fig. 1a dargestell ten Steuerventils, der mit dem Bezugszeichen A gekennzeichnet ist, in einer offenen Position gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1c ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht eines Teiles des in Fig. 1a dargestell ten Steuerventils, der mit dem Bezugszeichen A gekennzeichnet ist, in einer geschlos senen Position gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 2 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht eines Einsatzes, der in dem Steuer ventilteil von Fig. 1b positioniert ist, gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist ein ausschnittsweises Strömungsmodell, welches das Druckfeld von Fluid darstellt, das durch ein herkömmliches Steuerventil strömt;

Fig. 4 ist ein ausschnittsweises Strömungsmodell, welches das Druckfeld von Fluid darstellt, das durch das in Fig. 1a dargestellte Steuerventil gemäß dem bevorzugten Ausfürungsbeispiel der Erfindung strömt;

Fig. 5 ist ein ausschnittsweises Strömungsmodell, welches das Geschwindigkeitsfeld von Fluid darstellt, das durch ein herkömmliches Steuerventil strömt;

Fig. 6 ist ein ausschnittsweises Strömungsmodell, welches das Geschwindigkeitsfeld von Fluid darstellt, das durch das in Fig. 1a dargestellte Steuerventil gemäß dem be vorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung strömt;

Fig. 7 ist eine Graphik von Ventilöffnungskräften in Abhängigkeit von Ventilrück strömungsraten unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen für ein herkömmliches Steuerventil; und

Fig. 8 ist eine Graphik von Ventilöffnungskräften in Abhängigkeit von Ventilrück strömungsraten unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen für das in Fig. 1a dar gestellte Steuerventil gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIE LE

Fig. 1a der Zeichnung zeigt ein Steuerventil 1, das zur Verhinderung eines unkontrol lierten Ventilschließens konstruiert ist, das durch Druckkräfte verursacht wird, welche die Federkraft oder eine andere ähnliche Kraft, die wirkt, um das Ventil in einer offe nen Position zu halten, überwinden, wobei strömungsinduzierte Kräfte genutzt wer den, um teilweise den Druck- oder Schließkräften entgegenzuwirken. Die Konstruk tion des Steuerventils 1 wird in der Folge ausführlich sowohl für ein bevorzugtes als auch für ein alternatives Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf die Fig. 1a-1c und 2 besprochen. Eine Besprechung der Funktionsweise und Merkmale (d. h., Druck- und Geschwindigkeitsströmungsfelder) des Steuerventils 1 in bezug auf den hindurchgehenden Fluidstrom erfolgt mit Bezugnahme auf die Fig. 4, 6 und 8. Ein herkömmliches Steuerventilmodell wird hierin mit Bezugnahme auf die Fig. 3, 5 und 7 besprochen, um einen Vergleich der Steuerventil-Funktionsweise und -Merkmale zu bieten.

Das Steuerventil 1 von Fig. 1a weist ein Ventilgehäuse 3 mit einem oberen Gehäuse abschnitt 11, einem mittleren Gehäuseabschnitt 13 und einem unteren Gehäuseab schnitt 15, die in Preßauflage angeordnet und durch eine oder mehrere Gewinde schrauben bzw. -verbinder 17 fest aneinander befestigt sind, auf. Die Schrauben bzw. Verbinder 17 werden zur Befestigung des Gehäuses 3 an einem Träger 8 verwendet. Ein Ventilhohlraum 5 ist in dem mittleren Gehäuseabschnitt 13 ausgebildet, und eine Ventilbohrung 4 ist in dem unteren Gehäuseabschnitt 15 neben bzw. benachbart zu dem Hohlraum 5 ausgebildet. Ein ringförmiger Einlaßhohlraum 6 ist entlang der Ven tilbohrung 4 ausgebildet, und ein Fluiddurchlaß 21 ist im unteren Gehäuseabschnitt 15 ausgebildet, der für eine Fluidverbindung zwischen dem ringförmigen Einlaßhohl raum 6 und dem Ventilhohlraum 5 sorgt. Ebenso verläuft ein Versorgungsdurchlaß 9 durch den unteren Gehäuseabschnitt 15, der den Hohlraum 5 mit einem Niederdruck versorgungsablaß in Fluidverbindung bringt.

Das Steuerventil 1 umfaßt ferner ein Ventilelement 23, das zur Hin- und Herbewegung in den Ventilhohlraum 5, die Bohrung 4 und den ringförmigen Hohlraum 6 eingebaut ist. Das Ventilelement 23 ist zwischen einer offenen Position (wie in Fig. 1a darge stellt) und einer geschlossenen Position (wie in Fig. 1c dargestellt) bewegbar. Das Ventilelement 23 erstreckt sich durch eine innere radiale Erstreckung einer axialen Feder 25, welche das Ventilelement 23 in die offene Position spannt. Die axiale Feder 25 sitzt an einem Ende auf einer ringförmigen Kante 27, die in dem mittleren Gehäu seabschnitt 13 ausgebildet ist, und an einem gegenüberliegenden Ende, auf einer axialen Hülse 29. Die axiale Hülse 29 ist fest an dem Ventilelement 23 befestigt, so daß sich das Ventilelement 23 und die axiale Hülse 29 gemeinsam bewegen.

Das Steuerventil 1 umfaßt ferner einen Anker 33, der fest an einem Ende des Ventil elementes 23, z. B. durch eine Metallschmelzverbindung, befestigt ist. Der Anker 33 ist scheibenförmig und in Auflage mit einem Ende der axialen Hülse 29 angeordnet. Eine anziehende elektromagnetische Kraft, die von einer Elektromagnetvorrichtung erzeugt wird, bewegt den Anker 33 in eine Aufwärtsrichtung und das Ventilelement 23 in eine geschlossene Position, wenn die Elektromagnetvorrichtung 37 erregt wird. Ein Elektromagnet 37 ist auf herkömmliche Weise an dem Gehäuse des Steuerventils 1 angebracht. Die Betätigung oder Erregung des Elektromagneten 37 ist gesteuert, so daß während des Motorbetriebs eine Bewegung zwischen einer offenen und ge schlossenen Position zu den gewünschten Zeitpunkten hervorgerufen wird.

Wie in Fig. 1a dargestellt, kann das Steuerventil 1 zur Steuerung der effektiven Ver drängung einer Hochdruckpumpe variablen Volumens 40 (die nur teilweise darge stellt ist) verwendet werden. Zum Beispiel kann die Hochdruckpumpe 40 von jener Art sein, die in dem US-Patent 5,676,114 beschrieben ist, dessen gesamter Inhalt hiermit als Referenz eingeführt wird. Die Pumpe 40 umfaßt einen Plungerkolben 45, der in einer Hin- und Herbewegung betrieben wird, um Fluid in einer Kammer 43 un ter Druck zu setzen, wenn er in die geschlossene Position bewegt wird. Ein Hoch druckauslaßdurchlaß 41, der in dem Träger 8 ausgebildet ist, liefert Hochdruckfluid zu einer Speicher- bzw. Ladevorrichtung, wie einer Sammelleitung und einem Satz von Injektoren. Natürlich könnte das Ventil 1 auch einer einzelnen Injektoreinheit zuge ordnet sein, um die effektive Verdrängung des Injektorplungerkolbens zu steuern. Bei jeder Anwendungsform führt der Fluidstrom von der Pumpenkammer 43 durch das Ventil 1, wenn sich das Ventil in der offenen Position befindet, zu strömungsin duzierten Kräften an dem Ventilelement 23, die in unerwünschter Weise dazu tendie ren, das Ventil zu schließen. Dieses versehentliche Schließen des Ventilelementes, das manchmal als "Zublasen" bezeichnet wird, kann einen ungünstigen Kraftstoff system- und Motorbetrieb zur Folge haben. Das Steuerventil der vorliegenden Erfindung ist für einen korrekten Betrieb ausgelegt bzw. konstruiert, ohne ungebührlich durch ex treme Fluiddrücke beeinflußt zu werden.

Die kritischen Merkmale bzw. Eigenschaften des Steuerventils 1, die wirken, um Ein flüsse des Fluiddrucks zu verhindern, sind in den Bereichen dargestellt, die mit einem Bezugszeichen A in Fig. 1a bezeichnet sind. Eine explosionsartige Ansicht dieser Merkmale ist in Fig. 1b dargestellt und wird in der Folge ausführlich besprochen.

Wie in Fig. 1b dargestellt, umfaßt das Ventilelement 23 einen Ventilteller 51, der an ei nem Ende ausgebildet ist und eine Innenfläche 53 umfaßt, die neben bzw. benachbart zu dem unteren Gehäuse 15 gebildet ist, und eine Außenfläche 55, die an dem Ende von Element 23 ausgebildet ist. Ein Ventilsitz 63, der an dem unteren Gehäuse 15 ausgebildet ist, ist gegenüber der Innenfläche 53 für den Eingriff bzw. die Anlage ei ner Ventiloberfläche 59 ausgebildet, die an der Innenfläche 53 ausgebildet ist, wenn sich das Ventilelement 23 in der geschlossenen Position befindet, wie in Fig. 1c dar gestellt ist. Wenn sich das Ventilelement 23 in einer offenen Position befindet, wie in Fig. 1b dargestellt ist, bildet sich ein Ventildurchlaß 7 zwischen dem Ventilsitz 63 und der Ventiloberfläche 59. Fluid kann durch einen vorbestimmten Strömungspfad 50 strömen, der einen Strömungspfadeinlaß 52 und einen Strömungspfadauslaß 54 für Fluid aufweist, das in Richtung der Pfeile strömt, wie das zum Beispiel während eines Pumphubs des Plungerkolbens 45 der Fall ist. Eine ringförmige Auskehlung- bzw. -nehmung 57 ist in der Innenfläche 53 zur Definition bzw. Begrenzung eines Teiles des vorbestimmten Strömungspfades 50 ausgebildet. Die ringförmige Ausnehmung 57, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine konkave Form aufweist, kann jedoch andersartig geformt sein, solange die in der Folge besprochenen Strömungsei genschaften erreicht werden.

Der untere Gehäuseabschnitt 15 umfaßt einen Strömungsablenkfortsatz bzw. -ansatz 61 und eine Strömungsansatzfläche 58, die einstückig an dem unteren Gehäuseab schnitt 15 ausgebildet sind und sich ringförmig um den unteren Gehäuseabschnitt 15 erstrecken. Der Strömungsablenkansatz 61 umfaßt des weiteren eine Strömungsab lenkfläche 65, die so geformt und relativ zu dem Ventilelement 23 so angeordnet ist, daß sie bewirkt, daß Fluid, das von dem Ventilsitz strömt, zu der ringförmigen Aus nehmung 57 und durch den vorbestimmten Strömungspfad 50 unter einem vorbe stimmten Strömungsablenkwinkel in bezug auf das Ventilelement 23 fließt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Strömungsablenkfläche 65 eine ring förmige, kegelstumpfartig geformte Oberfläche.

Fig. 1b zeigt das Steuerventil 1 in einer vollständig offenen Position, wobei sich das Ventilelement 23 an seiner am weitesten entfernten Position zu dem unteren Gehäu seabschnitt 15 befindet. In der offenen Position kann Fluid durch den Einlaßdurchlaß 7, entlang dem Strömungspfad 50 in die Richtung der in Fig. 1b dargestellten Strö mungspfeile strömen. Der Strömungsablenkansatz 61 erstreckt sich zumindest teil weise in die Ausnehmung 57, so daß die Strömungsablenkfläche 65 den Fluidstrom durch den Strömungspfad 50 in einem vorbestimmten Ablenkströmungswinkel in be zug auf die Mittellinie/Längsachse C des Ventilelementes lenkt. Der vorbestimmte Strömungsablenkwinkel des Fluids wird durch die Form und Winkellage der Strö mungsablenkfläche 65 in bezug auf die Längsachse C bestimmt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Strömungsablenkfläche 65 kegelstumpfartig geformt. Da her bestimmt die Winkelposition der Strömungsablenkfläche 65 den vorbestimmten Strömungsrichtungsänderungswinkel des Fluids. Die Strömungsablenkfläche 65 er streckt sich in einem vorbestimmten Ablenkwinkel α, der den Fluidstrom entlang dem Strömungspfadeinlaß 52 auf die Innenfläche 53 des Ventilelementes 23 in der Aus nehmung 57 treffen läßt und strömungsinduzierte Kräfte ausreichender Größe er zeugt, die notwendig sind, um etwaigen Fluiddruckkräften entgegenzuwirken, die auf das Ventilelement 23, wie auf die Außenfläche 55, wirken und dazu tendieren, das Ventilelement 23 in eine geschlossene Position zu bewegen. Der vorbestimmte Ab lenkwinkel α kann im Bereich zwischen 15° und 45° liegen, wobei aber ein Winkel von etwa 30° bevorzugt ist. Dieser Ablenkwinkel bewirkt, daß der Strom auf das Ventil in einem abgelenkten Strömungspfadwinkel zwischen 15° und 45° trifft, wo durch effektiv fluidstrominduzierte Kräfte ausreichender Größe erzeugt werden, die den Druckkräften entgegenwirken, wie in der Folge besprochen wird. Natürlich kann die Strömungsablenkfläche 65 eine andere Form wie eine konkave Konstruktion aufweisen, welche den Kraftstoffstrom in einem ähnlichen vorbestimmten Strö mungspfadwinkel zwischen 15° und 45° lenkt.

Sobald das Fluid, das entlang dem vorbestimmten Strömungspfad 50 strömt, den Bo den der Ausnehmung 57 erreicht hat, wird das Fluid nach oben durch einen schmalen Durchlaß 56 abgelenkt, der durch die Strömungsansatzfläche 58 und das Ventilele ment 23 definiert ist, die ein im wesentlichen paralleles Verhältnis aufweisen können. Die Geschwindigkeit des Fluids, das durch diesen Teil des Strömungspfades 50 strömt, nimmt aufgrund des schmalen Strömungsquerschnittes des Durchlasses 56 zu und wird durch den Strömungspfadauslaß 54 und in den ringförmigen Einlaßhohl raum 6 gepreßt.

In der geschlossenen Position liegt das Ventilelement 23 an dem Ventilsitz 63 an, wie in Fig. 1c dargestellt ist, der neben dem Strömungsablenkfortsatz 61 ausgebildet ist. Fluid kann nicht durch den Ventildurchlaß 7 (Fig. 1b) strömen, wenn sich das Ventil element 23 in der geschlossenen Position befindet. Die Zeitsteuerung, die das Ver schließen des Ventilelementes 23 betrifft, ist in der vorliegenden Erfindung gesteuert und kann von einem Benutzer nach Wunsch für verschiedene Motorzustände geän dert werden. Wie zuvor beschrieben, ist das Ventilelement 23 durch die axiale Feder 25 (Fig. 1a) in die offene Position vorgespannt und schließt sich, wenn der Elektro magnet 37 eine anziehende Kraft auf den Anker 33 ausübt, um das Ventilelement 23 nach oben zu heben, bis es gegen den Ventilsitz 63 sitzt, so daß der Ventilsitzdurchlaß 7 verschlossen und abgedichtet wird.

Die in in Fig. 2 dargestellte, explosionsartige Ansicht des Ventilelementes 23 in bezug auf den unteren Gehäuseabschnitt 15, ist ähnlich der Ansicht von Fig. 1b, wobei aber Fig. 2 des weiteren ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Insbesondere zeigt Fig. 2 einen Einsatz 71, der entfernbar an dem unteren Ge häuseabschnitt 15 angebracht ist. Vorzugsweise ist der Einsatz 71 ringförmig und in einer ringförmigen Nut 73, die im unteren Gehäuseabschnitt 15 ausgebildet ist, reib schlüssig befestigt. Wie der Strömungsablenkfortsatz 61 des ersten Ausführungsbei spiels umfaßt der Einsatz 71 eine Strömungsablenkfläche 65, die sich in einem vorbe stimmten Ablenkwinkel α erstreckt, um Fluid durch den Strömungspfad 50 in einem vorbestimmten Strömungsrichtungsänderungswinkel in bezug auf das Ventilelement 23 abzulenken. Die Strömungsablenkfläche 65 des Einsatzes 71 kann auch eine ring förmige, kegelstumpfartig geformte Oberfläche umfassen. Die Form und Position des Einsatzes 71 an dem unteren Gehäuseabschnitt 15 ist mit jener des Strömungsablenk fortsatzes 61 des vorangehenden Ausführungsbeispiels identisch. Da der Einsatz 71 entfernbar ist, kann er durch einen anderen Einsatz mit anderen strömungsändernden Merkmalen bzw. Eigenschaften ausgetauscht werden. Zum Beispiel kann ein Einsatz mit einer anderen Form oder Strömungsablenkfläche verwendet werden, um den Ab lenkwinkel des Strömungspfades 50 in bezug auf das Ventilelement 23 zu ändern. Ein anderer Ablenkwinkel würde schließlich die strömungsinduzierten Kräfte ändern, die bewirken, daß das Ventilelement 23 in einer offenen Position gehalten wird.

Eines der kritischen Merkmale der Erfindung ist die Positionierung des Strömungsab lenkfortsatzes 61 relativ zu dem Ventilelement 23, um Fluid vom Einlaßdurchlaß 7 durch den Strömungspfad 50 umzulenken, so daß der Fluidstrom auf das Ventilele ment 23 trifft und strömungsinduzierte Kräfte ausreichender Größe erzeugt, die not wendig sind, um in vorteilhafter Weise den Fluiddruckkräften entgegenzuwirken, die ein Vorspannen des Ventilelementes 23 in eine geschlossene Position bewirken. In ei nem herkömmlichen Steuerventil, wie in Fig. 3 dargestellt, können Fluiddruckkräfte während des optimalen Bereichs des Motorbetriebs ein vorzeitiges Schließen des Steuerventils verursachen. Wenn sich das Ventil vorzeitig schließt, kann überschüs siges Fluid nicht richtig ablaufen, wodurch der Rückströmungsfluiddruck in uner wünschter Weise steigt, wodurch die Motorleistung gehemmt werden könnte. Insbe sondere zeigt Fig. 3 ein ausschnittsweises Strömungsmodell von Fluiddruckkräften, die auf eine Seite eines Ventilelementes 80 wirken. Die Richtung des Fluidstroms ist durch die Pfeile in Fig. 3 angegeben, und die farbigen Bereiche zeigen Flächen ent lang dem Fluidströmungspfad, wo die Fluiddruckkräfte auf das Ventil 80 wirken, de ren Ausmaß in der Legende dargestellt ist, die in Fig. 3 angegeben ist. Bei diesem her kömmlichen Steuerventilströmungsmodell nehmen Fluiddruckkräfte deutlich ab, nachdem Fluid in das Steuerventil 1 geströmt ist, wodurch im Prinzip keine Fluidkraft auf das Ventil 80 ausgeübt wird, die den Fluiddruckkräften entgegenwirkt, welche bewirken, daß das Ventil in eine geschlossene Position gespannt wird. In diesem Mo dell werden Fluiddruckkräfte, die einen Verschluß des Ventilelementes 80 herbeifüh ren, schließlich größer als die Kraft, die das Ventil in eine offene Position spannt, z. B. Fluiddruckkräfte und Spannfederkraft, wobei in diesem Fall das Ventil "zubläst" oder schließt. Daher ermöglichen herkömmliche Steuerventile, die in der zuvor beschriebe nen Umgebung verwendet werden, keine effektive, selektive und vorhersagbare Steuerung des Fluidstroms.

Fig. 4 ist ein ausschnittsweises Strömungsmodell, welches das Druckfeld von Fluid zeigt, das durch das in Fig. 1a dargestellte Steuerventil gemäß dem bevorzugten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung strömt. In dem Strömungsmodell der vorliegenden Erfindung ist die Richtung des Stroms durch die drei Strömungspfeile, die in Fig. 4 dargestellt sind, angegeben. Wenn Fluid in den Ventildurchlaß 7 ein dringt, wird das Fluid durch die Strömungsablenkfläche 65, die in Fig. 1b dargestellt ist, in den Strömungspfad 50 gelenkt. Der Winkel des vorbestimmten Strömungs pfades 50 ermöglicht, daß die Fluidstromkräfte einen wesentlichen Druck auf das Ventilelement 23 ausüben, wie durch die rote, orange und gelbe Schattierung und die entsprechende Legende, die in Fig. 4 dargestellt ist, angegeben ist. Die Strömungs kräfte, die entlang dem vorbestimmten Strömungspfad 50 erzeugt werden, bewirken, daß das Ventilelement 23 in eine offene Position gespannt wird, und sind gemeinsam mit der Spannkraft der Feder 25 (Fig. 1) ausreichend, um über einen vorbestimmten Bereich von Motormerkmalen bzw. -eigenschaften, wie der Motorgeschwindigkeit, die Summe der Fluiddruckkräfte zu überwinden, die das Ventilelement 23 in eine ge schlossene Position spannen. Wenn das Ventilelement 23 über einen gewünschten Motorbetriebsbereich in einer offenen Position gehalten wird, wird die Strömungska pazität bzw. -menge des Steuerventils 1 im Vergleich zu herkömmlichen Steuerventi len effektiv erhöht. In einigen Fällen ist die Strömungskapazität doppelt so hoch wie jene eines herkömmlichen Ventils, ohne daß ein unerwünschtes Ventilschließen oder "Zublasen" auftritt. Es ist wesentlich, daß der Druck des Fluids neben den bzw. in der Nähe der Ventilflächen, die dazu tendieren, das Ventil zu öffnen, größer als bei der herkömmlichen Konstruktion ist, wo der höchste Druck neben den bzw. in der Nähe der Ventilflächen auftritt, die dazu tendieren, das Ventil zu schließen.

Ein weiteres wesentliches Merkmal des Steuerventils 1 ist seine Fähigkeit, die Auslaß strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen, um die strömungsinduzierten Kräfte an dem Ventil in die Öffnungsrichtung zu verstärken. Fig. 5 zeigt ein ausschnittsweises Strö mungsmodell, welches das Geschwindigkeitsfeld von Fluid zeigt, das durch ein her kömmliches Steuerventil strömt. Das Fluid, das durch Ventil 80 strömt, bewegt sich in die Richtung der in Fig. 5 dargestellten Strömungspfeile. Die Geschwindigkeit von Fluid, das in das Steuerventil 80 eindringt, nimmt nicht ständig zu, wie durch den grünen Bereich in Fig. 5 dargestellt ist. Nachdem das Fluid in das Ventil eintritt, nimmt die Fluidgeschwindigkeit über eine kurze Strecke zu, während das Fluid um eine Ecke des Ventils läuft, wie durch den gelb/orangen Bereich dargestellt ist. Wie in Fig. 5 gezeigt wird, ist die Geschwindigkeit des Fluids, das sich durch das Steuerventil 80 bewegt, nicht gleichmäßig oder konstant. Somit wird die Fähigkeit, ausreichende strömungsinduzierte Kräfte gegen ein Ventilelement zu erzeugen, die Fluiddruckkräf ten entgegenwirken sollen, stark beeinträchtigt, da die Fluidgeschwindigkeit in der herkömmlichen Ventilkonstruktion nicht angemessen gesteuert ist.

Fig. 6 zeigt ein ausschnittsweises Strömungsmodell, welches das Geschwindigkeits feld von Fluid zeigt, das durch das Steuerventil 1 der vorliegenden Erfindung strömt. In dem Strömungsmodell der vorliegenden Erfindung ist die Strömungsrichtung durch die drei, in Fig. 6 dargestellten Strömungspfeile eingezeichnet. Wenn Fluid in den Einlaßdurchlaß 7 eindringt, wird das Fluid durch die Strömungsablenkfläche 65 entlang dem Strömungspfadeinlaß 52 des Strömungspfades 50 geleitet. Der vorbe stimmte Strömungsablenkwinkel des Strömungspfades 50 erhöht die Geschwindig keit des Fluids, das sich durch den Strömungspfadauslaß 54 bewegt, um zusätzliche strömungsinduzierte Kräfte auf das Ventilelement 23 in die Öffnungsrichtung zu er zeugen. Der rote Strömungsbereich zeigt einen gleichmäßigen und konstanten An stieg in der Strömungsgeschwindigkeit von Fluid, das sich durch den Strömungspfad 50 bewegt. Der Vorteil eines gleichmäßigen und konstanten Anstieges in der Strö mungsgeschwindigkeit gegenüber dem in Fig. 5 besprochenen herkömmlichen Mo dell besteht darin, daß eine bessere Strömungssteuerung und Ventilströmungskapazi tät erreicht wird.

Fig. 7 und 8 sind Darstellungen von Kräften, die auf ein herkömmliches Steuerventil bzw. das Steuerventil 1 als Funktion einer Überströmrate bzw. Abflußgeschwindig keit wirken. Die Kräfte, die auf das Ventil wirken, sind in Newton gemessen und um fassen Fluiddruckkräfte, Strömungskräfte und Federkräfte. Die Fluiddruckkraft auf das Ventil bei einer bestimmten Überströmrate bzw. Abflußgeschwindigkeit, die sowohl schließende als auch öffnende Druckkräfte umfaßt, neigt dazu, das Ventilele ment zu schließen und ist durch eine Reihe "P" als eine negative Kraft in Fig. 7 und 8 dargestellt. Die Strömungskräfte, die dazu neigen, das Ventil zu öffnen, sind durch eine Reihe "F" eingezeichnet und als positive Kraft gegen das Steuerventilelement dargestellt. Die Fluiddruckkräfte und Strömungskräfte sind vernachlässigbar, wenn die Ventilrückströmrate bei Null liegt. Die Gesamtkräfte, die auf das Ventilelement wirken, sind durch eine Reihe "T" eingezeichnet und beinhalten eine positive Feder vorspannungsöffnungskraft auf dem Steuerventilelement von 15 Newton, wenn die Ventilrückströmungsrate Null beträgt.

Die Ventilrückströmrate ist in Litern pro Minute gemessen und betrifft den Rückfluß von Fluid von einer externen Quelle, wie einer Pumpkammer für eine Pumpe oder eine Zeitsteuerkammer eines Fluidinjektors. Wenn die Ventilrückströmrate steigt, nehmen die Fluiddruckkräfte und Strömungskräfte zu und beeinflussen die Position des Ven tilelementes des Steuerventils. Wenn die Fluiddruckkräfte, die wirken, um das Ventil element zu schließen, größer als die Summe der Kräfte der Feder- und Strömungskraft sind, wird das Ventilelement schließen oder "zublasen", wodurch das Steuerventil in operabel wird.

Mit Bezugnahme nun auf die Kraftmerkmale bzw. -eigenschaften, die in Fig. 7 gra phisch dargestellt sind, werden bei zunehmender Strömungsrate durch ein herkömm liches Steuerventil die positiven Strömungskräfte F, die dazu tendieren, das Ventil zu öffnen und die Fluiddruckkräfte P, die dazu tendieren, das Ventil zu schließen, mit un terschiedlichen Raten größer, wodurch die Gesamtkraft T beeinflußt wird. In dem herkömmlichen Steuerventil bewirkt ein steigender Fluiddruck, der auf das Ventilele ment wirkt, daß die Fluiddruckkräfte P die Summe der Federvorspannungs- und Strömungskräfte F übersteigen, so daß das Ventilelement geschlossen wird, wenn die Ventilrückströmungsrate etwa 24 l/min beträgt. Daher wird das Steuerventil inopera bel, wenn die Strömungsrate gleich oder höher 24 l/min ist, wodurch die Motorlei stung unter diesen Motorbetriebsbedingungen in unerwünschter Weise beeinträch tigt werden kann. Das herkömmliche Steuerventil ist im wesentlichen unsteuerbar, wenn es zu einem "Zublasen" kommt. Im Idealfall sollte das Steuerventil über einen weiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen operabel sein, einschließlich eines weiteren Bereichs von Motordrehzahlen, ohne aber darauf beschränkt zu sein.

Die Kraftmerkmale bzw. -eigenschaften, die das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, sind graphisch in Fig. 8 dargestellt. Wie zuvor be schrieben (Fig. 1b), wird Fluid, das in den Ventildurchlaß 7 eintritt, den Strömungs pfad 50 entlang geleitet, der relativ zu dem Ventilelement 23 angeordnet ist, so daß der Fluidstrom auf das Ventilelement 23 trifft und strömungsinduzierte Kräfte ausrei chender Größe erzeugt, die notwendig sind, um in vorteilhafter Weise den Fluid druckkräften P entgegenzuwirken, die dazu tendieren, das Ventilelement zu schließen. Die strömungsinduzierten Kräfte sind graphisch in Fig. 8 dargestellt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, nehmen bei steigender Ventilrückströmungsrate die Strö mungskräfte deutlich im Vergleich zu dem herkömmlichen Steuerventil zu, das mit Bezugnahme auf Fig. 7 besprochen wurde. Die Strömungskräfte, die im Steuerventil 1 erzeugt werden, sind imstande, den Fluiddruckkräften bei Strömungsraten deutlich über 24 l/min entgegenzuwirken. Tatsächlich sind die Strömungskräfte, die in dem Steuerventil 1 erzeugt werden, imstande, das Ventilelement 23 (Fig. 1b) bei Motorge schwindigkeiten bis zu 60 l/min in einer offenen Position zu halten, was über einem optimalen Bereich der Motorgeschwindigkeit bei vielen Anwendungen liegt. Unter diesen Bedingungen tritt ein Zublasen erst dann auf, wenn die Ventilrückströmungs rate etwa 60 l/min beträgt. Die Strömungskräfte, die an dem Ventilelement 23 erzeugt werden, ermöglichen einen effektiven Betrieb des Steuerventils 1 in einem weiten Be reich von Motorbetriebszuständen, was einen deutlichen Vorteil gegenüber her kömmlichen Steuerventilkonstruktionen darstellt. Zusätzlich ist die Strömungsrate von Fluid, das durch den Strömungspfad 50 des Steuerventils 1 strömt, deutlich ver bessert. Angesichts dessen kann das Steuerventil 1 für Anwendungen verwendet werden, wo es kritisch ist, daß das Ventil effizient und effektiv unter ungünstigen Umgebungsbedingungen arbeitet, wie hierin besprochen wurde.

Die Vorteile des vorliegenden Ventils können in optimaler Weise bei einer Vielzahl von Anwendungen und Betriebsbedingungen durch Ändern gewisser kritischer Steuerfaktoren in der Ventilkonstruktion erreicht werden. Zum Beispiel ermöglicht eine Manipulation dieser Steuerfaktoren, daß ein Ventil so konstruiert werden kann, daß es die gewünschten strömungsinduzierten Druckkräfte unabhängig von der Fluidviskosität und Strömungsrate erreicht. Mit Bezugnahme auf Fig. 2 umfassen die Steuerfaktoren einen Einlaßströmungsquerschnitt A_EIN, ein Strömungsquerschnitts verhältnis A_AUS/A_EIN eines Auslaßquerschnittes A_AUS zu dem Einlaßquerschnitt A_EIN, den Radius R des distalen Endes des Strömungsablenkansatzes 61, den vorbe stimmten Ablenkwinkel α der Ablenkfläche 65 und eine Länge L entlang dem Strö mungspfadeinlaß 52. Tabelle I zeigt die Ergebnisse von Studien der Anmelderin, die Werte für die Steuerfaktoren angibt, die sich bei verschiedenen Kraftstoffviskositäten, Dichten und Strömungsraten als effektiv erwiesen haben. Zum Beispiel könnte ein Ventil mit einem größeren Einlaßquerschnitt A_EIN und einem größeren Strömungs querschnittsverhältnis A_AUS/A_EIN bei Kraftstoffen höherer Viskosität verwendet wer den, um die gewünschten Strömungs- und Kraftmerkmale bzw. -eigenschaften zu er halten, die zuvor besprochen wurden. Natürlich gibt es diese Steuerfaktoren für beide Ausführungsbeispiele von Fig. 1a-1c und 2.

TABELLE I

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Die Ventilvorrichtung kann in jeder Umgebung verwendet werden, in der es wesent lich ist, daß das Steuerventil unter ungünstigen Druckbedingungen, und insbeson dere in einem weiteren Bereich vorbestimmter Motorbetriebsbedingungen effektiv arbeitet.

Claims

1. Steuerventil, umfassend:
ein Ventilgehäuse mit einem Ventilhohlraum;
ein Einlaßmittel, das in dem Ventilgehäuse zum Leiten von Fluid in den Ventil hohlraum ausgebildet ist;
ein Auslaßmittel, das in dem Ventilgehäuse zum Leiten von Fluid aus dem Ven tilhohlraum ausgebildet ist;
ein Ventilelement, das zur Hin- und Herbewegung in dem Ventilhohlraum zwi schen einer offenen und einer geschlossen Bewegung eingebaut ist, wobei das Ventilelement durch Fluiddruckkräfte in die geschlossene Position gespannt wird;
einen Ventilsitz, der dem Ventilelement zugeordnet ist, wobei das Ventilelement mit dem Ventilsitz in Eingriff steht, wenn es sich in der geschlossenen Position befindet, und einen Strom zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement er möglicht, wenn es sich in der offenen Position befindet; und
ein Strömungskrafterzeugungsmittel, das neben bzw. benachbart zu dem Ven tilelement angeordnet ist, um Fluid von dem Einlaßmittel durch einen vorbe stimmten Strömungspfad umzuleiten, der relativ zu dem Ventilelement angeord net ist, so daß ein Fluidstrom auf das Ventilelement trifft und strömungsinduzier te Kräfte ausreichender Größe erzeugt, die notwendig sind, um den Fluiddruck kräften in vorteilhafter Weise entgegenzuwirken.

2. Ventil nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement eine Ausnehmung umfaßt und das Strömungskrafterzeugungsmittel einen Strömungsablenkansatz umfaßt, der an dem Ventilgehäuse angeordnet ist und sich zumindest teilweise in die Aus nehmung erstreckt.

3. Ventil nach Anspruch 2, wobei der Strömungsablenkansatz einstückig an dem Ventilgehäuse ausgebildet ist.

4. Ventil nach Anspruch 2, wobei der Strömungsablenkansatz ein Einsatz ist, der entfernbar an dem Ventilgehäuse angebracht ist.

5. Ventil nach Anspruch 2, wobei der Strömungsablenkansatz eine Strömungsab lenkfläche umfaßt, die relativ zu dem Ventilelement so geformt und angeordnet ist, daß Fluid durch den vorbestimmten Strömungspfad mit einem vorbestimmten Ablenkwinkel in bezug auf das Ventilelement abgelenkt wird.

6. Ventil nach Anspruch 5, wobei die Strömungsablenkfläche eine ringförmige, ke gelstumpfartig geformte Oberfläche umfaßt.

7. Ventil nach Anspruch 2, wobei die Ausnehmung ringförmig um das Ventilele ment verläuft und der Strömungsablenkansatz ringförmig um das Ventilgehäuse verläuft.

8. Ventil nach Anspruch 1, wobei die strömungsinduzierten Kräfte von ausrei chender Größe sind, um den Druckkräften entgegenzuwirken, um das Ventilele ment in einem vorbestimmten Bereich von Motorbetriebszuständen in der offe nen Position zu halten.

9. Ventil nach Anspruch 1, wobei das Strömungskrafterzeugungsmittel neben bzw.

benachbart zu dem vorbestimmten Strömungspfad angeordnet ist, so daß die Geschwindigkeit von Fluid, das sich durch den vorbestimmten Strömungspfad bewegt, erhöht wird.

10. Ventil nach Anspruch 5, wobei das Strömungskrafterzeugungsmittel des weite ren einen ringförmigen Wandabschnitt zum Leiten eines Fluidstroms in die Strömungsablenkfläche umfaßt, der an dem Ventilelement ausgebildet ist.

11. Steuerventil, umfassend:
ein Ventilgehäuse mit einem Strömungsablenkansatz, einem Ventilhohlraum, ei nem Einlaßdurchlaß und einem Auslaßdurchlaß, die mit dem Ventilhohlraum in Verbindung stehen;
ein Ventilelement, das zur Hin- und Herbewegung in dem Ventilhohlraum zwi schen einer offenen und einer geschlossen Bewegung eingebaut ist, wobei das Ventilelement durch Fluiddruckkräfte in die geschlossene Position gespannt wird; und
einen Ventilsitz, der dem Ventilelement zugeordnet und neben bzw. benachbart zu dem Strömungsablenkansatz ausgebildet ist, wobei das Ventilelement mit dem Ventilsitz in Eingriff steht, wenn es sich in der geschlossenen Position be findet, und einen Strom zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement ermög licht, wenn es sich in der offenen Position befindet;
wobei der Strömungsablenkansatz neben bzw. benachbart zu dem Ventilele ment angeordnet ist, so daß der Fluidstrom durch einen vorbestimmten Strö mungspfad umgeleitet wird, wobei der Strömungspfad einen vorbestimmten Ablenkwinkel aufweist, der durch den Strömungsablenkansatz und das Ventil element definiert ist, um strömungsinduzierte Öffnungskräfte gegen das Ventil element zu erzeugen, die den Fluiddruckkräften entgegenwirken.

12. Ventil nach Anspruch 11, wobei das Ventilelement eine Ausnehmung umfaßt, und der Strömungsablenkansatz sich zumindest teilweise in die Ausnehmung erstreckt.

13. Ventil nach Anspruch 12, wobei der Strömungsablenkansatz eine Strömungsab lenkfläche umfaßt, die relativ zu dem Ventilelement so geformt und angeordnet ist, daß Fluid durch den vorbestimmten Strömungspfad mit einem vorbestimmten Ablenkwinkel in bezug auf das Ventilelement abgelenkt wird.

14. Ventil nach Anspruch 13, wobei die Strömungsablenkfläche eine ringförmige, kegelstumpfartig geformte Oberfläche umfaßt.

15. Ventil nach Anspruch 12, wobei die Ausnehmung ringförmig um das Ventilele ment verläuft und der Strömungsablenkansatz ringförmig um das Ventilgehäuse verläuft.

16. Ventil nach Anspruch 11, wobei die strömungsinduzierten Kräfte von ausrei chender Größe sind, um den Druckkräften entgegenzuwirken, um das Ventilele ment in einem vorbestimmten Bereich von Motorbetriebszuständen in der offe nen Position zu halten.

17. Ventil nach Anspruch 11, wobei der Strömungsablenkteil neben dem vorbe stimmten Strömungspfad angeordnet ist, so daß die Geschwindigkeit von Fluid, das sich durch den vorbestimmten Strömungspfad bewegt, erhöht wird.

18. Ventil nach Anspruch 11, wobei der vorbestimmte Ablenkwinkel eine Größe zwischen 15° und 45° aufweist.