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EP1319127A1 - Ventilausbildung für steuerventile - Google Patents

Ventilausbildung für steuerventile

Info

Publication number
EP1319127A1
EP1319127A1 EP01978375A EP01978375A EP1319127A1 EP 1319127 A1 EP1319127 A1 EP 1319127A1 EP 01978375 A EP01978375 A EP 01978375A EP 01978375 A EP01978375 A EP 01978375A EP 1319127 A1 EP1319127 A1 EP 1319127A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
design according
bore
seat
pressure side
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP01978375A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1319127B1 (de
Inventor
Wolfgang Scheibe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LOrange GmbH
Original Assignee
LOrange GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LOrange GmbH filed Critical LOrange GmbH
Publication of EP1319127A1 publication Critical patent/EP1319127A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1319127B1 publication Critical patent/EP1319127B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0033—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat
    • F02M63/0036—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat with spherical or partly spherical shaped valve member ends
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/0071—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059 characterised by guiding or centering means in valves including the absence of any guiding means, e.g. "flying arrangements"
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    • F02M63/0077—Valve seat details
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/04—Fuel-injection apparatus having means for avoiding effect of cavitation, e.g. erosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus

Definitions

  • the invention relates to a valve design for control valves according to the preamble of claim 1.
  • Valve designs of the aforementioned type are known from practice.
  • the pressure gradient between the high and low pressure sides in the throttle point leads to high flow velocities with the tendency of the flow to cavitate with an increasing pressure drop in the outlet area on the blocking element, and when the impinging element hits the blocking element, pressure increases again due to the associated deflections and flow delays.
  • the invention has for its object to improve a valve design of the type mentioned with regard to the problems mentioned and in particular to reduce the risk of cavitation erosion in such valve designs.
  • this is achieved by the features of claim 1, wherein use is made of the idea of largely eliminating the conditions for cavitation by means of stepped pressure reduction.
  • the locking element adjacent to the seat contact zone is delimited against the low pressure side and throttled toward the low pressure side Connected recording room is assigned.
  • the delimitation of this space opposite the seat contact zone can expediently also be a guide for the locking member and / or serve as a throttling point, so that the desired stepped throttling can also be achieved structurally with simple means and with little effort.
  • the locking member can be an independent component, or it can also be connected to the actuating movement transducer assigned to it, whereby plungers with a relatively small diameter in relation to their length can serve as the actuating movement transducer, so that the mutual alignment with the seat surface via the pressure plunger is not impaired becomes.
  • Solid balls, ball segments or valve bodies tapering in the direction of the seat surface can be used as locking members in the context of the invention, a guide being expedient in particular for spherical locking members and especially for full-spherical locking members.
  • Low-pressure side valve seats in spherical or dome-shaped training or also in tapered training, in particular in flat-tapered training can prove to be expedient, so that different throttle paths, possibly also combined, can be implemented, and this regardless of the respective type of training of the guide Part, which may also be designed as an aperture.
  • the invention also makes it possible with simple means to make the throttle cross-section of the space delimited by the guide dependent on the stroke of the locking member, that is to say to create a throttle connection which varies in cross-section depending on the stroke, the corresponding cross-sectional changes also being made by appropriate shaping for the actuating movement transmitter in the form of an actuating plunger or pressure stamp and / or the locking member can be realized.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of the control valve
  • Injection injector between the nozzle part and a magnetic actuator arranged opposite to this
  • Control valve is located, wherein the magnetic actuator on the control valve acts on a lifting movement actuator for the locking member, which controls a throttled inlet from a pressure chamber, with which the nozzle needle of the injection nozzle, which is acted upon on the high-pressure side via the injection medium, communicates with an actuating surface via which in the pressure chamber current pressure, the nozzle needle is loaded in addition to the closing spring in the closing direction,
  • FIG. 2 shows an enlarged section A of an area of FIG. 1, which shows the actuating movement transmitter acting on the locking member and the associated area of the valve seat
  • FIG. 3 shows an embodiment of the invention corresponding to FIG
  • FIG. 4 shows a section according to IV-IV in FIG. 3 in a schematic representation
  • FIG. 7 shows a further embodiment according to FIG Invention in which the
  • FIG. 8 is a sectional view according to line Vll-Vll,
  • FIG. 9 shows another embodiment of the invention, in which the
  • Throttle cross sections are variable as a function of the stroke of the locking member, and FIG. 10 shows a schematic sectional illustration along line X-X in FIG. 9.
  • FIG. 1 illustrates the control valve 1 of an injection injector, not shown, by means of which the injection valve associated with the injection injector is controlled.
  • the high pressure side inlet connection to the control valve 1 is illustrated by the arrow 2.
  • the inlet takes place via a bore 4 provided in a valve plate 3, which opens out onto a valve seat 6 via a throttle point 5.
  • valve seat 6 tapers in the direction of the bore 4, that is, counter to the inflow direction according to arrow 2, and the valve seat 6 is assigned a locking member 7 which is supported in a stroke-movable manner (arrow 8).
  • the locking member 7 is supported in the exemplary embodiment (FIG. 1) via an actuating movement transmitter 9, which is shown in FIG
  • Diameter rod-shaped, thin actuating plunger is formed and which is applied and adjustable relative to the control valve 1 to the flow direction according to arrow 2 via a magnetic actuator of the injection injector, not shown here.
  • the locking member 7 In the closed position, the locking member 7 is seated in a seat contact zone 10 on the valve seat 6, to which a bore 11 in the valve plate 3 connects on the low pressure side, into which the locking member 7 supported by the actuating movement transmitter 9 is immersed and which, based on FIGS. 1 and 2, forms part of the low pressure side discharge path which, as in 1 shows, continues in transverse channels 12 which lie between the valve plate 3 and the housing 13 of the control valve 1, the valve plate 3 being centered and fixed against the housing 13 via a clamping ring 14 in the exemplary embodiment.
  • FIG. 3 illustrates that the locking member 7, which is designed as a spherical segment in the exemplary embodiments, has a diameter that is matched to the bore 11, such that there is a radial guidance through the bore 11 in the central plane 15 of the locking member 7, which is parallel to the seat contact zone 10 Stroke mobility - according to arrow 8 - of the locking member 7 in the sense of a low-friction sliding guide, but delimits a space 16 downstream of the seat surface 10 due to the guide serving as a gap seal, from which the connection to the low-pressure side follows throttled.
  • This throttled connection is illustrated in FIG. 3 by means of bores 17 which open onto the space 14 adjacent to the valve seat 6 and which run radially to the stroke axis 18 of the actuating motion transmitter 9.
  • Flow conditions with respect to the blocking member 7 contributes and also reduces the mechanical stresses between the blocking member 7 and the valve seat 6 in that deviations in the axial position are at least largely avoided.
  • the centering guide function for the locking member 7 proves to be expedient if the locking member 7 is firmly connected to the actuating movement transmitter 9 or, without a centering connection to the latter, is only acted upon via the latter. Furthermore, the guide function proves to be expedient in connection with full-spherical locking members, or also locking members designed as a spherical segment, wherein in the exemplary embodiment a spherical segment is provided as a locking member 7.
  • spherical locking members 7 in particular conical or conical locking members 7 tapering in the direction of the valve seat can also be provided.
  • FIGS. 5 and 6 represent solutions which functionally correspond to what has been explained with reference to FIGS. 3 and 4. In structural terms, they differ from the solution according to FIGS. 3 and 4 by the way in which the throttle chamber 16 is connected to the low-pressure side via corresponding throttle bores or throttle ducts, throttle ducts 20 being provided in the embodiment according to FIG open out the low-pressure side (arrow 19), in Figure 5 the throttle channels are formed by the fact that a valve plate 21 is provided to which a cover plate 22 is assigned, the valve plate 21 and cover plate 22 forming channels 20 between their mutually facing surfaces, which into the Cover plate 22, are incorporated into the valve plate 21 or in both plates and which run in the parting plane 23 of the two plates.
  • the division plane 23 corresponds to the sectional plane between the bore 11 and the conical valve seat 6, so that the bore 11 runs in the cover plate 22 and the valve seat 6 is incorporated into the valve plate 21. Overall, this leads to a simplified structure.
  • FIG. 6 again assumes a division into valve plate 24 and cover plate 25, as was explained with reference to FIG. 5.
  • the valve seat 26 is also incorporated into the valve plate 24 here, the bore 11 is assigned to the cover plate 25 and passes through it, opening out onto the valve seat 26 within the diameter thereof.
  • valve seat 26 which widens in the inflow direction according to arrow 2, has a radial overlap region with the cover plate 25, the partial plane between the valve plate 24 and the cover plate 25 being designated 27 and being offset against the inflow direction 2 to the central plane 15 of the blocking member 7, which is axially in the region the bore 11 lies, so that in this solution, too, the guide for the locking member 7 lies in the region of the bore 11, in FIG. 5 in the region of the cover plate 22, in FIG. 6 in the cover plate 25.
  • the throttle chamber 28 is partially covered by the side of the cover plate 25 facing the valve plate 24, so that the cover plate 25 is on the throttle chamber 28 can open axially penetrating throttle bores 30.
  • the invention thus shows a wide variety
  • FIGS. 7 and 8 A further possibility of the throttling connection to the low-pressure side is shown in FIGS. 7 and 8, with an initial situation also being given here, which corresponds in principle to that according to FIGS. 3 to 6.
  • a ball segment is also provided as the locking member 32, the central plane 15 of which runs parallel to the seat contact surface 10 and which is guided axially displaceably in the region of the central plane 15 and bears sealingly against the wall of the bore 33, which acts as a guide bore for the locking member 32 on the seat surface 6 connects and delimits the throttle space 34 to the seat 6 together with the locking member 32.
  • the locking member 32 is supported by an actuating movement transmitter 9 which can be moved in accordance with the arrow 8. As illustrated in FIG.
  • the throttle chamber 34 is connected to the low-pressure side via the circumference of the bore 33 provided axially extending recesses, which are designated by 35 and which extend in the stroke movement direction (arrow 8) on both sides of the central plane 15, such that, analogously to the throttle bores 17 or the throttle ducts 20 or the throttle bores 28, regardless of the respective stroke position the locking member 32 is a throttling connection of the space 34 to the low pressure side.
  • the actuating movement transmitter 9 which is designed as a punch or as an actuating rod, with a diameter smaller than the blocking member 32, so that the incorporation of further channels or bores is unnecessary.
  • FIGS. 9 and 10 show an embodiment in which, in turn, a locking member 36 designed as a spherical segment is used, which in the region of its central plane 15 parallel to the seat contact zone 10 adjoins the wall of the bore 38, which as Guidance for the locking member 36 is used and compared to and the subsequent valve seat 6, the locking member 36 delimits the throttle space 37.
  • Outflow cross-sections opening toward the low-pressure side are assigned to this, which, as throttle cross-sections, are dependent on the stroke position of the blocking member 36 in the size of their cross-sectional area.
  • These variable throttle cross sections are formed by recesses 40 in the circumference of the throttle bore 39, which can be designed according to the desired throttle behavior.
  • FIGS. 9 and 10 an embodiment is illustrated in which, in the closed position of the locking member 36, the recesses 40 are at least largely deactivated via the locking member 36 and are only released with an increasing opening stroke.

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Description

Ventilausbildung für Steuerventile
Die Erfindung betrifft eine Ventilausbildung für Steuerventile gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ventilausbildungen der vorgenannten Art sind aus der Praxis bekannt. Entsprechend den bei Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, insbesondere Speicherdruck- Einspritzsystemen zu beherrschenden, sehr hohen Drücken bis in die Größenordnung von 2000 bar ergeben sich auch für die Steuerventile wachsende Probleme, da die zwischen Hoch- und Niederdruckseite liegenden Ventile mit ihren von der Hochdruckseite angeströmten Sperrgliedern sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Insbesondere führt das Druckgefälle zwischen Hoch- und Niederdruckseite in der Drosselstelle zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten mit der Tendenz der Kavitation der Strömung mit zunehmendem Druckabfall im Austrittsbereich auf das Sperrglied, wobei sich beim Auftreffen auf das Sperrglied wegen der damit verbundenen Umlenkungen und Strömungsverzögerungen wieder ein Druckanstieg ergibt. Dieser begünstigt ein Implodieren der Kavitationsblasen im Sitzkontaktbereich des Sperrgliedes und der Sitzfläche des Ventilsitzes und verursacht entsprechende Kavitationserosion. Betroffen sind hiervon mit dem Sperrglied und dem Ventilsitz jene Bereiche, die funktionsbedingt auch höchsten mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, so beispielsweise durch schlagartige Beaufschlagung beim Auftreffen des Sperrgliedes auf den Ventilsitz und durch die Ausrichtung des Sperrgliedes gegenüber der Sitzfläche bei der mit dem Schließvorgang verbundenen Zentrierung des Sperrgliedes gegenüber der Sitzfläche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilausbildung der eingangs genannten Art hinsichtlich der angesprochenen Probleme zu verbessern und insbesondere die Gefahr der Kavitationserosion bei derartigen Ventilausbildungen zu reduzieren.
Gemäß der Erfindung wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht, wobei von dem Gedanken Gebrauch gemacht wird, durch gestuften Druckabbau die Voraussetzungen für die Kavitation weitgehend zu beseitigen. Hierzu ist vorgesehen, dass, bezogen auf die Schließlage des Sperrgliedes, dem Sperrglied angrenzend an die Sitzkontaktzone ein gegen die Niederdruckseite abgegrenzter und zur Niederdruckseite in gedrosselter Verbindung stehender Aufnahmeraum zugeordnet wird. Die Begrenzung dieses Raumes gegenüberliegend zur Sitzkontaktzone kann zweckmäßigerweise gleichzeitig eine Führung für das Sperrglied sein, und/oder als Drosselstelle dienen, so dass sich die angestrebte gestufte Drosselung auch baulich mit einfachen Mitteln und mit geringem Aufwand realisieren lässt.
Das Sperrglied kann im Rahmen der Erfindung ein unabhängiges Bauteil sein, oder auch mit dem ihm zugeordneten Stellbewegungsübertrager verbunden sein, wobei als Stellbewegungsübertrager Druckstempel mit bezogen auf ihre Länge verhältnismäßig geringem Durchmesser dienen können, so dass die wechselseitige Ausrichtung auf die Sitzfläche über den Druckstempel nicht beeinträchtigt wird.
Dient die der Sitzfläche gegenüberliegende Raumabgrenzung des zweiten, ablaufseitigen Drosselbereiches gleichzeitig als Führung für das Sperrglied, so kann damit auch eine Stabilisierung der Strömungsverhältnisse im Übergang von der ersten Drosselstrecke auf das Sperrglied erreicht werden, die sich ebenfalls auf die Verminderung oder Vermeidung der Kavitation der Strömung bzw. der Kavitationserosion als zweckmäßig erweist.
Als Sperrglieder können im Rahmen der Erfindung Vollkugeln, Kugelsegmente oder auch sich in Richtung auf die Sitzfläche verjüngende Ventilkörper Verwendung finden, wobei insbesondere für kugelige, und vor allem für vollkugelige Sperrglieder eine Führung zweckmäßig ist.
Im Hinblick auf die Realisierung unterschiedlicher, gedrosselter Verbindungen des das jeweilige Sperrglied zumindest teilweise umgrenzenden Aufnahmeraumes zur
Niederdruckseite können sich Ventilsitze in sphärischer bzw. kalottenförmiger Ausbildung oder auch in kegeliger Ausbildung, insbesondere in flachkegeliger Ausbildung als zweckmäßig erweisen, so dass sich verschiedene Drosselwege, gegebenenfalls auch kombiniert, realisieren lassen, und dies unabhängig von der jeweiligen Art der Ausbildung des die Führung bildenden Teiles, wobei dies gegebenenfalls auch als Blende gestaltet sein kann. Konstruktiv kann es hierfür zweckmäßig sein, Sitzfläche und auf die Sitzfläche folgenden Führungsteil getrennten Bauelementen zuzuordnen, so beispielsweise den Führungsteil, im Sinne der vorstehend angesprochenen Blende oder auch im Sinne einer zylindrischen Führung, einer Deckplatte zuzuordnen, die an eine den Ventilsitz enthaltende Ventilplatte anschließt, wobei zwischen Deckplatte und Ventilplatte gegebenenfalls als Drosselstellen dienende Kanalverbindungen angeordnet werden können.
Die Erfindung ermöglicht es mit einfachen Mitteln auch, den Drosselquerschnitt des durch die Führung abgegrenzten Raumes vom Hub des Sperrgliedes abhängig zu machen, also eine hubabhängig im Querschnitt veränderliche Drosselverbindung zu schaffen, wobei die entsprechenden Querschnittsveränderungen auch durch entsprechende Formgebung für den Stellbewegungsübertrager in Form eines Betätigungsstößels oder Druckstempels und/oder das Sperrglied realisiert werden können.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in schematisierter Schnittdarstellung das Steuerventil eines
Einspritzinjektors, zwischen dessen Düsenteil und einem gegenüberliegend zu diesem angeordneten Magnetsteller das
Steuerventil liegt, wobei der Magnetsteller am Steuerventil einen hubbeweglichen Stellbewegungsübertrager für das Sperrglied beaufschlagt, das einen gedrosselten Zulauf von einem Druckraum steuert, mit dem die hochdruckseitig über das Einspritzmedium in Öffnungsrichtung beaufschlagte Düsennadel der Einspritzdüse mit einer Beaufschlagungsfläche in Verbindung steht, über die bei im Druckraum anstehenden Druck die Düsennadel ergänzend zur Schließfeder in Schließrichtung belastet ist, Figur 2 eine Ausschnittsvergrößerung A eines Bereiches der Figur 1, die den das Sperrglied beaufschlagenden Stellbewegungsübertrager und den zugehörigen Bereich des Ventilsitzes zeigt, Figur 3 eine der Figur 2 entsprechende, erfindungsgemäße Ausgestaltung von
Sperrglied und zugeordnetem Ventilsitzbereich, Figur 4 einen Schnitt gemäß IV-IV in Figur 3 in schematisierter Darstellung,
Fig. 5 und 6 weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen in einer der Figur 4 entsprechenden Darstellung, wobei analog zu Figur 4 das Sperrglied zwischen zugehöriger Sitzfläche und axial beabstandeter Führung einen Drosselraum mit vom Sitzflächenbereich des Stellgliedes abzweigenden Drosselbohrungen oder Drosselkanälen aufweist, Figur 7 eine weitere Ausgestaltung gemäß der Erfindung, bei der die
Drosselquerschnitte in den radialen Führungsbereich des axial beweglichen Sperrgliedes gelegt sind, Figur 8 eine Schnittdarstellung gemäß Linie Vll-Vll,
Figur 9 eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung, bei der die
Drosselquerschnitte in Abhängigkeit vom Hub des Sperrgliedes veränderlich sind, und Figur 10 eine schematisierte Schnittdarstellung gemäß Linie X-X in Figur 9.
In Figur 1 ist das Steuerventil 1 eines nicht weiter dargestellten Einspritzinjektors veranschaulicht, über das das dem Einspritzinjektor zugehörige Einspritzventil angesteuert ist. Die hochdruckseitige Zulaufverbindung auf das Steuerventil 1 ist durch den Pfeil 2 veranschaulicht. Der Zulauf erfolgt über eine in einer Ventilplatte 3 vorgesehene Bohrung 4, die über eine Drosselstelle 5 auf einen Ventilsitz 6 ausmündet.
Der Ventilsitz 6 verjüngt sich in Richtung auf die Bohrung 4, also entgegen der Anströmrichtung gemäß Pfeil 2 und es ist dem Ventilsitz 6 ein Sperrglied 7 zugeordnet, das hubbeweglich (Pfeil 8) abgestützt ist. Die Abstützung des Sperrgliedes 7 erfolgt im Ausführungsbeispiel (Figur 1) über einen Stellbewegungsübertrager 9, der als im
Durchmesser stabförmiger, dünner Betätigungsstößel ausgebildet ist und der bezogen auf das Steuerventil 1 zur Anströmrichtung gemäß Pfeil 2 gegenüberliegend über einen hier nicht dargestellten Magnetsteller des Einspritzinjektors beaufschlagt und verstellbar ist.
In der Schließlage sitzt das Sperrglied 7 in einer Sitzkontaktzone 10 auf dem Ventilsitz 6 auf, an den niederdruckseitig eine Bohrung 11 in der Ventilplatte 3 anschließt, in die das über den Stellbewegungsübertrager 9 abgestützte Sperrglied 7 eintaucht und die, bezogen auf Figuren 1 und 2, einen Teil des niederdruckseitigen Abströmweges bildet, der, wie in Figur 1 ersichtlich, sich in Querkanälen 12 fortsetzt, die zwischen Ventilplatte 3 und Gehäuse 13 des Steuerventiles 1 liegen, wobei im Ausführungsbeispiel die Ventilplatte 3 gegen das Gehäuse 13 über einen Spannring 14 zentriert und fixiert ist.
In Verbindung mit den hochdruckseitig anstehenden hohen Drücken ergeben sich, bezogen auf die nicht dargestellte Öffnungslage des Sperrgliedes 7, beim Durchströmen der Drosselstelle 5 sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die mit dem Übertritt des Strömungsmediums auf die Niederdruckseite aufgrund des Druckabfalles eine Kavitation der Strömung nach sich ziehen können, wobei die Kavitationsblasen beim Auftreffen auf das Sperrglied 7 und die örtlich damit verbundene Umlenkung und Strömungsverzögerung implodieren können, was an Sperrglied 7 und Ventilsitz 6 zur Kavitationserosion führen kann.
Hier setzt die Erfindung an, wie sie anhand der nachstehenden Figuren 3 bis 9 erläutert ist, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung finden.
Figur 3 veranschaulicht, dass das in den Ausführungsbeispielen als Kugelsegment ausgebildete Sperrglied 7 einen auf die Bohrung 11 abgestimmten Durchmesser aufweist, derart, dass sich in der zur Sitzkontaktzone 10 parallelen Mittelebene 15 des Sperrgliedes 7 eine radiale Führung durch die Bohrung 11 ergibt, die zwar die Hubbeweglichkeit - entsprechend dem Pfeil 8 - des Sperrgliedes 7 im Sinne einer reibungsarmen Gleitführung zulässt, infolge der als Spaltdichtung dienenden Führung aber nachgeordnet zur Sitzfläche 10 einen Raum 16 abgrenzt, von dem aus die Verbindung zur Niederdruckseite gedrosselt folgt. Diese gedrosselte Verbindung ist in Figur 3 über Bohrungen 17 veranschaulicht, die angrenzend an den Ventilsitz 6 auf den Raum 14 ausmünden und die zur Hubachse 18 des Stellbewegungsübertragers 9 radial verlaufen.
Im Übergang von der Hochdruckseite (Pfeil 2) zur Niederdruckseite - symbolisiert in Figur 3 durch die Pfeile 19 - folgen somit zwei Drosselstellen aufeinander, so dass sich ein gestufter Druckabbau mit entsprechend geringerem Druckgefälle an der Drosselstelle 5 in der Anströmung auf das Sperrglied 7 ergibt, wodurch die Verhältnisse im Hinblick auf das Auftreten von Kavitationserosion wesentlich entschärft werden. Die vorgesehene Axialführung für das Sperrglied 7, durch die der Drosselraum 16 zwischen Sitzfläche 10 bzw. Drosselstelle 5 und nachgeordneten Drosselbohrungen 17 abgegrenzt wird, trägt des weiteren auch dazu bei, dass das Sperrglied 7 auch in seiner vom Ventilsitz 6 abgehobenen Lage eine seiner Sperrlage entsprechende Zentrierung beibehält, was zur Stabilisierung der Anströmverhältnisse auf das Sperrglied 7 und der
Umströmungsverhältnisse bezüglich des Sperrgliedes 7 beiträgt und auch die mechanischen Beanspruchungen zwischen Sperrglied 7 und Ventilsitz 6 dadurch reduziert, dass Abweichungen in der Achslage zumindest weitgehend vermieden werden.
Die zentrierende Führungsfunktion für das Sperrglied 7 erweist sich als zweckmäßig, wenn das Sperrglied 7 mit dem Stellbewegungsübertrager 9 fest verbunden ist, oder, ohne zentrierende Verbindung zu diesem, über diesen nur beaufschlagt ist. Ferner erweist sich die Führungsfunktion als zweckmäßig in Verbindung mit vollkugeligen Sperrgliedern, oder auch als Kugelsegment ausgebildeten Sperrgliedern, wobei im Ausführungsbeispiel ein Kugelsegment als Sperrglied 7 vorgesehen ist. Anstelle kugeliger Sperrglieder 7 können auch sich in Richtung auf den Ventilsitz verjüngende, insbesondere konische oder kegelige Sperrglieder 7 vorgesehen sein.
Figuren 5 und 6 stellen Lösungen dar, die funktional dementsprechend, was anhand der Figuren 3 und 4 erläutert wurde. Im konstruktiven Aufbau unterscheiden sie sich von der Lösung gemäß Figuren 3 und 4 durch die Art der Realisierung der Verbindung des Drosselraumes 16 zu Niederdruckseite über entsprechende Drosselbohrungen oder Drosselkanäle, wobei in der Ausgestaltung gemäß Figur 5 Drosselkanäle 20 vorgesehen sind, die ausgehend vom Drosselraum 16 auf die Niederdruckseite (Pfeil 19) ausmünden, wobei in Figur 5 die Drosselkanäle dadurch gebildet sind, dass eine Ventilplatte 21 vorgesehen ist, der eine Deckplatte 22 zugeordnet ist, wobei Ventilplatte 21 und Deckplatte 22 zwischen ihren einander zugewandten Flächen Kanäle 20 bilden, die in die Deckplatte 22, in die Ventilplatte 21 oder auch in beide Platten eingearbeitet sind und die in der Teilungsebene 23 der beiden Platten verlaufen. Die Teilungsebene 23 entspricht der Schnittebene zwischen der Bohrung 11 und dem konischen Ventilsitz 6, so dass die Bohrung 11 in der Deckplatte 22 verläuft und der Ventilsitz 6 in die Ventilplatte 21 eingearbeitet ist. Dies führt insgesamt zu einem vereinfachten Aufbau. Figur 6 geht wiederum von einer Aufteilung in Ventilplatte 24 und Deckplatte 25 aus, wie sie anhand der Figur 5 erläutert wurde. Der Ventilsitz 26 ist auch hier in die Ventilplatte 24 eingearbeitet, die Bohrung 11 ist der Deckplatte 25 zugeordnet und durchsetzt diese, innerhalb des Durchmessers des Ventilsitzes 26 auf diesen ausmündend. Dementsprechend hat der sich in Anströmrichtung gemäß Pfeil 2 aufweitende Ventilsitz 26 einen radialen Überdeckungsbereich zur Deckplatte 25, wobei die Teilebene zwischen Ventilplatte 24 und Deckplatte 25 mit 27 bezeichnet ist und entgegen der Anströmrichtung 2 zur Mittelebene 15 des Sperrgliedes 7 versetzt ist, die axial im Bereich der Bohrung 11 liegt, so dass auch bei dieser Lösung die Führung für das Sperrglied 7 im Bereich der Bohrung 11, in Figur 5 im Bereich der Deckplatte 22, in Figur 6 in der Deckplatte 25 liegt. Dadurch, dass der Durchmesser der Bohrung 11 kleiner als der Durchmesser des konischen Ventilsitzes 26 im Bereich der Teilebene 27 ist, wird der Drosselraum 28 teilweise durch die der Ventilplatte 24 zugewandte Seite der Deckplatte 25 überdeckt, so dass auf den Drosselraum 28 die die Deckplatte 25 axial durchsetzenden Drosselbohrungen 30 ausmünden können. Die Erfindung zeigt also verschiedenste
Anschlussmöglichkeiten des jeweiligen Drosselraumes 16 bzw. 28 zur Niederdruckseite, so dass entsprechenden konstruktiven Anforderungen im Rahmen der Erfindung Rechnung getragen werden kann.
Eine weitere Möglichkeit der drosselnden Verbindung zur Niederdruckseite zeigen die Figuren 7 und 8, wobei auch hier eine Ausgangssituation gegeben ist, wie sie im grundsätzlichen Aufbau jener gemäß Figuren 3 bis 6 entspricht. Die Ventilplatte 31 weist als hochdruckseitigen Zulauf gemäß Pfeil 2 wiederum eine Bohrung 4 auf, die über eine Drosselstelle 5 zentrisch auf den Ventilsitz 6 ausmündet, der in der Schließlage des Sperrgliedes 32 über dieses abgedeckt ist. Als Sperrglied 32 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel ein Kugelsegment vorgesehen, dessen Mittelebene 15 zur Sitzkontaktfläche 10 parallel verläuft und das im Bereich der Mittelebene 15 axial verschieblich geführt und dichtend an der Wandung der Bohrung 33 anliegt, die als Führungsbohrung für das Sperrglied 32 an die Sitzfläche 6 anschließt und zur Sitzfläche 6 zusammen mit dem Sperrglied 32 den Drosselraum 34 abgrenzt. Abgestützt ist das Sperrglied 32 auch in diesem Fall über einen Stellbewegungsübertrager 9, der entsprechend dem Pfeil 8 hubbeweglich ist. Wie Figur 8 veranschaulicht, erfolgt die Verbindung des Drosselraumes 34 zur Niederdruckseite über im Umfang der Bohrung 33 vorgesehene, axial verlaufende Ausnehmungen, die mit 35 bezeichnet sind und die sich in Hubbewegungsrichtung (Pfeil 8) beiderseits der Mittelebene 15 erstrecken, derart, dass, analog zu den Drosselbohrungen 17 bzw. den Drosselkanälen 20 oder den Drosselbohrungen 28, unabhängig von der jeweiligen Hubstellung des Sperrgliedes 32 eine drosselnde Verbindung des Raumes 34 zur Niederdruckseite besteht. Hierzu kann es zweckmäßig sein, den als Stempel oder als Stellstange ausgebildeten Stellbewegungsübertrager 9 im Durchmesser kleiner als das Sperrglied 32 auszuführen, so dass sich die Einarbeitung weiterer Kanäle oder Bohrungen erübrigt.
Ausgehend von einer Grundgestaltung gemäß Figuren 7 und 8 zeigen Figuren 9 und 10 eine Ausbildung, bei der wiederum mit einem als Kugelsegment ausgebildeten Sperrglied 36 gearbeitet wird, das im Bereich seiner zur Sitzkontaktzone 10 parallelen Mittelebene 15 an die Wand der Bohrung 38 angrenzt, die als Führung für das Sperrglied 36 dient und gegenüber der und dem anschließenden Ventilsitz 6 das Sperrglied 36 den Drosselraum 37 abgrenzt. Diesem sind in Richtung auf die Niederdruckseite sich öffnende Abströmquerschnitte zugeordnet, die als Drosselquerschnitte in der Größe ihrer Querschnittsfläche von der Hubstellung des Sperrgliedes 36 abhängig sind. Diese hubveränderlichen Drosselquerschnitte sind durch Ausnehmungen 40 im Umfang der Drosselbohrung 39 gebildet, welche entsprechend dem gewünschten Drosselverhalten gestaltet sein können. So ist in den Figuren 9 und 10 als Beispiel eine Ausgestaltung veranschaulicht, bei der in der Schließlage des Sperrgliedes 36 die Ausnehmungen 40 über das Sperrglied 36 zumindest weitgehend abgesteuert sind und erst mit zunehmendem Öffnungshub freigegeben werden.
Im Rahmen der Erfindung sind somit vielfältige Möglichkeiten gegeben, einen gestuften Drosselübergang von der Hoch- zur Niederdruckseite bei Steuerventilen der beschriebenen Art zu realisieren, wobei sowohl im Hinblick auf Kavitationserosionen wie auch im Hinblick auf die mechanische Abnutzung von Sperrglied und Ventilsitz Lösungen geschaffen sind, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Steuerventiles verbessern.

Claims

Patentansprüche
1. Ventilausbildung für Steuerventile, insbesondere für Steuerventile von Einspritzinjektoren von mit Diesel oder Schweröl betriebenen und mit Speicherdruck- Einspritzung arbeitenden, bevorzugt großvolumigen Brennkraftmaschinen, mit einem
Ventilsitz, der zwischen einem Hochdruckzulauf und einem niederdruckseitigen Sperrglied liegt, das, in seiner Schließlage zum in Schließrichtung sich verjüngenden Ventilsitz über seine Sitzkontaktzone zentriert, entgegen der Anströmrichtung über einen hubbeweglichen Stellbewegungsübertrager in Richtung auf seine Schließlage beaufschlagt ist und dem hochdruckseitig im Zulauf auf den Ventilsitz eine Drosselstrecke gegenüber liegt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sperrglied (7; 32; 36), bezogen auf die Schließlage, angrenzend an die Sitzkontaktzone (10) ein gegen die Niederdruckseite abgegrenzter und zur Niederdruckseite in gedrosselter Verbindung stehender Aufnahmeraum (16; 28; 39) zugeordnet ist.
2. Ventilausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (7; 32; 36), bezogen auf die Schließlage, im an die Sitzkontaktzone (10) angrenzenden Bereich in einem gegen die Niederdruckseite gedrosselt abgegrenzten Raum (16; 28; 39) liegt.
3. Ventilausbildung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Sitzkontaktzone (10) gegenüber liegende Abgrenzung des Raumes (16; 28; 39) durch eine zum Ventilsitz (6) zentrische Führung für das Sperrglied (7; 32; 36) gebildet ist.
4. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (7; 32; 36) ein vom Stellbewegungsübertrager (9) unabhängiges Bauteil bildet.
5. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (7; 32; 36) ein mit dem Stellbewegungsübertrager (9) verbundenes Bauteil bildet.
6. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrglied (7; 32; 36) eine Ventilkugel vorgesehen ist.
7. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrglied (7; 32; 36) ein Kugelsegment mit dem Stellbewegungsübertrager (9) zugeordneter Flachseite vorgesehen ist.
8. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrglied (7; 32; 36) ein sich in Schließrichtung konisch verjüngender Ventilkörper vorgesehen ist.
9. Ventilausbildung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper in Gegenrichtung zu seiner konischen Verjüngung zylindrisch ausläuft.
10. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (6; 26) im Bereich der Sitzfläche sphärisch, insbesondere kalottenförmig ausgebildet ist.
11. Ventilkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (6; 26) im Bereich der Sitzfläche kegelförmig, insbesondere als flacher l^egelstumpf ausgebildet ist.
12. Ventilkörper nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Führung auf den Ventilsitz niederdruckseitig folgend ein zylindrischer Führungsteil (Bohrung 11; 33; 38) vorgesehen ist.
13. Ventilausbildung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Führungsteil (Bohrung 11; 38) an die Fläche des Ventilsitzes (6) anschließt.
14. Ventilausbildung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (26) den zylindrischen Führungsteil (Bohrung 11) radial nach außen übergreift.
15. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsteil (Bohrung 11) einstückig zum Ventilsitz (6) ausgebildet ist.
16. Ventilsitz nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichne , dass einer den Ventilsitz (6) enthaltenden Ventilplatte (21) eine Deckplatte (22) zugeordnet ist, die den Führungsteil (Bohrung 11) enthält.
17. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Führung zur Sitzkontaktzone (10) abgegrenzte Raum (16) einen radialen Anschluss (Bohrung 17; Kanal 20) zur Niederdruckseite aufweist.
18. Ventilausbildung nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Anschluss durch wenigstens einen radialen, durch Ventilplatte (21) und Deckplatte (22) begrenzten Drosselkanal (20) gebildet ist.
19. Ventilanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Anschluss durch wenigstens eine radiale Drosselbohrung (17) gebildet ist.
20. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, %dass der durch die Führung abgegrenzte Raum (16) einen axialen Anschluss (Bohrung 28; Ausnehmung 35; 40) zur Niederdruckseite aufweist.
21. Ventilanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschluss durch eine zur Führung (Bohrung 11) radial versetzte Axialbohrung (28) gebildet ist.
22. Ventilausbildung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbohrung (28) in der Deckplatte (25) vorgesehen ist.
23. Ventilausbildung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschluss eine im Umfang der Führung (Bohrung 33) vorgesehene Ausnehmung (35) umfasst.
24. Ventilausbildung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschluss durch im Umfang der Führung (Bohrung 33) in regelmäßiger Anordnung vorgesehene Ausnehmungen (35) gebildet ist.
25. Ventilausbildung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschluss durch im Umfang des der Führung zugeordneten Bereiches des Sperrgliedes vorgesehene Ausnehmungen und/oder Abflachungen gebildet ist.
26. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Führung abgegrenzte Raum (39) eine vom Hub des Sperrgliedes (36) im Querschnitt abhängige Drosselverbindung (Ausnehmung 40) zur Niederdruckseite aufweist. ^
27. Ventilausbildung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt abhängige Drosselverbindung durch im Umfang der Führung vorgesehene
Ausnehmungen (40) gebildet ist.
28. Ventilausbildung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (40) einen in Hubrichtung zur Niederdruckseite sich erweiternden Querschnitt aufweist.
29. Ventilausbildung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt abhängige Drosselverbindung durch im Umfang des Sperrgliedes vorgesehene Ausnehmungen und/oder Abflachungen gebildet ist.
30. Ventilausbildung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung sich im Querschnitt in Hubrichtung zur Hochdruckseite hin erweitert.
31. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt in Hubrichtung veränderlichen Ausnehmungen von einer im Bereich des Führungsquerschnittes liegenden Querschnittsebene ausgehen.
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