DE102004042189A1 - Valve - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Servoventil für einen Kraftstoff-Injektor im Kraftfahrzeugbau. Das erfindungsgemäße Ventil umfasst ein axial bewegbares Ventilglied (10) und einen Ventilkörper (15), der eine Durchlassbohrung (25) und einen Dichtsitz (20) aufweist, an welchem ein Dichtabschnitt (35) eines freien Endabschnitts des Ventilglieds (10) in einer Schließstellung des Ventils dichtend ansitzt. Der freie Endabschnitt des Ventilglieds (10) weist in der Schließstellung des Ventils einen sich in die Durchlassbohrung (25) hinein- oder sich durch diese hindurcherstreckenden profilierten Abschnitt (30) auf, der innerhalb der Durchlassbohrung (25) derart positionierbar ist, dass der profilierte Abschnitt (30) in Abhängigkeit seines Profils und einem Hub des Ventilglieds (10) in der Durchlassbohrung (25) einen variablen Durchflussquerschnitt eröffnet.The invention relates to a valve, in particular a servo valve for a fuel injector in motor vehicle construction. The valve according to the invention comprises an axially movable valve member (10) and a valve body (15) having a passage bore (25) and a sealing seat (20) on which a sealing portion (35) of a free end portion of the valve member (10) in a closed position the valve seated sealingly. The free end portion of the valve member (10) has, in the closed position of the valve, a profiled portion (30) extending into or through the passage bore (25) and positionable within the passage bore (25) such that the profiled one Section (30) depending on its profile and a stroke of the valve member (10) in the passage bore (25) opens a variable flow area.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Servoventil für einen Kraftstoff-Injektor im Kraftfahrzeugbau.The The invention relates to a valve, in particular a servo valve for a Fuel injector in motor vehicle construction.

In der Kraftfahrzeugtechnik sind Kraftstoff-Injektoren mit digital schaltenden Servoventilen bekannt, die nur zwei Stellungen eines Ventilglieds erlauben, eine vollständig geöffnete oder eine vollständig geschlossene. Dies schränkt die Möglichkeiten der Kraftstoffeinspritzung, insbesondere in Bezug auf Zeitdauer (v. a. bei kurzen Einspritzzeiten) und Einspritzmenge in einen Brennraum stark ein. Durch das nahezu digitale Öffnen der Ventilnadel kommt es in Steuerräumen des Injektors zu schlagartigen Druckabfällen, was eine Dosierung von Kleinstmengen nahezu unmöglich macht, die insbesondere für Vor- und Nacheinspritzungen notwendig ist.In Automotive technology are fuel injectors with digital switching servo valves known only two positions one Valve member allow a fully open or fully closed. This restricts the possibilities of Fuel injection, in particular with respect to duration (v. a. with short injection times) and injection quantity into a combustion chamber strong. Due to the almost digital opening of the valve needle comes it in control rooms the injector to sudden pressure drops, resulting in a dosage of Small amounts almost impossible makes that particular for Pre and post injections is necessary.

Dies führt zu einem erhöhten Verbrauch des Motors und darüber hinaus, aufgrund nicht optimaler Verbrennung, zusätzlich zu erhöhten Abgasemissionen des Fahrzeugs und zu erhöhten Geräuschemissionen, da ein vergleichsweise langsames Öffnen und ein schnelles Schließen der Düsennadel bzw. eine Voreinspritzung nicht möglich sind. Ferner weisen solche Konzepte hohe Schaltleckageströme auf (nur ein Bruchteil des pro Kurbelwellenumdrehung geförderten Kraftstoffs wird tatsächlich in den Motor eingespritzt), die die Hochdruckpumpe (Leistungsaufnahme bei Volllast ca. 3 bis 10 kW) erneut komprimieren und fördern muss.This leads to an increased Consumption of the engine and above in addition, due to not optimal combustion, in addition to increased Exhaust emissions of the vehicle and to increased noise emissions, as a comparatively slow opening and a quick closing the nozzle needle or a pre-injection are not possible. Furthermore, such Concepts high switching leakage currents on (only a fraction of the per crankshaft revolution funded Fuel is actually injected into the engine), which the high-pressure pump (power consumption at full load approx. 3 to 10 kW) must compress and feed again.

Diesen schlagartigen Druckabfällen kann durch Zu- und Ablaufdrosseln am Servoventil begegnet werden. Da die Drosseln aber konstante Querschnitte aufweisen, ist die Flexibilität, insbesondere bei Konzepten mit zwei Düsennadeln, die ein langsames Öffnen der ersten Düsennadel und ein schlagartiges Öffnen der zweiten Düsennadel erfordern, stark eingeschränkt. Nur für einen Punkt im Kennfeld können optimale Bedingungen erzielt werden.this sudden pressure drops can be countered by inlet and outlet throttles on the servo valve. But since the throttles have constant cross sections, the flexibility is, especially at Concepts with two nozzle needles, the slow opening the first nozzle needle and a sudden opening the second nozzle needle require, severely restricted. Only for a point in the map can optimal conditions are achieved.

Ferner ist aus der EP 0 741 244 A2 eine Einspritzdüse eines Common-Rail-Systems bekannt, die mittels eines piezoelektrischen Aktuators ein Ventilglied eines Servoventils mit bekannter Dichtgeometrie in zwei Schritten gemäß eines elektrischen Signals verstellt, wobei das Servoventil eine quadratische, angenähert lineare oder logarithmische Durchflusskennlinie aufweist.Furthermore, from the EP 0 741 244 A2 an injection nozzle of a common rail system is known, which adjusts a valve member of a servo valve with known sealing geometry in two steps according to an electrical signal by means of a piezoelectric actuator, wherein the servo valve has a square, approximately linear or logarithmic flow characteristic.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil, z. B. für einen Kraftstoff-Injektor eines Common-Rail-Einspritzsystems, zur Verfügung zu stellen, dass zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, der Abgasemissionen und der Geräuschemissionen eine möglichst flexible Einspritzung, vor allem in Bezug auf Einspritzmenge, -dauer und Art (getaktet/nicht getaktet, mit/ohne Vor-/Nacheinspritzung, Gestaltung des Düsennadelhubs in Abhängigkeit von der Zeit), mit möglichst wenig Schaltleckage ermöglicht.Of the Invention is therefore based on the object, a valve, for. B. for one Fuel injector of a common-rail injection system, available too put that to reduce fuel consumption, exhaust emissions and the noise emissions one possible flexible injection, especially in terms of injection quantity, duration and type (clocked / not clocked, with / without pre / post injection, Design of the nozzle needle stroke dependent on from the time), with as possible low switching leakage allows.

Diese Aufgabe wird mit einem Ventil gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen Erfindungsgemäß ist eine besondere Profil-Ausgestaltung eines freien Endabschnitts eines beweglichen Ventilteils (Ventilglied) eines Ventils vorgesehen.These Task is solved with a valve according to claim 1. preferred Trainings are in the dependent claims According to the invention is a special profile design of a free end portion of a movable valve member (valve member) of a valve provided.

Bevorzugt ragt oder durchragt dieses Ventilteil in einer Schließstellung des Ventils eine Durchlassbohrung, wobei ein freier Endabschnitt des Ventilteils innerhalb der Durchlassbohrung derart angeordnet werden kann, dass ein Profilabschnitt des freien Endabschnitts in Abhängigkeit vom Hub des Ventilglieds und der Geometrie des Profilabschnitts einen variablen Durchflussquerschnitt eröffnet.Prefers protrudes or protrudes through this valve member in a closed position the valve has a passage bore, wherein a free end portion the valve member disposed within the passage bore such can be that a profile section of the free end section in dependence from the stroke of the valve member and the geometry of the profile section opens a variable flow area.

Mit Hilfe der Geometrie des Profilabschnitts wird der Abflussquerschnitt des Ventils durch Zusammenwirken dieser Geometrie mit dem Ventilgliedhub innerhalb der Durchlassbohrung definiert. Dieser Profilabschnitt kann den Durchfluss von Fluid durch das Ventil über weite Strecken des Ventilgliedhubs oder über den gesamten Hub des Ventilglieds hinweg drosseln.With Help of the geometry of the profile section becomes the discharge cross section the valve by interaction of this geometry with the valve member stroke within defines the passage bore. This profile section can the Flow of fluid through the valve over long distances of the valve member stroke or over the throttle the entire stroke of the valve member.

Hierdurch wird z. B. die Ablaufdrossel in einem Kraftstoff-Injektor überflüssig und das Ventil übernimmt zusätzlich die Funktion einer variablen Drossel, was es wiederum ermöglicht, nicht nur einen sondern eine Vielzahl von Punkten des Kennfeldes optimal umzusetzen. Mittels des erfindungsgemäßen Profilabschnitts bricht ein Druck in einem Steuerraum nicht mehr schlagartig zusammen, sondern baut sich entsprechend des drosselnden Profilabschnitts nur verzögert und auf ein beliebig wählbares Druckniveau ab, welches durch Abstimmung von Zu- und Ablaufvolumenstrom einstellbar ist. Mittels dieser Steuerdruck- bzw. Durchflussquerschnitt-Modulation lässt sich die Öffnungscharakteristik der Düsennadel(n) und damit die Einspritzrate beliebig an den Bedarf des Motors anpassen.hereby is z. B. the outlet throttle in a fuel injector superfluous and takes over the valve additionally the function of a variable throttle, which in turn allows not just one but a variety of points of the map optimal implement. By means of the profile section according to the invention breaks a pressure in a control room no longer abruptly together, but builds up according to the throttling profile section only delayed and to an arbitrary Pressure level, which by tuning of inflow and outflow volume is adjustable. By means of this control pressure or flow cross-section modulation can be the opening characteristic the nozzle needle (s) and thus adjust the injection rate arbitrarily to the needs of the engine.

Erfindungsgemäß kann die Durchflusskennlinie des Ventils über den gesamten Hub des Ventilglieds frei wählbar gestaltet werden, um so für möglichst viele Punkte im Kennfeld optimale Bedingungen zu erzielen.According to the invention, the Flow characteristic of the valve over the entire stroke of the valve member can be made freely selectable to so for preferably many points in the map to achieve optimal conditions.

Das Ventilglied ist direkt oder indirekt, insbesondere mittels eines piezoelektrischen Aktuators, bevorzugt teilhubweise hin- und herbewegbar.The Valve member is directly or indirectly, in particular by means of a piezoelectric actuator, preferably half-stroke reciprocating.

Ein Piezokristall lässt sich auch gegen hohe Drücke mit einfachen Mitteln teilhubweise oder auch kontinuierlich ansteuern, was z. B. die Konstruktion eines druckausgeglichenen Ventils überflüssig macht. Druckausgeglichene Ventile verursachen zusätzliche Leckagen, die die Leistung am Getriebe herabsetzen, also diejenige, die für die Fortbewegung des Fahrzeugs zur Verfügung steht.One Piezo crystal leaves also against high pressures drive with partial means or with continuous flow, what for. B. makes the construction of a pressure balanced valve superfluous. Pressure compensated valves cause additional leakage that affects performance reduce the gear, so the one for the movement of the vehicle to disposal stands.

Der Durchfluss durch das Ventil ist mittels Formgebung des Profilabschnittes und/oder der Durchlassbohrung nahezu beliebig einstellbar.Of the Flow through the valve is by means of shaping of the profile section and / or the passage bore almost arbitrarily adjustable.

Dies ermöglicht es für viele Punkte im Kennfeld optimale Bedingungen ohne großen konstruktiven Aufwand zu erzielen. Unter Formen die gleiche Drosselwirkung aufweisen, kann diejenige mit dem geringsten Verschleiß ausgewählt werden.This allows it for many points in the map optimal conditions without great constructive To achieve effort. Under forms have the same throttle effect, the one with the least wear can be selected.

In einer bevorzugten Ausführungsform entsteht zwischen dem profilierten Abschnitt in der Durchlassbohrung und der Innenwand der Durchlassbohrung ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Spaltvolumen.In a preferred embodiment arises between the profiled section in the passage bore and the inner wall of the passage bore has a substantially hollow cylindrical gap volume.

Dies ist insbesondere bei Spannungsschwankungen der Aktuator-Antriebseinheit von Vorteil, da es somit möglich ist, für bestimmte Versorgungsspannungsbereiche immer den gleichen Durchflussquerschnitt zu eröffnen. D. h. auf eine exakte Spannungsversorgung kann verzichtet werden.This is especially at voltage fluctuations of the actuator drive unit advantageous as it is thus possible is for certain supply voltage ranges always the same flow cross-section to open. Ie. an exact voltage supply can be dispensed with.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der profilierte Abschnitt einen aus zwei spitzen Kegelstümpfen zusammengesetzten Fortsatz des freien Ventilgliedendes, der bevorzugt einstückig am freien Ende des Ventilglieds ausgebildet ist. Ein Kegelstumpf kann dabei einen zylindrischen Abschnitt aufweisen der für den kleinsten Ringspalt vorgesehen ist.at a preferred embodiment The profiled section comprises a composite of two pointed truncated cones Extension of the free valve member end, preferably in one piece on the free End of the valve member is formed. A truncated cone can do this a cylindrical portion provided for the smallest annular gap is.

Diese Form eignet sich hervorragend für eine Vor- und darauffolgende Haupteinspritzung. Für die Voreinspritzung sind Spaltweiten (aufgrund des Zylinderabschnitts) im ein bis zweistelligen μm-Bereich vorgesehen. Die einstückige Ausbildung am Ventilglied verleiht dem Ventil eine höhere Lebensdauer.These Shape is great for a pre and subsequent main injection. For the pre-injection are gap widths (due to the cylinder portion) provided in one to two-digit micron range. The one-piece Training on the valve member gives the valve a longer life.

Für eine "feine" Einstellung der Durchflusskennlinie, ist es vorteilhaft am Profilabschnitt einen Flächenanschliff vorzusehen. Wird dieser mit einem Winkel bezüglich der Ventilgliedachse ausgeführt, ist die Steigung der Durchflusskennlinie, insbesondere der linearen Abschnitte, in weiten Bereichen einstellbar.For a "fine" setting the Flow characteristic, it is advantageous on the profile section a Flächenanschliff provided. If this is at an angle with respect to the valve member axis executed is the slope of the flow characteristic, in particular the linear Sections, adjustable in wide ranges.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist es für eine exakte Dosierung der Einspritz- bzw. Durchflussmenge und somit auch für die Bewegungskurve der Düsennadel in der Zeit von großem Vorteil wenn die sich verformenden Bauteile beim Öffnen des Ventils beim Ventilgliedteilhub mitberücksichtigt sind.In a preferred embodiment is it for an exact dosage of the injection or flow rate and thus also for the movement curve of the nozzle needle in the time of great Advantage if the deforming components when opening the Valve are taken into account when Ventilgliedteilhub.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below in embodiments with reference to FIG associated Drawing closer explained. Show it:

1: eine allgemeine, schematische Darstellung eines Kraftstoff-Injektors gemäß des Stands der Technik, 1 FIG. 2 is a general schematic of a prior art fuel injector. FIG.

2: einen erfindungsgemäßen Injektor mit einem erfindungsgemäßen Servoventil, 2 : an injector according to the invention with a servo valve according to the invention,

3: einen dichtenden Abschnitt des erfindungsgemäßen Servoventils in Schließstellung in Seitenansicht, 3 a sealing section of the servo valve according to the invention in the closed position in side view,

4: eine Frontansicht der 3, 4 : a front view of the 3 .

5: Durchflusskennlinien des erfindungsgemäßen Servoventils im Vergleich mit Durchflusskennlinien eines Servoventils gemäß des Stands der Technik. 5 : Flow characteristics of the servo valve according to the invention in comparison with flow characteristics of a servo valve according to the prior art.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines servohydraulisch betätigten, hubgesteuerten Injektors 100 eines Common-Rail-Einspritzsystems für Dieselfahrzeuge gemäß des Stands der Technik mit einem digital schaltenden, elektromagnetisch betätigten 2/2-Servoventil 105 (2 Anschlüsse/2 Schaltstellungen), einer Zulaufdrossel 110, einer Ablaufdrossel 115 sowie einem Steuerraum 120, einer Injektor- bzw. Düsennadel 125 und einem Düsenraum 130. Digital schaltend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das 2/2-Servoventil 105 nur zwei fixe Ventilgliedpositionen aufweist: Vollständig geöffnet und vollständig geschlossen. Zwischen diesen beiden Positionen schaltet das Servoventil 5 schlagartig hin und her. 1 shows the basic structure of a servohydraulisch actuated, stroke-controlled injector 100 a common rail injection system for diesel vehicles according to the prior art with a digitally switching, electromagnetically actuated 2/2-servo valve 105 (2 connections / 2 switching positions), one inlet throttle 110 , an outlet throttle 115 as well as a control room 120 , an injector or nozzle needle 125 and a nozzle space 130 , Digital switching in this context means that the 2/2-Servovalve 105 only has two fixed valve member positions: fully open and fully closed. The servo valve switches between these two positions 5 abruptly back and forth.

Der Injektor 100 gemäß des Stands der Technik arbeitet wie folgt: Der Steuerraum 120 wird über eine Zuleitung 140 und die Zulaufdrossel 110 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff aus einem Rail 135 versorgt, der einen Zustrom von Kraftstoff mit konstantem Hochdruck gewährleistet. Ferner ist der Steuerraum 120 über die Ablaufdrossel 115 und dem 2/2-Servoventil 105 mit einer Rücklaufleitung 145 verbunden, die in einen unter Umgebungsdruck stehendem Kraftstofftank mündet. Im dargestellten Zustand ist das 2/2-Servoventil 105 geschlossen und in der Zuleitung 140, der Zulaufdrossel 110, dem Steuerraum 120, der Ablaufdrossel 115 und dem Düsenraum 130 herrscht ein gemeinsamer Druck, der sog. Rail-Druck (bis über 2.000 bar). In dieser Stellung ist der Injektor 100 geschlossen; es findet keine Einspritzung von Kraftstoff in den Motorraum statt. Zu Beginn einer Einspritzung wird das Servoventil 105 geöffnet, Kraftstoff fließt vom Steuerraum 120 durch die Ablaufdrossel 115 und das Servoventil 105 zur Rücklaufleitung 145. Gleichzeitig fließt Kraftstoff über die Zulaufleitung 140 und die Zulaufdrossel 110 zum Steuerraum 120. Durch eine unterschiedliche Bemessung des effektiven Drosselquerschnitts zwischen Zulaufdrossel 110 (vergleichsweise klein) und der Ablaufdrossel 115 (vergleichsweise groß) stellt sich im Steuerraum 120 schlagartig ein niedrigerer Druck ein als im Rail 135 und somit auch im Düsenraum 130 an der Düsennadelunterseite. Die Düsennadel 125 wird vom unter Hochdruck stehenden Kraftstoff an einer ihr vorgesehenen Druckschulter o. ä. nach oben gedrückt; die Einspritzung beginnt. Zum Abschluss der Einspritzung wird das 2/2-Servoventil 105 wieder geschlossen und der Steuerraum 120 über die Zulaufdrossel 110 gefüllt. Dabei wird die Düsennadel 125 vom Kraftstoffdruck im Steuerraum 120 und ggf. einer Düsenfeder 150 nach unten gedrückt; die Einspritzung ist beendet.The injector 100 According to the prior art operates as follows: The control room 120 is via a supply line 140 and the inlet throttle 110 with high pressure fuel from a rail 135 supplied, which ensures an influx of fuel with constant high pressure. Further, the control room 120 over the outlet throttle 115 and the 2/2 servo valve 105 with a return line 145 connected, which opens into a standing under ambient pressure fuel tank. In the illustrated state is the 2/2-Servovalve 105 closed and in the supply line 140 , the inlet throttle 110 , the control room 120 , the outlet throttle 115 and the nozzle space 130 There is a common pressure, the so-called rail pressure (up to more than 2,000 bar). In this position is the injector 100 closed; it does not find any injection of fuel into the engine space instead. At the beginning of an injection, the servo valve 105 open, fuel flows from the control room 120 through the outlet throttle 115 and the servo valve 105 to the return line 145 , At the same time, fuel flows via the supply line 140 and the inlet throttle 110 to the control room 120 , By a different dimensioning of the effective throttle cross-section between inlet throttle 110 (comparatively small) and the outlet throttle 115 (comparatively large) arises in the control room 120 abruptly a lower pressure than in the rail 135 and therefore also in the nozzle space 130 at the nozzle needle base. The nozzle needle 125 is pushed upwards by the high-pressure fuel at a pressure shoulder or the like provided for it; the injection begins. To complete the injection, the 2/2-Servovalve 105 closed again and the control room 120 via the inlet throttle 110 filled. This is the nozzle needle 125 from the fuel pressure in the control room 120 and possibly a nozzle spring 150 pressed down; the injection is finished.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Einspritzdüse mit einem erfindungsgemäßen Servoventil 5. Es sei schon an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung nicht auf Servoventile für Injektoren o. ä. beschränkt, sondern Ventile umfassen soll, die allgemein als Ventile mit variabler Drosselfunktion bzw. variablen Durchflussquerschnitt einsetzbar sind. Gleiche Bauteile der 2 mit 1 sind in 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen. 2 shows an injection nozzle according to the invention with a servo valve according to the invention 5 , It should be noted at this point that the invention is not limited to servo valves for injectors o. Ä., But should include valves that are generally used as valves with variable throttle function or variable flow area. Same components of the 2 With 1 are in 2 provided with the same reference numerals.

Im Gegensatz zu 1 zeigt 2 eine Einspritzdüse ohne Ablaufdrossel und mit bevorzugt piezoelektrisch betriebenem Servoventil 5. In diesem Fall ist das Servoventil 5 beispielhaft ein 2/4-Servoventil (2 Anschlüsse/4 Schaltstellungen), was jedoch je nach Einsatzgebiet des Ventils variieren kann. So sind beispielsweise 2/2-, 2/3-, 2/5-Servoventile oder solche mit noch mehr Schaltstellungen ebenso denkbar, wie Ventile mit teilweise oder vollständig kontinuierlich bewegbaren Ventilglied, was vom jeweiligen Einsatzgebiet und den Anforderungen an das Servoventil 5 abhängt. Ein Variieren der Ventilgliedgeschwindigkeit, incl. Stopps des Ventilglieds bei einem bestimmten Hub, ist ebenso denkbar. Ferner ist es möglich, das Servoventil 5 nicht über einen piezoelektrischen Aktuator zu betätigen, sondern z. B. über einen elektromagnetischen Aktuator, der insbesondere bei druckausgeglichenen Ventilen 5 Vorteile bringen kann.In contrast to 1 shows 2 an injection nozzle without outlet throttle and with preferably piezoelectrically operated servo valve 5 , In this case, the servo valve 5 For example, a 2/4-Servovalve (2 connections / 4 switch positions), which may vary depending on the application of the valve. Thus, for example, 2/2, 2/3, 2/5-servo valves or those with even more switching positions are just as conceivable as valves with partially or fully continuously movable valve member, depending on the particular application and the requirements for the servo valve 5 depends. A variation of the valve member speed, including stops of the valve member at a certain stroke, is also conceivable. Furthermore, it is possible the servo valve 5 not to operate on a piezoelectric actuator, but z. B. via an electromagnetic actuator, in particular in pressure-balanced valves 5 Can bring benefits.

Das Servoventil 5 ist bevorzugt schrittweise und bevorzugt mittels eines piezoelektrischen Aktuators gesteuert. Dies eröffnet weitere Freiheitsgrade bei der Auslegung von Servoventilen 5, insbesondere derer verschieblicher Ventilglieder und/oder derer Durchlassbohrungen, wodurch das Servoventil 5 die Funktion der Ablaufdrossel übernehmen kann, was diese dann wiederum obsolet macht. Das Servoventil 5 wird auf die Funktion einer variablen Drossel erweitert. Dies wird durch eine besondere Ausgestaltung eines beispielhaft in 3 und in 4 gezeigten Ventilglieds 10 ermöglicht.The servo valve 5 is preferably controlled stepwise and preferably by means of a piezoelectric actuator. This opens up further degrees of freedom in the design of servo valves 5 , in particular of these displaceable valve members and / or their passage bores, whereby the servo valve 5 can take over the function of the outlet throttle, which then makes them obsolete again. The servo valve 5 is extended to the function of a variable throttle. This is exemplified by a particular embodiment of an example 3 and in 4 shown valve member 10 allows.

Die 3 und die 4 zeigt jeweils einen Abschnitt eines Ventils 5 in Schließstellung (d. h. Ventil 5 vollständig geschlossen und Fluiddicht). In einer Offen stellung des Ventils 5 findet an diesem Abschnitt ein Druckabfall statt.The 3 and the 4 each shows a section of a valve 5 in closed position (ie valve 5 completely closed and fluid tight). In an open position of the valve 5 There will be a pressure drop at this section.

Das Servoventil 5 weist ein direkt oder indirekt mit einem Aktuator (nicht dargestellt) betätigbares Ventilglied 10 und einen Ventilkörper 15 mit, bevorzugt zylindrischer, Durchlassbohrung 25 oder Durchlassblende auf. Der Ventilkörper 15 weist einen Dichtsitz 20 auf, an welchem ein Dichtabschnitt 35 des Ventilglieds 10 in der Schließstellung des Servoventils 5 dichtend ansitzt. In diesem Ausführungsbeispiel schließt sich direkt benachbart an den Dichtsitz 20 des Ventilkörpers 15 die Durchlassbohrung 25 an. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, ebenso können Durchlassbohrung 25 und Dichtsitz 20 weiter voneinander weg angeordnet sein. Unten, in der 4 dargestellt, schließt sich an das Servoventil 5 der Steuerraum 120 des Injektors bzw. die Leitung zum Steuerraum 120 an, während der obere Raum des Servoventils 5 zur Rücklaufleitung 145 und von dort aus zum umgebungsdruckbehafteten Kraftstofftank führt.The servo valve 5 has a directly or indirectly with an actuator (not shown) operable valve member 10 and a valve body 15 with, preferably cylindrical, passage bore 25 or transmission aperture. The valve body 15 has a sealing seat 20 on, at which a sealing portion 35 of the valve member 10 in the closed position of the servo valve 5 sitting tightly. In this embodiment, immediately adjacent to the sealing seat closes 20 of the valve body 15 the passage bore 25 at. However, this is not absolutely necessary, as well can passage hole 25 and seal seat 20 be further away from each other. Below, in the 4 shown, connects to the servo valve 5 the control room 120 of the injector or the line to the control room 120 on, while the upper space of the servo valve 5 to the return line 145 and from there leads to the ambient pressure fuel tank.

Das Ventilglied 10 weist an seinem freien Endabschnitt einen profilierten Abschnitt 30 auf, der wenigstens in der Schließstellung des Ventils 5 in die Durchlassbohrung 25 hinein oder durch diese hindurchragt. Mit freiem Endabschnitt wird derjenige Teil des Ventilglieds 10 bezeichnet der auf der vom Aktuator abgewandten Seite des Ventilglieds 10 liegt. Dieser Endabschnitt kann mehr als 2/3 der gesamten Länge des Ventilglieds 10 betragen, was insbesondere bei druckausgeglichenen Ventilen und/oder Ventilen mit drei Anschlüssen der Fall sein kann.The valve member 10 has at its free end portion a profiled section 30 on, at least in the closed position of the valve 5 into the passage hole 25 into or through it. With free end portion of that part of the valve member 10 denotes the on the side facing away from the actuator side of the valve member 10 lies. This end portion may be more than 2/3 of the entire length of the valve member 10 be, which may be the case in particular with pressure balanced valves and / or valves with three connections.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der profilierte Abschnitt 30 nicht unbedingt, wie in den 3 und 4 gezeigt, ein Fortsatz sein muss, der sich am Ende des Ventilglieds 10 befindet. Es ist ebenso denkbar, dass dieser profilierte Abschnitt 30 z. B.:

  • • bei einem druckausgeglichenen (Vorteil: ermöglichen aufgrund geringer Ventilbetätigungskräfte nur eine kleine Ausführung des Aktuators), außenöffnenden Servoventil zwischen dem fluiddichtenden Abschnitt des Ventils und dem zusätzlich geführten Kolben;
  • • bei einem druckausgeglichenen, innenöffnenden Servoventil zwischen dem fluiddichtenden Abschnitt des Ventils und dem Richtung Aktuator weiterführendem Abschnitt des Ventilglieds (also gegenüber des zusätzlich geführten Kolbens) angeordnet ist; und
  • • bei Servoventilen mit drei Anschlüssen können zwei (unterschiedlich) profilierte Abschnitte am Ventilglied vorgesehen sein, die wiederum je nach Bauart (druckausgeglichen/nicht druckausgeglichen, außenöffnend/innenöffnend, sowie Kombinationen davon) an unterschiedlichen Stellen des freien Endabschnitts des Ventilglieds angeordnet sein.
It should be noted that the profiled section 30 not necessarily, as in the 3 and 4 shown must be an extension that extends at the end of the valve member 10 located. It is also conceivable that this profiled section 30 z. B .:
  • In the case of a pressure-balanced (advantage: due to low valve actuation forces, only a small version of the actuator), an externally opening servovalve between the fluid-tight section of the valve and the additionally guided piston;
  • In the case of a pressure-balanced, inwardly opening servovalve, between the fluid-sealing section of the valve and the section of the valve member which extends further away from the direction of the actuator (that is, with respect to the additionally guided piston) ordered is; and
  • • For three-port servovalves, two (differently) profiled sections may be provided on the valve member, which in turn may be located at different locations on the free end portion of the valve member, depending on the design (pressure balanced / non-pressure balanced, external / internal opening, and combinations thereof).

Der Abschnitt 30 erweitert nun die Funktion des Servoventils 5 auf die eines Servoventils 5 mit variablem Drosselquerschnitt. Daher kann man den Abschnitt 30 auch als Drosselabschnitt und hier in diesem Ausführungsbeispiel als Drosselfortsatz oder Drosselzapfen bezeichnen. Zusätzlich erweitert sich die Funktion der Durchlassbohrung (25) auf die einer Drosselbohrung.The section 30 now extends the function of the servo valve 5 on the one of a servo valve 5 with variable throttle cross section. Therefore you can see the section 30 Also referred to as throttle section and here in this embodiment as throttle extension or throttle pin. In addition, the function of the passage bore ( 25 ) on the one throttle bore.

Das Servoventil 5 arbeitet wie folgt: Zu Beginn einer Einspritzung, für z. B. eine Voreinspritzung (ähnlich kann mit einer Nacheinspritzung verfahren werden), wird das Ventilglied 10 mit einem ersten Teilhub, nur ein kleines Stück aus der Durchlassbohrung 25 herausbewegt, sodass aufgrund einer Geometrie des profilierten Abschnitts 30 ein sehr kleiner Ringspalt (bevorzugt im ein- bis zweistelligen μm-Bereich) entsteht. Der Druck im Steuerraum 120 baut sich nun nicht mehr schlagartig ab sondern entweicht kontrolliert, was eine präzise Steuerung der Düsennadel 125 ermöglicht und daher ein genaues Einstellen der Einspritzmenge und der Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 125. Somit ist ein beliebiges Druckniveau im Steuerraum 120 wählbar, welches sich durch Abstimmung von Zu- und Ablaufvolumenstrom ergibt. Nach Beenden dieser Voreinspritzung ist es z. B. möglich das Servoventil 5 wieder zu schließen und anschließend mit einem zweiten, größeren Teilhub die Haupteinspritzung, die getaktet sein kann, zu Beginnen oder das Ventilglied 10 gleich weiter heraus aus der Durchlassbohrung 25 mit einem zweiten Teilhub entweder ganz oder nicht ganz bis zum Anschlag des Ventilglieds 10 zu bewegen und so die Haupteinspritzung einzuleiten.The servo valve 5 works as follows: At the beginning of an injection, for z. B. a pre-injection (similar can be moved with a post-injection), the valve member 10 with a first partial stroke, only a small piece from the passage bore 25 moved out, so due to a geometry of the profiled section 30 a very small annular gap (preferably in the one to two-digit micron range) is formed. The pressure in the control room 120 does not build up abruptly anymore but escapes in a controlled manner, which means precise control of the nozzle needle 125 allows and therefore an accurate adjustment of the injection quantity and the opening speed of the nozzle needle 125 , Thus, any pressure level in the control room 120 selectable, which results from the coordination of inflow and outflow volume. After completing this pilot injection, it is z. B. possible the servo valve 5 close again and then with a second, larger partial lift the main injection, which may be timed to start or the valve member 10 Immediately further out of the passage bore 25 with a second partial stroke either completely or not quite up to the stop of the valve member 10 to move and thus initiate the main injection.

Die Öffnungs- und/oder Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 125 und die Einspritzmenge (Vor- und Nacheinspritzung, getaktete oder nicht getaktete Haupteinspritzung, Düsennadelführung während der Haupteinspritzung) lassen sich mittels Einstellen der Ventilgliedhübe (Teilhübe mit kontinuierlichen oder nicht kontinuierlichen Ventilgliedbewegungen oder eines 'langsamen' Vollhubs) und des jeweils korrespondierenden Profils des Abschnitts 30 beliebig einstellen.The opening and / or closing speed of the nozzle needle 125 and the injection quantity (pre and post injection, main injection or non-pulsed injection, nozzle needle guidance during the main injection) can be adjusted by adjusting the valve member strokes (partial strokes with continuous or discontinuous valve member movements or a slow full stroke) and the corresponding profile of the segment 30 set as desired.

So kann der profilierte Abschnitt z. B.: Stellenweise (rotations-)symmetrisch oder unsymmetrisch sein; die Profilstufen können harte Kanten (geringer Kantenradius oder Unstetigkeitsstellen (scharfe Kante)) oder weiche Kanten (größerer Kantenradius) aufweisen; Abschnittsweise kann der Profilabschnitt zylindrisch, kegelig, kegelstumpfförmig, ellipsoid, kugelig, tonnenförmig oder mit rotationssymetrischen Flächen höherer Ordnung ausgestaltet ist; es können sich Anschliffe darauf befinden; ein wieder Breiterwerden (Erhöhung des Durchmessers) des Abschnitts mit sich erhöhendem Ventilgliedhub ist möglich. Beliebige Kombinationen dieser Ausgestaltungen sind natürlich ebenso möglich, wie auch beliebige Volumina mit idealisiert unstetigen Flächenübergängen.So can the profiled section z. B: In places (rotationally) symmetrical or be asymmetrical; the treads can have hard edges (lower Edge radius or discontinuities (sharp edge)) or soft Edges (larger edge radius) exhibit; Sectionwise, the profile section can be cylindrical, conical, frustoconical, ellipsoid, spherical, barrel-shaped or designed with rotationally symmetric surfaces of higher order is; it can there are polishes on it; a widening again (increasing the Diameter) of the section with increasing Ventilgliedhub is possible. any Combinations of these embodiments are of course possible as well also any volumes with idealized discontinuous surface transitions.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servoventils 5 mit dem erfindungsgemäßen freien profilierten Endabschnitt des Ventilglieds 10 ist ausschnittweise in den 3 und 4 dargestellt.A preferred embodiment of the servo valve according to the invention 5 with the inventive free profiled end portion of the valve member 10 is partially in the 3 and 4 shown.

Das Ventilglied 10 weist als Profilabschnitt 30 einen gestuften Fortsatz auf, der in der Schließstellung des Servoventils 5 durch die Durchlassbohrung 25 hindurchsteht, jedoch auch nur in diese hineinragen kann. Der Fortsatz ist hauptsächlich aus zwei im Wesentlichen spitzen Kegelstümpfen 65, 70 zusammengesetzt, die über einen kurzen Übergang 75, der eine flache Kegelstumpfform aufweist, miteinander stetig, d. h. mit abgerundeten Stoßkanten, verbunden. Bevorzugt ist dieser Fortsatz des Ventilglieds 10 mit diesem einstückig ausgebildet.The valve member 10 has as profile section 30 a stepped extension in the closed position of the servo valve 5 through the passage hole 25 through, but also can only protrude into this. The extension is mainly composed of two substantially pointed truncated cones 65 . 70 put together over a short transition 75 having a flat truncated cone shape, connected to each other steadily, ie with rounded abutting edges. This extension of the valve member is preferred 10 formed integrally with this.

Der Kegelstumpf 65 mit dem größten vorhandenem Durchmesser schließt sich mit der Seite seines größten Durchmessers direkt an den Dichtabschnitt 35 des Ventilglieds 10 an. An der Seite dieses Kegelstumpfs 65, die dessen kleinsten Durchmesser aufweist schließt sich der Übergang 75 an, an welchen sich wiederum der Kegelstumpf 70 mit dem kleinsten Durchmesser anschließt, jedoch mit der Seite seines größten Durchmessers. Der kleinste Durchmesser dieses Kegelstumpfs 70 ist an seinen freien Kanten abgerundet und ragt bevorzugt in den Steuerraum 120 bzw. dessen Zuleitung.The truncated cone 65 with the largest existing diameter closes with the side of its largest diameter directly to the sealing section 35 of the valve member 10 at. At the side of this truncated cone 65 , which has the smallest diameter closes the transition 75 to which in turn the truncated cone 70 with the smallest diameter, but with the side of its largest diameter. The smallest diameter of this truncated cone 70 is rounded at its free edges and preferably protrudes into the control room 120 or its supply line.

Die Kegelstümpfe 65 und 70 übernehmen im Betrieb des Servoventils 5 die Drosselfunktion. Nach einem ersten Teilhub des Ventilglieds 10 (Kegelstumpf 65 befindet sich wenigstens mit einem kleinen Teil noch in der Durchlassbohrung 35) gibt der Kegelstumpf 65 nur einen kleinen Querschnitt frei und lässt Fluid aus dem Steuerraum 120 nur langsam ab, was der Düsennadel 125 eine nur langsame Öffnungsgeschwindigkeit verleiht. Dieser Kegelstumpf 65 ist für eine Vor-, Pilot- oder Nacheinspritzung verwendbar. Nach einem weiteren Teilhub des Ventilglieds 10 (nicht bis zum Vollhub) befindet sich der Kegelstumpf 65 nicht mehr in der Durchlassbohrung 25, sondern nur der Kegelstumpf 70, welcher nun einen größeren Querschnitt freigibt und somit den Druck im Steuerraum 120 schneller abbauen lässt, was z. B. für eine Haupteinspritzung geeignet ist. Soll die Haupteinspritzung getaktet sein, so ist es möglich den Fortsatz zwischen dem erstem und zweiten Teilhub oszillierend hin- und herzubewegen. Hilfreich bei einer solchen Variante ist, dass der Kegelstumpf 75 mit der Drosselbohrung 25 eine wenigstens angenäherte zylindrische Überdeckung 60 aufweist, die den Durchfluss durch die Bohrung möglichst auf Null oder auf nahezu Null herabsetzen kann. Hierfür ist es notwendig, das der Kegelstumpf 65 wenigstens angenähert einen tonnen- oder zylinderförmigen Abschnitt 45 aufweist. Überdeckung 60 soll in diesem Beispiel heißen, dass sich im Bereich der Überdeckung 60 der Kegelstumpf 65 und die Innenwand der Durchlassbohrung 25 (fast) berühren. Hierbei ist es sinnvoll die Bauteilelastizitäten vom Ventilkörper 15 im Bereich der Durchlassbohrung 25 (Aufweitung (vergleichsweise groß)) und des Ventilglieds 10 im Bereich seines Kegelstumpfes 65 (Komprimierung (vergleichsweise klein)) zu berücksichtigen (siehe auch unten).The truncated cones 65 and 70 take over during operation of the servo valve 5 the throttle function. After a first partial stroke of the valve member 10 (Frustum 65 is at least with a small part still in the passage bore 35 ) gives the truncated cone 65 only a small cross section free and leaves fluid from the control room 120 only slowly, what the nozzle needle 125 gives only a slow opening speed. This truncated cone 65 is suitable for pilot, pilot or post-injection. After a further partial stroke of the valve member 10 (not to the full stroke) is the truncated cone 65 no longer in the passage hole 25 but only the truncated cone 70 , which now releases a larger cross-section and thus the pressure in the control room 120 reduce faster, what z. B. for a Main injection is suitable. If the main injection is to be clocked, it is possible to reciprocate the extension between the first and second partial strokes in an oscillating manner. Helpful in such a variant is that the truncated cone 75 with the throttle bore 25 an at least approximate cylindrical cover 60 which can reduce the flow through the bore as close as possible to zero or almost zero. For this it is necessary that the truncated cone 65 at least approximately a barrel or cylindrical section 45 having. coverage 60 In this example, we mean that overlapping 60 the truncated cone 65 and the inner wall of the passage bore 25 (almost) touch. Here it makes sense the component elasticities of the valve body 15 in the area of the passage bore 25 (Expansion (comparatively large)) and the valve member 10 in the area of its truncated cone 65 (Compression (comparatively small)) to be considered (see also below).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, weist der Kegelstumpf 65 einen mit der Ventilachse 80 parallelen oder mit einem bevorzugt spitzen Winkel zu dieser ausgeführten Flächenanschliff 40 auf, mittels welchem es möglich ist den Durchfluss durch die Durchlassbohrung 25 zusätzlich dosiert einzustellen und der Durchflusskennlinie eine definierte Steigung zu geben (siehe auch unten). Möglich sind auch mehrere – z. B. für einen gleichmäßigeren Durchfluss durch das Servoventil 5 auch symmetrisch angeordnete – Flächenanschliffe 40, bis hin zu einem vollständig umlaufenden Flächenanschliff 40. Letzterer ist z. B. interessant für die Herstellung eines einzigen Typs von Ventilglied 10, welches mittels eines umlaufenden Flächenanschliffs 40 individuell an sein Arbeitsgebiet anpassbar ist, was die Herstellungskosten pro Ventilglied 10 reduziert.In a further preferred embodiment of the invention, the truncated cone 65 one with the valve axis 80 parallel or at a preferably acute angle to this executed Flächenanschliff 40 by means of which it is possible the flow through the passage bore 25 set in addition dosed and the flow characteristic to give a defined slope (see also below). Are also possible several -. B. for a more even flow through the servo valve 5 also symmetrically arranged - Flächenanschliffe 40 , right up to a completely circumferential area 40 , The latter is z. B. interesting for the production of a single type of valve member 10 , which by means of a circumferential Flächenanschliffs 40 individually adaptable to his field of work, what the manufacturing cost per valve member 10 reduced.

Bei Registerdüsen, die meist durch ein Register-Servoventil angesteuert werden, ist es ferner mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Profilabschnitts 30 möglich durch einen ersten Teilhub den Druck in einem ersten Steuerraum zur Ansteuerung einer ersten Düsennadel langsam abzusenken, um damit ein langsames Öffnen der ersten Düsennadel zu erreichen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn z. B. nur eine sehr kleine Vor- oder Nacheinspritzmenge dosiert werden soll und die Düsennadel noch weit vor dem Erreichen ihres Hubanschlags wieder geschlossen werden soll. Würde der Steuerraumdruck schlagartig zusammenbrechen, würde sich die Düsennadel mit unkontrollierter großer Geschwindigkeit sofort bis zu ihrem Hubanschlag bewegen und damit ein Dosieren einer kleinen Einspritzmenge unmöglich machen.In register nozzles, which are usually controlled by a register servo valve, it is also with the inventive design of the profile section 30 possible by a first partial stroke to slowly lower the pressure in a first control chamber for controlling a first nozzle needle, so as to achieve a slow opening of the first nozzle needle. This is particularly advantageous if z. B. only a very small amount of pre- or post-injection is to be metered and the nozzle needle to be closed well before reaching their stroke stop again. If the control chamber pressure collapsed abruptly, the nozzle needle would move with uncontrolled high speed immediately up to its stroke stop, making it impossible to dosing a small injection quantity.

Ferner kann es notwendig sein, die Düsennadel der ersten Stufe zwar langsam zu öffnen (s. o.), dann aber schnellstmöglich die zweite Stufe der Registerdüse durch Öffnen einer zweiten Düsennadel hinzu zu schalten. Hierbei kann es konzeptbedingt notwendig sein, dass der Druck im ersten Steuerraum weiter abgesenkt werden muss, um überhaupt die Kraft zum Öffnen der zweiten Stufe zu erreichen, bzw. um die maximal zulässige Spannung der Antriebseinheit, hier bevorzugt ein Piezokristall, nicht zu überschreiten. Durch eine entsprechende Auslegung der Ventilgeometrie (z. B. gemäß 3 und 4) wird jetzt durch einen zweiten Teilhub der Druck im Steuerraum der ersten Stufe so weit abgesenkt, dass die zweite Stufe geöffnet werden kann. D. h. durch einen steilen Anstieg der Durchflusskennlinie (siehe auch unten und Kennlinien 1 und 2 der 5) wird gewährleistet, dass die hydraulische Kraft auf die zweite Düsennadel so weit abgebaut wird, dass diese überhaupt öffnen kann, während durch den "sanften" Druckabbau in der Teilhubphase ein "langsames" Öffnen der ersten Düsennadel gewährleistet ist.Furthermore, although it may be necessary to slowly open the nozzle needle of the first stage (see above), then as soon as possible to add the second stage of the register nozzle by opening a second nozzle needle. In this case, it may be necessary for the concept that the pressure in the first control chamber must be lowered further in order to even achieve the force for opening the second stage, or not to exceed the maximum permissible voltage of the drive unit, in this case preferably a piezoelectric crystal. By appropriate design of the valve geometry (eg according to 3 and 4 ) is now lowered by a second partial stroke, the pressure in the control chamber of the first stage so far that the second stage can be opened. Ie. by a steep rise in the flow characteristic (see also below and characteristics 1 and 2 of the 5 ) ensures that the hydraulic force is reduced to the second nozzle needle so far that it can open at all, while a "slow" opening of the first nozzle needle is ensured by the "gentle" pressure reduction in Teilhubphase.

Für eine korrekte Funktion des Servoventils 5 ist je nach Betriebspunkt ein vorherbestimmter Hub des Ventilglieds 10 und demzufolge eine bestimmte Bewegung des Aktuators notwendig. Diese Aktautorbewegung resultiert aus einem bestimmten Energieniveau, welches von einer Antriebseinheit zur Verfügung gestellt wird. Dieses benötigte Energieniveau ist hauptsächlich vom Ventilsitzdurchmesser und dem Steuerraumdruck abhängig. Insbesondere bei hohen Systemdrücken sind Öffnungs- und Schließkräfte notwendig, die zu elastischen Verformungen der Ventilteile und der Antriebseinheit (langer Piezokristall!) führen. Dies hat zur Folge, dass sich unmittelbar nach dem Öffnen des Servoventils 5 die im Ventilsystem vorhandenen Elastizitäten entspannen und beim Anheben des Ventilglieds 10 zu einem größeren Ventilhub führen als erwünscht. Bedingt durch die kleinen Abmessungen des Servoventils 5 und der geringen Ventilhübe kann dieser Effekt nicht durch Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden.For a correct function of the servo valve 5 Depending on the operating point is a predetermined stroke of the valve member 10 and therefore a certain movement of the actuator necessary. This Aktautorbewegung results from a certain energy level, which is provided by a drive unit. This required energy level is mainly dependent on the valve seat diameter and the control chamber pressure. Especially at high system pressures opening and closing forces are necessary, which lead to elastic deformation of the valve parts and the drive unit (long piezoelectric crystal!). As a result, immediately after opening the servo valve 5 relax the elasticities present in the valve system and lift the valve member 10 lead to a larger valve lift than desired. Due to the small dimensions of the servo valve 5 and the low valve lifts, this effect can not be compensated by manufacturing tolerances.

Diesem Effekt kann man jedoch begegnen, indem beim Ventilöffnungsvorgang die Bauteilelastizitäten berücksichtigt sind und der Ventilhub um den Betrag reduziert wird, der aus dem Elastizitätsabbau resultiert. D. h. die durch den Elastizitätsabbau hinzugekommene Distanz zwischen Ventilkörper 15 und Ventilglied 10 muss für die Realhubberechnung von einem idealisierten Hub ohne Elastizitätsabbau in entsprechender Relation abgezogen werden. Dies geschieht vorteilhafterweise durch eine Verringerung des Aktuatorhubs der Antriebseinheit, z. B. durch Absenken des Energieniveaus der Antriebseinheit direkt vor, beim oder nach dem Abheben der Ventilglieds 10.However, this effect can be counteracted by taking into account the component elasticities in the valve opening operation and reducing the valve lift by the amount resulting from the elasticity degradation. Ie. the added by the elasticity degradation distance between the valve body 15 and valve member 10 must be deducted for the real stroke calculation of an idealized stroke without loss of elasticity in corresponding relation. This is advantageously done by reducing the Aktuatorhubs the drive unit, z. B. by lowering the energy level of the drive unit directly before, during or after lifting the valve member 10 ,

5 zeigt Durchflusskennlinien 1, 2 (Durchflussmenge Q als Funktion von Ventilgliedhub h und Ausführung von Profilabschnitt 30 mit Durchlassbohrung 25) von erfindungsgemäßen Servoventilen 5 und Durchflusskennlinien 3, 4 von Servoventilen 5 gemäß des Stands der Technik. Insbesondere Kennline 2 entspricht der Ventilausführung gemäß den 3 und 4. 5 shows flowcharts 1 . 2 (Flow rate Q as a function of Ventilgliedhub h and execution of profile section 30 with through let drilling 25 ) of servo valves according to the invention 5 and flowcharts 3 . 4 of servo valves 5 according to the prior art. In particular Kennline 2 corresponds to the valve design according to 3 and 4 ,

In diesen beiden Ausführungsbeispielen weisen die Kennlinien 1 und 2 jeweils zwei ausgeprägte lineare Abschnitte auf.In these two embodiments, the characteristics 1 and 2 each two distinct linear sections.

Der erste lineare Abschnitt der Kennlinie 1 (beginnend bei geringem Hub und geringer Durchflussmenge und nahezu parallel zur Hubachse) resultiert aus einem angenähert vollzylinderförmigen Abschnitt 45 des Kegelstumpfs 65 (in 3 und 4 innerhalb der Durchlassbohrung 25 angeordnet) und dadurch in der Durchlassbohrung 25 vorgesehenem sehr engen ringförmigen Spalt, der sich in Richtung der Durchlassbohrung 25 mit nahezu konstanter Spaltweite von oben nach unten erstreckt. Dieses Spaltvolumen hat angenähert die Form eines Hohlzylinders und erstreckt sich entlang der zylindrischen Überdeckung 60 (3). Wird das Ventilglied 10 nur ein kleines Stückchen weiter aus der Durchlassbohrung 25 herausbewegt, so ändert sich der effektive Durchflussquerschnitt nicht bzw. so gut wie nicht und der Durchfluss bleibt konstant; dies ist insbesondere bei Spannungsschwankungen der Antriebseinheit des Aktuators von Vorteil, damit sichergestellt werden kann, dass auch bei unterschiedlichen Spannungen an der Antriebseinheit immer der gleiche Öffnungsquerschnitt vorliegt.The first linear section of the characteristic 1 (starting at low lift and low flow rate and almost parallel to the stroke axis) results from an approximately fully cylindrical section 45 of the truncated cone 65 (in 3 and 4 within the passage hole 25 arranged) and thereby in the passage bore 25 provided very narrow annular gap extending in the direction of the passage bore 25 extends with almost constant gap width from top to bottom. This gap volume has approximately the shape of a hollow cylinder and extends along the cylindrical cover 60 ( 3 ). Will the valve member 10 just a little bit further from the passage hole 25 moved out, so the effective flow cross-section does not change or virtually no and the flow rate remains constant; This is particularly advantageous in the case of voltage fluctuations of the drive unit of the actuator, so that it can be ensured that the same opening cross-section always exists even with different voltages on the drive unit.

Die. Kennlinie 2 in diesem Abschnitt des Diagramms erreicht man, indem man an dem Kegelstumpf 65 einen Flächenanschliff 40 vorsieht, der bezüglich der Ventilgliedachse nicht parallel ausgeführt ist (3). Beim Herausbewegen des Ventilglieds 10 eröffnet der Flächenanschliff 40 einen wachsenden Durchflussquerschnitt, der die Steigung des bei Kennlinie 1 flachen Abschnitts erhöht und so zur Kennlinie 2 wird.The. curve 2 in this section of the diagram, one reaches by the truncated cone 65 a Flächenanschliff 40 provides that is not carried out in parallel with respect to the valve member axis ( 3 ). When moving out of the valve member 10 opens the Flächenanschliff 40 a growing flow area, which is the slope of the curve 1 flat section increases and so to the characteristic 2 becomes.

Der plötzlich einsetzende, steile, annähernd lineare Anstieg der beiden Kennlinien 1 und 2 ab ca. 60–65% (Kennlinie 1: 60%, Kennlinie 2: 65%) des Vollhubs resultiert daher, dass der Kegelstumpf 65 vollständig oder nahezu vollständig aus der Durchlassbohrung 25 herausbewegt ist und ein Profilzapfen bzw. der Kegelstumpf 70 in die Drosselbohrung 25 hineinsteht, der einen größeren Durchflussquerschnitt freigibt. Der Profilzapfen läuft nach unten (in Richtung Steuerraum 120) konisch zu, sodass bei einem weiteren Herausbewegen des Ventilglieds 10 und daher auch des Profilzapfens ein immer größerer Durchflussquerschnitt frei wird. Schließlich ist auch der Profilzapfen vollständig aus der Drosselbohrung 25 herausbewegt, was den vollständigen Durchflussquerschnitt freigibt. Diese Position des Ventilglieds 10 entspricht sinnvollerweise auch dem Vollhub den Ventilglieds 10.The sudden onset, steep, almost linear increase in the two curves 1 and 2 from approx. 60-65% (characteristic 1 : 60%, characteristic 2 : 65%) of the full stroke results from the fact that the truncated cone 65 completely or almost completely from the passage bore 25 is moved out and a profile pin or the truncated cone 70 into the throttle bore 25 is in, which releases a larger flow area. The profile pin runs downwards (in the direction of the control room 120 ) conically, so that in a further moving out of the valve member 10 and therefore also the profile pin an ever larger flow area is free. Finally, the profile pin is completely out of the throttle bore 25 moved out, which releases the full flow area. This position of the valve member 10 Correctly corresponds to the full stroke of the valve member 10 ,

Ebenso sind mehr als zwei lineare Abschnitte der Durchflusskennlinie möglich, indem man z. B. bei dem gestuften Abschnitt 30 der 3 und der 4 weitere Stufen vorsieht.Likewise, more than two linear sections of the flow characteristic are possible by z. B. in the stepped section 30 of the 3 and the 4 provides further stages.

Die annähernd linearen Abschnitte der Durchflusskennlinie des erfindungsgemäßen Ventils 5 erstrecken sich über eine Hubdifferenz von mindestens 10%, bevorzugt mindestens 20%, insbesondere mindestens 35%, insbesondere bevorzugt mindestens 50% des Vollhubes des Ventilglieds 10. Ferner erstrecken sich die linearen Abschnitte der Durchflusskennlinie über eine Durchflussmengendifferenz von mindestens 10%, bevorzugt mindestens 25%, insbesondere mindestens 45%, insbesondere bevorzugt mindestens 70% des maximalen Durchflusses des Ventilglieds 10. Darüber hinaus liegen nach einem Hub von 10% des Vollhubes des Ventilglieds 10 höchstens 20%, insbesondere höchstens 10%, bevorzugt höchstens 5%, insbesondere bevorzugt höchstens 3% der maximalen Durchflussmenge des Ventils vor. Ferner liegen nach einem Hub von 60% des Vollhubes des Ventilglieds 10 höchstens 60%, insbesondere höchstens 30%, bevorzugt höchstens 10%, insbesondere bevorzugt höchstens 5% der maximalen Durchflussmenge des Ventils vor. Die Erfindung ist jedoch nicht auf obige Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können je nach Formgebung des Abschnitts 30 beliebige Kennlinien des Ventils 5 erzeugt werden.The approximately linear sections of the flow characteristic of the valve according to the invention 5 extend over a stroke difference of at least 10%, preferably at least 20%, in particular at least 35%, particularly preferably at least 50% of the full stroke of the valve member 10 , Furthermore, the linear portions of the flow characteristic extend over a flow rate difference of at least 10%, preferably at least 25%, in particular at least 45%, particularly preferably at least 70% of the maximum flow of the valve member 10 , In addition, after a stroke of 10% of the full stroke of the valve member 10 at most 20%, in particular at most 10%, preferably at most 5%, particularly preferably at most 3% of the maximum flow rate of the valve before. Furthermore, after a stroke of 60% of the full stroke of the valve member 10 at most 60%, in particular at most 30%, preferably at most 10%, particularly preferably at most 5% of the maximum flow rate of the valve before. However, the invention is not limited to the above embodiments, but may depending on the shape of the section 30 any characteristic curves of the valve 5 be generated.

Mittels Gestaltung des Profilabschnitts 30 ist es möglich Durchflusskennlinien von Servoventilen 5 "zusammenzusetzen". Jedem Ventilgliedhub kann mittels Durchmessergestaltung des Abschnitts 30 bzw. im Ausführungsbeispiel nach den 3 & 4 mittels Durchmessergestaltung des Fortsatzes ein bestimmter Durchflussquerschnitt zugeordnet werden. Eine Beeinflussung der Steigung der linearen Abschnitte, aber auch der nicht linearen, ist mittels des (Winkel) Flächenanschliffs 40 über weite Bereiche einstellbar.By design of the profile section 30 is it possible flow characteristics of servo valves 5 "Compose". Each valve member stroke can by means of diameter design of the section 30 or in the embodiment according to the 3 & 4 be assigned by means of diameter design of the extension a certain flow area. An influence on the slope of the linear sections, but also the non-linear, is by means of (angle) Flächenanschliffs 40 adjustable over wide ranges.

Auch ein Wiederabnehmen der Durchflusskennlinie – mittels Durchmessererhöhung an einem Bereich des Abschnitts 30 – ist möglich.Also, a decrease in the flow characteristic - by increasing the diameter at a portion of the section 30 - is possible.

Ferner ist auf ähnliche Weise eine Ausgestaltung der Durchlassbohrung möglich, um einen Drosseleffekt zu erzielen. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn Durchflussbohrung und der profilierte Abschnitt beide eine bestimmte Ausgestaltung aufweisen, die beim gegenseitigen Zusammenwirken die erwünschten Durchflussquerschnitte realisiert.Further is on similar Way an embodiment of the passage bore possible to a throttle effect to achieve. Here it may be advantageous if flow bore and the profiled section both have a particular configuration exhibit the desired in mutual interaction Realized flow cross sections.

Eine mögliche Ausführungsform wäre z. B. eine zylindrische Durchlassbohrung mit einem zentrisch zur Bohrungsachse angeordnetem Hohlkugelraum, dessen Radius größer als der Bohrungsradius ist. Innerhalb dieser Bohrung ist ein als Kugel ausgestaltetes freies Ventilgliedende hin- und herbewegbar. Bevorzugt sind die Durchmesser der Durchlassbohrung und der Kugel am Ventilgliedende so bemessen, dass zwischen beiden ein Spalt vorgesehen ist, dessen Dimensionen sich im ein- bis zweistelligen μm-Bereich bewegen. Diese Kugel am Ventilgliedende ist nun derart in der Bohrung bewegbar, dass wenigstens ihr Äquator den hohlkugeligen Raum vollständig passieren kann. Mittels dieser Ausgestaltung ist es möglich innerhalb eines einzigen Gesamthubs eine Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung durchzuführen.One possible embodiment would be z. B. a cylindrical passage bore with a centrally arranged to the bore axis hollow ball space whose radius is greater than the bore radius. Within this bore is configured as a ball free valve member end back and forth. Preferably, the diameters of the passage bore and the ball are dimensioned at the valve member end so that a gap is provided between the two, the dimensions of which move in the one to two-digit micron range. This ball on the valve member end is now movable in the bore, that at least their equator can completely pass through the hollow spherical space. By means of this embodiment, it is possible to perform a pre-injection, main injection and post-injection within a single total stroke.

Claims (17)

Ventil, insbesondere Servoventil eines Kraftstoff-Injektors, mit einem axial bewegbaren Ventilglied (10) und einem Ventilkörper (15), der eine Durchlassbohrung (25) und einen Dichtsitz (20) aufweist, an welchem ein Dichtabschnitt (35) eines freien Endabschnitts des Ventilglieds (10) in einer Schließstellung des Ventils dichtend ansitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Endabschnitt des Ventilglieds (10) in der Schließstellung des Ventils einen sich in die Durchlassbohrung (25) hinein- oder sich durch diese hindurcherstreckenden profilierten Abschnitt (30) aufweist, der innerhalb der Durchlassbohrung (25) derart positionierbar ist, dass der profilierte Abschnitt (30) in Abhängigkeit von seinem Profil und von einem Hub des Ventilglieds (10) in der Durchlassbohrung (25) einen variablen Durchflussquerschnitt eröffnet.Valve, in particular servo valve of a fuel injector, with an axially movable valve member ( 10 ) and a valve body ( 15 ), which has a passage bore ( 25 ) and a sealing seat ( 20 ), at which a sealing portion ( 35 ) a free end portion of the valve member ( 10 ) is sealingly seated in a closed position of the valve, characterized in that the free end portion of the valve member ( 10 ) in the closed position of the valve into the passage bore ( 25 ) or extending therethrough profiled section (FIG. 30 ), which within the passage bore ( 25 ) is positionable such that the profiled section ( 30 ) depending on its profile and on a stroke of the valve member ( 10 ) in the passage bore ( 25 ) opens a variable flow area. Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (10) direkt oder indirekt mittels eines Aktuators, insbesondere eines piezoelektrischen Aktuators, ansteuerbar ist, der das Ventilglied (10) teilhubweise und/oder teilweise kontinuierlich zwischen der Schließstellung und einer Offenstellung des Ventils bewegt.Valve according to claim 1, characterized in that the valve member ( 10 ) is directly or indirectly actuated by means of an actuator, in particular a piezoelectric actuator, which controls the valve member ( 10 ) moves partially and / or partially continuously between the closed position and an open position of the valve. Ventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchfluss durch das Ventil mittels Formgebung des Profils des Abschnittes (30) des Ventilglieds (10) und/oder der Durchlassbohrung (25) beliebig einstellbar ist.Valve according to claim 1 or 2, characterized in that a flow through the valve by means of shaping the profile of the section ( 30 ) of the valve member ( 10 ) and / or the passage bore ( 25 ) is arbitrarily adjustable. Ventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (30) des Ventilglieds (10) und/oder die Durchlassbohrung (25) derart ausgestaltet sind, dass bei einem ersten Teilhub des Ventilglieds (10) ein sehr enger, bei einem darauffolgendem Teilhub ein größerer und erst beim Vollhub des Ventilglieds (10) der maximale Durchflussquerschnitt eröffnet ist.Valve according to claim 3, characterized in that the section ( 30 ) of the valve member ( 10 ) and / or the passage bore ( 25 ) are configured such that at a first partial stroke of the valve member ( 10 ) a very narrow, in a subsequent partial stroke a larger and only at full stroke of the valve member ( 10 ) the maximum flow cross-section is opened. Ventil gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (30) des Ventilglieds (10) gestuft und/oder bezüglich seiner Rotationsachse asymmetrisch ausgeformt ist.Valve according to claim 3 or 4, characterized in that the section ( 30 ) of the valve member ( 10 ) and / or asymmetrically shaped with respect to its axis of rotation. Ventil gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (30) des Ventilglieds (10) wenigstens teilweise zylindrisch, kegelig, kegelstumpfförmig, ellipsoid, kugelig, tonnenförmig oder wenigstens teilweise mit rotationssymetrischen Flächen höherer Ordnung ausgestaltet ist.Valve according to one of claims 3 to 5, characterized in that the section ( 30 ) of the valve member ( 10 ) is at least partially cylindrical, conical, frusto-conical, ellipsoidal, spherical, barrel-shaped or at least partially configured with higher-order rotationally symmetric surfaces. Ventil gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (30) des Ventilglieds (10) und/oder die Durchlassbohrung (25) derart ausgestaltet sind, dass bei einer bestimmten Position des Abschnitts (30) in der Durchlassbohrung (25) zwischen der Innenwand der Durchlassbohrung (25) und dem Abschnitt (30) ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Spaltvolumen entsteht.Valve according to one of claims 3 to 6, characterized in that the section ( 30 ) of the valve member ( 10 ) and / or the passage bore ( 25 ) are configured such that at a certain position of the section ( 30 ) in the passage bore ( 25 ) between the inner wall of the passage bore ( 25 ) and the section ( 30 ) creates a substantially hollow cylindrical gap volume. Ventil gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der profilierte Abschnitt (30) ein aus zwei im Wesentlichen spitzen Kegelstümpfen (65, 70) zusammengesetzter Fortsatz ist, der bevorzugt einstückig am freien Ende des Ventilglieds (10) ausgebildet ist.Valve according to one of claims 3 to 7, characterized in that the profiled section ( 30 ) one of two substantially pointed truncated cones ( 65 . 70 ) composite extension, which preferably integrally at the free end of the valve member ( 10 ) is trained. Ventil gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (30) des Ventilglieds (10) einen Flächenanschliff (40) aufweist.Valve according to one of claims 3 to 8, characterized in that the section ( 30 ) of the valve member ( 10 ) a surface section ( 40 ) having. Ventil gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenanschliff (40) mit einem Neigungswinkel zur Ventilachse ausgeführt ist.Valve according to claim 9, characterized in that the Flächenanschliff ( 40 ) is designed with an angle of inclination to the valve axis. Ventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei einem Teilhub des Ventilglieds (10) entstehender Ringspalt zwischen der Innenwand der Durchlassbohrung (25) und dem am freien Endabschnitt des Ventilglieds (10) ausgebildeten Abschnitt (30) eine Spaltweite im μm-Bereich aufweist.Valve according to one of claims 1 to 10, characterized in that a in a partial lift of the valve member ( 10 ) resulting annular gap between the inner wall of the passage bore ( 25 ) and at the free end portion of the valve member ( 10 ) section ( 30 ) has a gap width in the micron range. Ventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Steuern der Durchflussmenge durch das Ventil eine beim Öffnen und/oder Schließen des Ventils erfolgende elastische Bauteileverformung bei der Bestimmung des Teilhubs des Ventilglieds (10) berücksichtigt ist.Valve according to one of claims 1 to 12, characterized in that, for controlling the flow rate through the valve, an elastic component deformation taking place when the valve is opened and / or closed is determined during the determination of the partial lift of the valve member ( 10 ) is taken into account. Ventil gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berücksichtigung der Bauteileverformung beim Öffnen des Ventils unmittelbar nach dem Abheben des Ventilglieds (10) vom Dichtsitz (20) die Ansteuerenergie einer Antriebseinheit des Aktuators abgesenkt wird.Valve according to Claim 12, characterized in that, in order to take account of the component deformation when the valve is opened, immediately after the valve member has been lifted ( 10 ) from the sealing seat ( 20 ) the drive energy of a drive unit of the actuator is lowered. Ventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (30) des Ventilglieds (10) derart ausgestaltet ist und mit der Durchlassbohrung (25) des Ventilkörpers (15) derart zusammenwirkt, dass bei Durchströmen von Fluid eine hubabhängige Durchflusskennlinie des Ventils wenigstens zwei zumindest annähernd lineare Abschnitte aufweist.Valve according to one of claims 1 to 13, characterized in that the section ( 30 ) of the valve member ( 10 ) is configured in such a way and with the passage bore ( 25 ) of the valve body ( 15 ) like this cooperates, that when flowing through fluid a stroke-dependent flow characteristic of the valve has at least two at least approximately linear sections. Ventil gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der linearen Abschnitte der Durchflusskennlinie des Ventils eine voneinander abweichende Steigung aufweisen.Valve according to claim 14, characterized in that at least two of the linear sections the flow characteristic of the valve a different one Have slope. Injektor, insbesondere für einen Dieselmotor, mit einem Ventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Ventil bevorzugt als Servoventil (5) eingesetzt ist.Injector, in particular for a diesel engine, having a valve according to one of Claims 1 to 15, the valve preferably being in the form of a servovalve ( 5 ) is used. Kraftstoff-Einspritzsystem, insbesondere Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Injektor gemäß Anspruch 16.Fuel injection system, in particular common-rail injection system, with an injector according to claim 16th
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