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Die
Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Einspritzsystem, insbesondere
ein Steuerventil für
einen Kraftstoffinjektor, wie z. B. einen Common-Rail- oder Pumpe-Düse-Injektor.
Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor, insbesondere
einen Common-Rail- oder Pumpe-Düse-Injektor,
für ein Kraftfahrzeug,
und ein Einspritzsystem mit einem solchen Kraftstoffinjektor.
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Für eine gute
Aufbereitung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs für ein Kraftfahrzeug muss Kraftstoff,
je nach Verbrennungsverfahren, mit einem Druck von bis über 2.000
bar mittels eines Kraftstoffinjektors in einen Brennraum eines Verbrennungsmotor
eingespritzt und dabei mit der größtmöglichen Genauigkeit je Einspritzung
(Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung, eventuell getaktet) dosiert
werden. Um einen guten Kompromiss zwischen geringem Kraftstoffverbrauch
und der Einhaltung der Grenzwerte für Emissionen (Abgase und Geräuschentwicklung
des Motors) zu realisieren, ist es notwendig, einen Einspritzvorgang
präzise
zu steuern. Dabei sind wesentliche Parameter: ein Einspritzbeginn
(Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung), eine Einspritzdauer, ein jeweiliges
Einspritzende und ein dynamisches Verhalten einer Düsennadel
des Kraftstoffinjektors bei Beginn und bei Ende der Einspritzung.
Da sehr hohe Kraftstoffdrücke
notwendig sind, bestehen hohe Anforderungen an ein dynamisches Verhalten
des Kraftstoffinjektors.
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Bei
Einspritzsystemen gemäß dem Stand der
Technik werden als Steuerventile für Kraftstoffinjektoren herkömmliche
2/2- und 3/2 Wege-Ventile eingesetzt, die als Sitz- oder Schieberventile
ausgebildet sind und jeweils nur zwei Schaltstellungen aufweisen,
nämlich
eine Offen- und eine Schließstellung bei
einem 2/2 Wege-Ventil bzw. eine erste und eine zweite Ventil gliedstellung
bei einem 3/2 Wege-Ventil. Hierdurch ist man bei der Flexibilität einer
Steuerung des Kraftstoffinjektors stark eingeschränkt. Um
diese Flexibilität
bei der Steuerung zu erhöhen
und folglich mehr als zwei Schaltstellungen abbilden bzw. realisieren
zu können,
ist eine Verknüpfung
verschiedener 2/2- oder 3/2 Wege-Ventile erforderlich. Jedes dieser
Ventile benötigt
jedoch einen eigenen Aktor (Elektromagnet oder Piezoaktor). Insbesondere
bei den für
Kraftstoffinjektoren bevorzugten Piezoaktoren verteuert dies einen
Kraftstoffinjektor signifikant und vergrößert ihn. Darüber hinaus
erhöht
sich eine Ausfallrate eines solchen Kraftstoffinjektors.
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Die
DE 100 46 875 A1 beschreibt
ein als 3/2-Wegeventil ausgestaltetes Steuerventil mit einem in
einer gehäuseseitigen
Aufnahme axial verschiebbaren Steuerkolben, der einen zwischen zwei Kolbenbereichen
liegenden Ventilkopf aufweist, welcher in einer Ventilkammer des
Gehäuses
liegt, die beiderseits des Ventilkopfes mit diesem zugewandten Dichtkanten
versehen ist. Die Dichtkanten schließen an gehäuseseitige Aufnahmebereiche
kleineren Durchmessers an, von denen einer eine Führungsbohrung
für den
zugehörigen
Kolbenbereich bildet und der andere durch einen auf dem zugehörigen Kolbenbereich
geführten,
zum Gehäuse
axial abgestützten
und die eine Dichtkante tragenden Einsatzkörper gebildet ist. Der Steuerkolben
des Steuerventils kann mittels eines Piezoaktors zwischen zwei Positionen
hin und her bewegt werden, wobei in beiden Positionen jeweils eines
der durch den Ventilkopf gebildeten Ventile geschlossen, das andere
geöffnet
ist.
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Die
DE 199 08 418 C1 offenbart
ein als 3/2-Wegeventil ausgestaltetes Steuerventil mit einem Gehäuse mit
einem Eingangsanschluss, einem Ausgangsanschluss und einem Rücklaufanschluss sowie
einem ersten Sitzventil mit einem ersten Ventilkörper und einem zweiten Sitzventil
mit einem zweiten Ventilkörper.
Das erste Sitzventil ist zwischen Ausgangsanschluss und Rücklaufanschluss
angeordnet und normalerweise geschlossen. Das zweite Sitzventil
ist zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss angeordnet
und normalerweise geöffnet.
Der zweite Ventilkörper
ist koaxial im ersten Ventilkörper
angeordnet.
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Um
eine möglichst
hohe Flexibilität
bei der Steuerung eines Kraftstoffinjektors gewährleisten zu können und
diese Flexibilität
mit vertretbaren Kosten abzubilden, sind Schaltventile erforderlich,
die mehr als zwei Schaltstellungen aufweisen, also mehr als zwei
Wege, z. B. Kraftstoffleitungen, schalten können. D. h., um mehr als zwei
Freiheitsgrade bei der Steuerung des Kraftstoffinjektors zu erreichen,
sind folglich mehr als zwei Schaltstellungen für ein Steuerventil des Kraftstoffinjektors
nötig.
Um einen finanziellen und montagetechnischen Aufwand für einen Kraftstoffinjektor
mit mehr als zwei Freiheitsgraden bei dessen Steuerung vertretbar
zu gestalten, sollen sämtliche
Freiheitsgrade bei der Steuerung des Kraftstoffinjektors mittels
eines einzigen Aktors realisierbar sein.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuerventil für ein Einspritzsystem,
einen verbesserten Kraftstoffinjektor und ein verbessertes Einspritzsystem
zur Verfügung
zu stellen. Insbesondere soll das Steuerventil eine Steuerung eines
Kraftstoffinjektors oder eines Einspritzsystems mit mehr als zwei
Freiheitsgraden ermöglichen
und dabei von einem einzigen Aktor ansteuerbar sein. Ferner soll das
Steuerventil einfach aufgebaut und mit vertretbaren Kosten herstellbar
sein.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mittels eines Steuerventils für ein Einspritzsystem,
mittels eines Kraftstoffinjektors und eines Einspritzsystems gelöst, wobei
ein mehrteiliges Ventilglied zur Anwendung kommt. Dieses Ventilglied
besteht im Wesentlichen aus einer Ventilnadel und einer Ventilhülse, wobei
die Ventilnadel teilweise in den Ventilhülse aufgenommen ist und diese
beiden Bauteile gegeneinander verschiebbar sind. Ferner ist die
Ventilhülse
in einem Ventilkörper
des Steuerventils ebenfalls verschiebbar aufgenommen, sodass auch
die Ventilnadel gegenüber
dem Ventilkörper
verschiebbar ist.
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Erfindungsgemäß sind nun
zwischen Ventilkörper,
Ventilhülse
und Ventilnadel zwei Ventile, ein A- (erstes Ventil) und ein B-Ventil
(zweites Ventil), ausgebildet. Hierbei ist es bevorzugt, wenn das
eine Ventil zwischen Ventilnadel und Ventilhülse und das andere Ventil zwischen
Ventilnadel und Ventilkörper ausgebildet
ist. Hierbei ist die Ventilnadel bevorzugt zusätzlich im Ventilkörper verschiebbar
gelagert. Es ist jedoch auch möglich,
das eine Ventil zwischen Ventilnadel und Ventilhülse und das andere Ventil zwischen
Ventilhülse
und Ventilkörper
auszubilden. Erfindungsgemäß sind die
beiden Ventile bzw. deren entsprechende Dichtflächen bevorzugt derart im Steuerventil
vorgesehen, dass ein Schließen
bzw. Öffnen
der Ventile sequenziell erfolgen kann, d. h. es ist möglich, zuerst
das A-Ventil zu schließen
bzw. zu öffnen
und zeitlich daran anschließend
das B-Ventil zu schließen
bzw. zu öffnen.
Dies ist natürlich
auch in einer umgekehrten Reihenfolge möglich.
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Erfindungsgemäß ergibt
sich ein 3/3- oder ein 4/3 Wege-Ventil,
welches mit einem einzigen Aktor stufenweise schaltbar ist. Durch
einen einfachen gestuft-axialen Aufbau einer Ventilbohrung im Ventilkörper, der
darin verschiebbar gelagerten Ventilhülse und der wiederum darin
verschiebbar gelagerten Ventilnadel, die darüber hinaus in der Ventilbohrung des
Ventilkörpers
gelagert sein kann, ergibt sich ein einfacher Aufbau des Steuerventils
bei einem geringen Bauteilauf wand. Dies führt zu einem kostengünstigen
Steuerventil, das einfach hergestellt und montiert werden kann.
Aufgrund der erhöhten
Anzahl von Freiheitsgraden und der oben beschriebenen Vorteile ergibt
sich eine hohe Flexibilität
in einer Anwendung, z. B. bei einem Kraftstoffinjektor, bei guter Wirtschaftlichkeit.
Ferner ergibt sich durch vier an das Steuerventil anlegbare Fluidanschlüsse eine hohe
Funktionalität
in der Anwendung.
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Erfindungsgemäß kann das
A-Ventil als Sitzventil und das B-Ventil als ein Schieber- bzw. Sitzventil
ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ergeben
sich drei Positionen bzw. Schaltstellungen des mehrteiligen Ventilglieds,
wobei sich in der jeweiligen Schaltstellung sowohl das A- und/oder
auch das B-Ventil
in der Offen- bzw. Schließstellung
befinden kann.
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Im
montierten Zustand des Steuerventils bildet sich in einer Ausführungsform
der Erfindung zwischen der Ventilbohrung im Ventilkörper und
einer Außenseite
der Ventilhülse,
sowie einer Aufnahmebohrung für
die Ventilnadel in der Ventilhülse
und einem Lagerabschnitt der Ventilnadel, jeweils eine als Ringdichtspalt
ausgebildete Lagerung aus, die ein jeweiliges translatorisches Verschieben
von Ventilhülse
gegenüber
Ventilkörper
und Ventilnadel gegenüber
Ventilhülse
(also auch gegenüber
dem Ventilkörper)
ermöglicht.
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Der
Ventilkörper
ist bis auf eine Einstellschraube für eine bzw. zwei Vorspannfedern
des mehrteiligen Ventilglieds bevorzugt einstückig (Ventilgehäuse) ausgebildet.
Ferner ist die Ventilnadel, insbesondere im Bereich der Ventilhülse druckausgeglichen,
was bevorzugt auch für
die Ventilhülse
gilt, die beide ebenfalls bevorzugt einstückig ausgebildet sind.
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Von
derjenigen Seite, von welcher aus das mehrteilige Ventilglied in
den Ventilkörper
eingesteckt bzw. montiert wird, ist der Ventilkörper mittels der Einstellschraube
verschlossen, wobei zwischen Einstellschraube und Ventilhülse sowie
zwi schen Einstellschraube und Ventilnadel jeweils eine Vorspannfeder
vorgesehen ist, die beide zusammen, als eine einzige, bevorzugt
zweistufige Feder ausgeführt sein
können.
Bevorzugt haben die beiden Federn eine unterschiedliche Steifigkeit
bzw. unterschiedliche Federkonstanten, damit zwei getrennte Schaltzustände des
Steuerventils sauber dargestellt werden können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist diese zweistufige Feder „topfförmig” mit einem gewölbten Boden
ausgebildet, wobei sich die Ventilhülse an einem umgebogenen „Topfrand” und die
Ventilnadel an der Wölbung
des „Topfbodens” jeweils
vorgespannt abstützt.
Hierbei drückt
die Vorspannfeder die Ventilhülse
bevorzugt gegen einen definierten Anschlag (Stufe der gestuften
Ventilbohrung) im Ventilkörper.
An einem Endabschnitt der Ventilnadel, welcher gegenüber der
Vorspannfeder liegt, sind bevorzugt die beiden Ventile (A-Ventil und B-Ventil)
im Steuerventil vorgesehen.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist das mehrteilige Ventilglied zweiteilig aufgebaut,
wobei einerseits die Ventilhülse
im Ventilkörper
und andererseits die Ventilnadel sowohl in der Ventilhülse als
auch im Ventilkörper
gelagert ist. Bei diesen Ausführungsformen
der Erfindung ist bevorzugt zwischen einem anschlagseitigen freien
Ende der Ventilhülse
und der Ventilnadel ein Sitzventil (A-Ventil) und an einem Lagerabschnitt
der Ventilnadel im Ventilkörper
ein Schieberventil (B-Ventil) ausgebildet. Bei diesen Ausführungsformen
der Erfindung ist es möglich,
in sämtlichen
drei Schaltstellungen des Ventilglieds das A- bzw. das B-Ventil
offen oder geschlossen vorzusehen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist in einer Ruheposition des Ventilglieds (erste
Schaltstellung), in welcher ein Aktor des Steuerventils bevorzugt
nicht oder nur minimal bestromt ist, das A-Ventil in seiner Offenstellung
und das B-Ventil
in seiner Schließstellung.
In einer sich daran an schließenden zweiten
Schaltstellung des Ventilglieds sind sowohl das A- als auch das
B-Ventil geschlossen, und in einer sich an die zweite Schaltstellung
anschließende dritte
Schaltstellung des Ventilglieds bleibt das A-Ventil geschlossen
und das B-Ventil öffnet
sich. Hierbei können
sowohl das A- als auch das B-Ventil als Fluiddrossel ausgebildet
sein.
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Da
zwischen der Ventilhülse
und der Ventilnadel ein Ventil ausgebildet ist, ist es – um eine
bevorzugt auf einer Hochdruckseite druckausgeglichene Ventilnadel
vorsehen zu können – bevorzugt,
einen Zu- oder Ablauf dieses Ventils über die Ventilhülse vorzunehmen,
wobei die Ventilhülse
hierfür
eine Durchgangsausnehmung aufweist. Hierbei – allerdings auch bei anderen
Ausführungsformen
der Erfindung – weist
die Ventilhülse
eine Verdrehsicherung gegenüber
dem Ventilkörper
auf, die sie daran hindert, sich um ihre Längsachse zu drehen. Hierdurch wird
die Durchgangsausnehmung in der Ventilhülse daran gehindert, eine andere
Umfangsposition einzunehmen.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist die Ventilnadel zweiteilig aufgebaut, wodurch
sich ein dreiteiliges Ventilglied ergibt. Hierbei sind eine erste
und eine zweite Ventilnadel bezüglich der
Längsachse
des Steuerventils hintereinander angeordnet. In einem Bereich der
Ventilhülse
(Vorspannfeder für
Ventilnadel und -hülse
bis A-Ventil) ist das Steuerventil bevorzugt analog einem Steuerventil
mit nur einer einzigen Ventilnadel aufgebaut.
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Bei
solchen Ausführungsformen
der Erfindung können
sowohl das A-Ventil als auch das B-Ventil als Sitzventile ausgebildet
sein. Hierbei ist es bevorzugt, wenn eine Vorspannfeder zwischen
den beiden Ventilnadeln vorgesehen ist, die die beiden Ventilnadeln
voneinander wegdrückt.
Bevorzugt ist diese Vorspannfeder steifer als die jeweilige Vorspannfeder
für die
Ventilhülse
bzw. die erste Ventilnadel, welche beide an der Einstellschraube
anliegen. Dies gilt insbesondere für einen Betrieb des Steuerventils.
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Bei
einem Steuerventil mit zwei Sitzventilen ist darauf zu achten, dass
die Ventilnadel zweiteilig ausgeführt ist, um eine statische
Bestimmtheit des Steuerventils in sämtlichen Schaltzuständen zu
garantieren. Hierbei sind die beiden Nadelteile bevorzugt mittels
einer statischen Feder gekoppelt, um evtl. Toleranzen bei den Ventilsitzen
ausgleichen zu können.
Ferner ist in Abhängigkeit
eines gewünschten
Schaltverhaltens des Steuerventils die Federkonstante der beteiligten
Vorspannfedern für
die beiden Nadelteile bzw. die Ventilhülse zu variieren.
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Bei
solchen Ausführungsformen
der Erfindung ist es bevorzugt, dass sich in der ersten Schaltstellung
des Steuerventils sowohl das A- als auch das B-Ventil in dessen
jeweiliger Offenstellung befindet. Bei einem Bewegen des Steuerventilglieds
in die zweite Schaltstellung schließt sich nur das A-Ventil, wohingegen
das B-Ventil nach wie vor in dessen Offenstellung bleibt. Bei einer
weiteren Bewegung des Ventilglieds in die dritte Schaltstellung
sind dann sowohl das A- als auch das B-Ventil in dessen jeweiliger Schließstellung.
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Es
ist bei einem dreiteiligen Ventilglied jedoch möglich, das A-Ventil als Sitzventil
und/oder das B-Ventil als Sitz- bzw. Schieberventil auszubilden.
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Das
erfindungsgemäße Steuerventil
eignet sich für
einen Kraftstoffinjektor, wie z. B. einen Common-Rail- oder Pumpe-Düse-Kraftstoffinjektor. Ferner
kann ein solcher Kraftstoffinjektor hydraulisch verstärkt sein.
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Hierbei
eignet sich das erfindungsgemäße Steuerventil
zum Entleeren eines oder zweier Steuerräume eines Kraftstoffinjektors,
insbesondere eines Common-Rail-Injektors. Ferner eignet sich das erfindungsgemäße Steuerventil
als Steuerventil für einen
Pumpe-Düse-Injektor,
welches einerseits einen Vorlauf mit einem Hochdruck (ventilhülsenseitig) verbindet oder
trennt, und andererseits einen Raum befüllen oder entleeren kann, der
mit einer Rückseite einer
Düsennadel
in Fluidkontakt ist. Darüber
hinaus eignet sich das erfindungemäße Steuerventil für einen
hydraulischen Verstärker
eines Kraftstoffinjektors. Bei diesen Anwendungen des erfindungemäßen Steuerventils
können
das A- und/oder das B-Ventil als Fluiddrossel ausgebildet sein.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils,
wobei eine einteilige Ventilnadel nicht im Schnitt dargestellt ist;
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2 eine
schematische, geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Steuerventils
mit geteilter Ventilnadel;
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3 eine
zentral geschnittene Ansicht eines Abschnitts eines Kraftstoffinjektors
im Bereich eines Steuerraums;
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4 eine
schematische Ansicht eines Pumpe-Düse-Kraftstoffinjektors; und
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5 ein
Hydraulik-Schaltbild eines hydraulisch verstärkten Kraftstoffinjektors mit
einem erfindungsgemäßen Steuerventil.
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Die
folgenden Ausführungen
betreffen Ausführungsformen
eines Steuerventils für
Kraftstoffinjektoren. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Steuerventile
für Kraftstoffinjektoren
beschränkt,
sondern kann auf sämtliche
Ventile, insbesondere auf 3/3- und 4/3 Wege-Ventile angewendet werden.
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Die 1 zeigt
eine Konstruktionszeichnung eines als 4/3 Wege-Ventil ausgebildeten
erfindungsgemäßen Steuerventils 10,
das einen Ventilkörper 100 und
ein mehrteiliges Ventilglied 200 aufweist.
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Das
mehrteilige Ventilglied 200 ist in einer gestuften Aufnahmebohrung 130 in
einem Ventilgehäuse 102 des
Ventilkörpers 100 aufgenommen,
wobei das Ventilgehäuse 102 mittels
einer Einstellschraube 104 verschlossen wird. Die Einstellschraube 104 dient
dazu, Vorspannkräfte
auf das Ventilglied 200 einzustellen (siehe unten) und
dieses somit in eine Ruheposition, auch erste Schaltstellung (I)
genannt, vorzuspannen. D. h. das Ventilglied 200 nimmt diese
Position ein, wenn ein Aktor 90 (in den 1 und 2 als
Pfeil dargestellt), der das Ventilglied 200 betätigen kann,
keine oder nur vergleichsweise geringe Kräfte auf das Ventilglied 200 ausübt.
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Das
mehrteilige Ventilglied 200 weist eine Ventilhülse 210 und
eine Ventilnadel 220 auf. Hierbei ist die Ventilnadel 220 innerhalb
der als Hohlzylinder ausgebildeten Ventilhülse 210 verschiebbar
aufgenommen, wobei die Ventilnadel 220 mit einem an ihr ausgebildeten
Lagerabschnitt 226 in einem freien Endabschnitt 214 der
Ventilhülse 210 gelagert
ist. An einem diesen Lagerabschnitt 226 (Endabschnitt 226 der
Ventilnadel 220) gegenüberliegenden
Endabschnitt 225 ist die Ventilnadel 220 innerhalb
des Ventilgehäuses 102 in
der Aufnahmebohrung 130 verschiebbar aufgenommen und darin
gelagert. D. h. die Ventilnadel 220 ist in einem Längsendabschnitt 214 der
Ventilhülse 210 gelagert,
erstreckt sich durch die Ventilhülse 210 hindurch
und tritt an einem dem Längsendabschnitt 214 gegenüberliegenden
Längsendabschnitt
(anschlagseitig) der Ventilhülse 210 aus
der Ventilhülse 210 hervor.
Mit einem an diesem Abschnitt ausgebildeten Längsendabschnitt 225 ist die
Ventilnadel 220 dann im Ventilgehäuse 102 gelagert.
Der Längsendabschnitt 226 der
Ventilnadel 220 und der Längsendabschnitt 214 der
Ventilhülse 210 kommen
im Wesentlichen zur Deckung, d. h. die Ventilnadel 220 tritt
auf dieser Seite der Ventilhülse 210 nicht
oder nur kaum (Vorsprung für
Vorspannfeder 302) an der Ventilhülse 210 hervor. Ferner
ist die Ventilhülse 210 ebenfalls
in der Aufnahmebohrung 130 verschiebbar aufgenommen, allerdings
in einem Abschnitt mit größerem Durchmesser.
D. h. die Ventilnadel 220 ist gegenüber dem Ventilkörper 100 und der
Ventilhülse 210,
und die Ventilhülse 210 gegenüber dem
Ventilkörper 100 (natürlich auch
gegenüber der
Ventilnadel 220) verschiebbar aufgenommen.
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Die
Ventilhülse 210 ist
an einem Anschlag 120, der innerhalb des Ventilgehäuses 102 ausgebildet
ist, ansetzbar. Hierbei wird die Ventilhülse 210 von einer
Vorspannfeder 304 in Richtung des Anschlags 120 gedrückt. Der
Anschlag 120 ist, in Längsrichtung
L des Steuerventils 10 gesehen, ringförmig und bildet eine Stufe
der stufenförmigen
Aufnahmebohrung 130.
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Ebenso
wie die Ventilhülse 210 ist
auch die Ventilnadel 220 von einer Vorspannfeder 302 in
dieselbe Richtung vorgespannt. Bevorzugt sind die beiden Vorspannfedern 302, 304 zwischen
der Einstellschraube 104 und der Ventilnadel 220 bzw.
der Ventilhülse 210 eingespannt.
Durch eine Position der Einstellschraube 104 kann die Vorspannkraft
auf die Ventilnadel 220 bzw. die Ventilhülse 210 eingestellt werden.
Hierbei sind die Vorspannfedern 302, 304 z. B.
als Tellerfedern ausgebildet. Einem Problem einer gleichzeitigen
Verstellung der Vorspannkräfte
der Vorspannfedern 302, 304 auf die Ventilnadel 220 und die
Ventilhülse 210 durch
die Einstellschraube 104, kann durch eine unterschiedliche
Höhe der
Vorspannfedern 302, 304, durch eine gegenseitige
Abstimmung der Federkonstanten der Vorspannfedern 302, 304 und/oder
eine Einstellscheibe bzw. eine spezielle Gestaltung der Einstellschraube 104 abgeholfen
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Vorspannfedern 302, 304 als
eine einzige einstückige
Vorspannfeder 300 ausgebildet. Hierbei ist es bevorzugt,
dass die Vorspannfeder 300 im Wesentlichen rotationssymmetrisch und
als Tellerfeder in Form eines „Topfs” ausgebildet
ist. Ein Querschnitt durch ein Rotationszentrum der Vorspannfeder 300 ist
im Wesentlichen w-förmig,
wobei die Ecken bzw. Kanten dieses „Ws” abgerundet ausgebildet sind.
So bildet die Vorspannfeder 302 einen „Topfboden”, der in ein „Topfinneres” hineingewölbt ist.
Die Vorspannfeder 304 ist als etwas schiefstehende „Topfwand” ausgebildet,
wobei ein freier Rand der „Topfwand” abgerundet
ausgebildet ist. Insgesamt geht innerhalb der Vorspannfeder 300 die
Vorspannfeder 304 stetig bzw. abgerundet in die Vorspannfeder 302 über. Erfindungsgemäß ist es
möglich – um ein
Beschädigen
der Vorspannfeder 300 zu vermeiden und/oder die Vorspannfeder 300 nicht
zu steif auszulegen – innerhalb
der Vorspannfeder 300 (Durchgangs-)Ausnehmungen, z. B. von einem Außenrand nach innen laufende Schlitze, vorzusehen.
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Erfindungsgemäß weist
das in 1 dargestellte Steuerventil vier Fluidanschlüsse 401–404 bzw.
vier Fluidkanäle 401–404 und
zwei Ventile 230, 240 auf. Im Folgenden wird das
(erste) Ventil 230 als A-Ventil und das (zweite) Ventil 240 als
B-Ventil bezeichnet.
Hierbei sind die beiden Fluidkanäle 401, 402 durch
das A-Ventil 230 und die beiden Fluidkanäle 403, 404 durch
das B-Ventil 240 fluidmechanisch verbindbar oder trennbar.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
der 1 ist sowohl das A-Ventil 230 als auch
das B-Ventil 240 in einer jeweiligen Schließstellung
(Schaltstellung II des Aktors 90) dargestellt, d.
h., es findet keine Fluidkommunikation zwischen dem ersten und zweiten
Fluidkanal 401, 402 sowie dem dritten und vierten
Fluidkanal 403, 404 statt.
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Erfindungsgemäß ist das
A-Ventil 230 als Sitzventil zwischen der Ventilhülse 210 und
der Ventilnadel 220, und das B-Ventil 240 als
Schieberventil zwischen der Ventilnadel 220 und dem Ventilgehäuse 102 ausgebildet.
Bevorzugt sind die jeweiligen Abschnitte der Ventilnadel 220,
an welchen Fluid, insbesondere unter Hochdruck, anliegt, druckausgeglichen.
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Das
A-Ventil 230 ist zwischen dem anschlagseitigen Längsende
(120) der Ventilhülse 210 und
der Ventilnadel 220 als Sitzventil ausgebildet, welches
in dessen Offenstellung einen kreisringförmigen Fluiddurchlass für ein Fluid 2 eröffnet. Hierfür weist
die Ventilnadel 220 einen umlaufenden Vorsprung auf, der
an einer inneren anschlagseitigen, kreisringförmigen Begrenzung der Ventilhülse 210 anlegbar
ist. Diese beiden sich in der Schließstellung des A-Ventils 230 berührenden
Flächen 231, 232 sind
als Dichtflächen 231, 232 ausgebildet
(siehe 2, analog) und verhindern in der Schließstellung
des A-Ventils eine Fluidkommunikation zwischen dem ersten 401 und
dem zweiten Fluidkanal 402.
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Damit
eine Fluidkommunikation zwischen dem ersten Fluidkanal 401 und
dem zweiten Fluidkanal 402 über das A-Ventil 230 stattfinden
kann, weist die Ventilhülse 210 eine
Durchgangsausnehmung 211 auf, welche sich mit dem ersten
Fluidkanal 401 bzw. dem ersten Anschluss 401 überschneidet.
Bevorzugt ist dabei die Durchgangsausnehmung 211 in einem
Querschnitt etwas größer ausgebildet,
als ein Querschnitt des ersten Fluidkanals 401, damit bei
einem Verschieben der Ventilhülse 210 nach
wie vor ein vollständiger
Querschnitt des ersten Fluidkanals 401 frei bleibt.
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Um
ein Verdrehen der Ventilhülse 410 und somit
ein Wegwandern der Ausnehmung 211 vom Anschluss 401 zu
verhindern, ist die Ventilhülse 210 gegenüber dem
Ventilgehäuse 102 verdrehgesichert. Hierfür weist
z. B. entweder die Ventilhülse 210 oder das
Ventilgehäuse 102 einen
Vorsprung auf, der in einer Ausnehmung des Ventilgehäuses 102 bzw.
der Ventilhülse 210 aufgenommen
ist. Dabei ist darauf zu achten, dass Vorsprung und Ausnehmung aneinander
wenigstens für
einen Hubweg des Aktors 90 aneinander vorbeigleiten können.
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Bevorzugt
ist das A-Ventil 230 in einem Mittenbereich der Ventilnadel 220 vorgesehen.
In Richtung Ventilhülse 210 schließt sich
der bevorzugt druckausgeglichene Anschluss des ersten Fluidkanals 401 an
das A-Ventil 230 an. Weiter in Richtung Vorspannfeder 300 schließt sich
an diesen Bereich der Ventilnadel 220, der in der Ventilhülse 210 lagernde
Endabschnitt 214 an. (Alles in Längsrichtung L des Steuerventils 10).
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Auf
der anderen Seite der Ventilnadel 220 – also der nicht von der Ventilhülse 210 überspannte Bereich
der Ventilnadel 220 – weist
ein Mittenbereich der Ventilnadel 220 den Fluidanschluss 402 des
Fluidkanals 402 auf, der bevorzugt als Ringraum im Ventilgehäuse 102 ausgebildet
ist. Ebenso ist der bevorzugt druckausgeglichene Anschluss an der
Ventilnadel 220, der mit dem ersten Fluidanschluss 401 in Fluidkontakt
steht, ebenfalls als Ringraum zwischen der Ventilnadel 220 und
der Ventilhülse 210 ausgebildet.
In Längsrichtung
L weg von der Ventilhülse 210 schließt sich
an den Ringraum für
den zweiten Fluidanschluss 402 der Lagerabschnitt 225 der
Ventilnadel 220 an. Dieser bildet zusammen mit dem Ventilgehäuse 102 – ebenso
wie der Lagerabschnitt 226 der Ventilnadel 220 mit
der Ventilhülse 210 und
die Ventilhülse 210 mit
dem Ventilgehäuse 102 – einen Ringdichtspalt
aus, der bei den auftretenden Schaltzeiten des Steuerventils 10 und
den dabei beteiligten Fluiddrücken
als fluiddicht betrachtet werden kann.
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An
diesen von Ventilgehäuse 102 und
Ventilnadel 220 gebildeten Ringdichtspalt mündet ein
dritter 403 und vierter Fluidkanal 404 bzw. ein
dritter 403 und ein vierter Fluidanschluss 404 des
erfindungsgemäße Steuerventils 10.
Die beiden Fluidkanäle 403, 404 können in
einer Schaltstellung (III) des Steuerventils 10 über einen
Fluidanschluss 227, der in der Ventilnadel 220 bzw.
im Lagerabschnitt 224 der Ventilnadel 220 ausgebildet
ist, in Fluidkommunikation treten. Hierbei ist der Fluidanschluss 227 als
Durchgangsbohrung (nicht dargestellt) und/oder (Teil-)Umfangsnut
(1) im Lagerabschnitt 225 ausgebildet.
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Sollte
der Fluidanschluss 227 (auch) als Durchgangsbohrung in
der Ventilnadel 220 ausgebildet sein, so ist es notwendig,
die Ventilnadel 220 gegen eine Verdrehung gegenüber dem
Ventilgehäuse 102 zu
sichern. Dies geschieht analog zu einer Verdrehsicherung der Ventilhülse 210 im
Ventilkörper 100.
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Die 1 repräsentiert
das Steuerventil 10 in seiner zweiten Schaltstellung (II),
wobei das A-Ventil 230 und das B-Ventil 240 in deren jeweiliger Schließstellung
sind. Für
die Schaltstellung II des Steuerventils 10 wird
der Aktor 90, welcher das Ventilglied 200 betätigt, mit
einer gewissen Spannung beaufschlagt, die unter einer Nennspannung
des Aktors 90 liegt. D. h. der Aktor 90 ist teilweise
gelängt
und weist nicht seinen maximalen Hub auf. In der Schaltstellung I des
Steuerventils 10 ist der Aktor 90 nicht oder so
gut wie nicht bestromt, d. h. der Aktor 90 ist nicht gelängt bzw.
weist noch keinen oder so gut wie keinen Hub auf. In dieser Schaltstellung I ist
das A-Ventil 230 in dessen Offen- und das B-Ventil 240 in dessen
Schließstellung.
Wird der Aktor 90 mit seiner Nennspannung bestromt, weist
also seinen maximalen Hub auf, so befindet sich das Steuerventil 10 in seiner
dritten Schaltstellung (III), wobei das A-Ventil 230 in
dessen Schließ-
und das B-Ventil 240 in dessen Offenposition ist. Andere
Anordnungen von einer jeweiligen Schließ- und Offenposition des A- 230 bzw.
B-Ventils 240 bei den jeweiligen Schaltstellungen I–III sind
natürlich
realisierbar.
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Ausgehend
von einem nicht bestromten Aktor 90 befindet sich das Steuerventil 10 in
seiner Schaltstellung I, wobei eine Fluidkommunikation
zwischen dem ersten 401 und dem zweiten Fluidkanal 402 stattfinden
kann. Wird der Aktor 90 teilbestromt, so bewegt sich das
Ventilglied in die Schaltstellung II des Steuerventils 10,
wobei sich das A-Ventil 230 schließt (B-Ventil 240 immer
noch geschlossen). Hierbei wird der erste 401 vom zweiten
Fluidkanal 402 fluidmechanisch getrennt. D. h. die A-Ventildichtfläche 232 (siehe
hierzu auch 2) der Ventilnadel 220 liegt
an der A-Ventildichtfläche 231 der
Ventilhülse 210 an.
In der Schaltstellung II kann die Ventilhülse 210 schon
von ihrem Anschlag 120 abgehoben haben. Dies ist je nach
Federkonstante der Vorspannfeder 304 und Öffnungskraft
des Aktors 90 der Fall. Für das Öffnen des B-Ventils 240 wird der Aktor 90 voll
bestromt, wobei das Steuerventil 10 die Schaltstellung III einnimmt.
Hierbei bewegen sich die Ventilnadel 220 und die Ventilhülse 210 auf
die Vorspannfeder 302, 304; 300 zu, wobei
die Ventilnadel 220 und Ventilhülse 210 dieselbe Geschwindigkeit aufweisen.
Spätestens
hierbei hebt die Ventilhülse 210 von
ihrem Anschlag 120 im Ventilgehäuse 102 ab. Beim Bewegen
der Ventilnadel 220 kommt der Fluidanschluss 227 der
Ventilnadel 220 in Fluidkontakt mit dem dritten 403 und
dem vierten Fluidkanal 404, sodass das Fluid 2 durch
diese beiden Kanäle 403, 404 fließen kann.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der erste Fluidkanal 401 Teil eines Hochdruckbereichs 14 eines
Injektors 1 (siehe hierzu auch 3 und 4).
Der zweite Fluidkanal 402 ist hierbei ein Vorlauf 12 des
Kraftstoffinjektors 1. Der dritte 403 und vierte
Fluidkanal 404 sind dabei zusammen mit dem Fluidanschluss 227 der
Ventilnadel 220 als eine Ablaufdrossel ausgebildet. D.
h. der dritte 403 und der vierte Fluidkanal 404 können z.
B. als Steuerraumbohrung 42 bzw. Steuerraumablaufbohrung 42 ausgebildet
sein (3). Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Fluidanschluss 227 der
Ventilnadel 220 als Fluiddrossel fungiert, wobei die Fluiddrossel
als variable Fluiddrossel ausgebildet sein kann. Es ist jedoch in einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung möglich,
die Fluiddrossel nicht durch den Fluidanschluss 227 zu
realisieren, sondern innerhalb der Steuerraumbohrung 42 vorzusehen
und den Fluidanschluss 227 selbst nicht als Drosselstelle
auszubilden.
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Vorteilhaft
bei der in 1 dargestellten „topfförmigen” Tellerfeder 300 ist,
dass beim Schließen
des A-Ventils 230 die Ventilhülse 210 fest gegen ihren
Anschlag 120 gedrückt wird,
bzw., falls sich die Ventilhülse 210 nicht
an ihrem Anschlag 120 befindet, sich die Ventilhülse 210 und
die Ventilnadel 220 aufeinander zu bewegen. D. h. für letzteren
Fall, dass sich die A-Ventildichtfläche 232 (siehe 2,
analog) der Ventilnadel 220 und die A-Ventildichtfläche 231 (siehe 2,
analog) der Ventilhülse 210 beide
relativ zueinander in Schließrichtung
aufeinander zu bewegen. Durch ein Aufrichten der Tellerfeder 300 (die Ventilnadel 220 drückt gegen
den gewölbten
Boden der Tellerfeder 300), welche dabei „topfförmiger” wird,
findet ein Umlenken der Ventilnadelbewegung auf die Ventilhülse 210 in
eine entgegengesetzte Richtung statt. Es findet ein Anpressen der
Ventilhülse 210 an
den Anschlag 120 oder ein doppelt schnelles Schließen des
A-Ventils 230 statt, da der gewölbte „Topfboden” der Tellerfeder 300 den „Topfrand” in Richtung
A-Ventil 230 und somit auch die Ventilhülse 210 in Richtung
Anschlag 120 (Schließrichtung) drückt bzw.
bewegt.
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Die
Erfindung ist nicht wie im 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
auf ein als Sitzventil ausgebildetes A-Ventil 230 und ein
als Schieberventil ausgebildetes B-Ventil 240 beschränkt. Es
ist möglich,
das A-Ventil 230 als Sitzventil und das B-Ventil 240 als
Sitz- oder Schieberventil auszubilden. Ebenfalls ist die Erfindung
nicht auf die in 1 gezeigten Schaltstellungen I–III beschränkt, sondern
in jeder der Schaltstellungen I–III kann das A-Ventil 230 und/oder
das B-Ventil 240 in
dessen jeweiliger Offen- oder Schließstellung sein.
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So
zeigt z. B. 2 eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher sowohl das A-Ventil 230 als
auch das B-Ventil 240 als
Sitzventile ausgebildet sind. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Ventilnadel 220 als
zweiteilige Ventilnadel 220 ausgebildet ist. D. h. die
Ventilnadel 220 weist eine erste Ventilnadel 221 und
eine zweite Ventilnadel 222 auf. Bevorzugt ist hierbei
das erfindungsgemäße Steuerventil 10 nach 2 im
Bereich der ersten Ventilnadel 221 analog dem Ausführungsbeispiel
der 1 ausgebildet. Bevorzugt ist auch der in 2 nicht dargestellte
Anschlag 120 für
die Ventilhülse 210 vorgesehen.
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In
Längsrichtung
L von der Vorspannfeder 300 weg endet die Ventilnadel 221 kurz
hinter ihrer A-Ventildichtfläche 232 (Bund)
und weist dort eine Ventilnadelfeder 223 auf, die die erste
Ventilnadel 221 von der sich daran anschließenden zweiten
Ventilnadel 222 weg drückt.
Hierbei kann die Ventilnadelfeder 223 fest mit der ersten
Ventilnadel 221 und/oder fest mit der zweiten Ventilnadel 222 ausgebildet
sein. Ferner ist es möglich,
die Ventilnadelfeder 223 in der Aufnahmebohrung 130 zu
führen,
ohne diese mit der ersten 221 oder der zweiten Ventilnadel 222 zu
verbinden. Die Ventilnadelfeder 223 ist bevorzugt steifer
als die Vorspannfedern 300; 302, 304 ausgebildet.
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Beim
Schließen
des Steuerventils 10 nach 2 findet
zuerst ein Schließen
des A-Ventils 230 und anschließend ein Schließen des
B-Ventils 240 statt. In der Schaltstellung I des
Steuerventils 10 sind somit sowohl das A-Ventil 230 als
auch das B-Ventil 240 in dessen jeweiliger Offenstellung.
Bewegt sich das mehrteilige Ventilglied 200 in dessen Schaltstellung II,
welche auch in 2 dargestellt ist, so schließt sich
das A-Ventil 230, wohingegen das B-Ventil 240 nach
wie vor in seiner Offenstellung ist. Bewegt der Aktor 90 das
Ventilglied 200 in dessen Schaltstellung III,
so sind sowohl das A-Ventil 230 als auch das B-Ventil 240 in
dessen jeweiliger Schließstellung.
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Die
zweite Ventilnadel 222 ist im in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
hantelförmig,
wobei ein der Ventilnadelfeder 223 gegenüberliegender Längsendabschnitt
der zweiten Ventilnadel 222, an welchem eine Dichtfläche für das B-Ventil 240 ausgebildet
ist, einen größeren Durchmesser
besitzt, als dessen gegenüberliegender
Längsendabschnitt,
an welchem die Ventilnadelfeder 223 anliegt. Mittels dieser
beiden Längsend abschnitte
ist die zweite Ventilnadel 222 innerhalb der stufigen Aufnahmebohrung 130 geführt. D.
h. diese Führungsabschnitte
sind wiederum als Ringdichtspalte ausgebildet.
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Bevorzugt
ist die zweite Ventilnadel 222 druckausgeglichen, wobei
ein Fluidanschluss an der zweiten Ventilnadel 222 zusammen
mit einer Wand der Aufnahmebohrung 130 einen Ringraum ausbildet.
In diesen Ringraum münden
die beiden Fluidanschlüsse 403, 404,
nämlich
der dritte 403 und der vierte Fluidkanal 404.
Hierbei ist an einer Mündung des
vierten Fluidkanals 404 eine B-Ventildichtfläche 241 des
Ventilkörpers 100 ausgebildet,
die mit einer B-Ventildichtfläche 242 der
zweiten Ventilnadel 222 zusammenwirken kann. Ist das B-Ventil 240 in
dessen Schließstellung,
so liegt die B-Ventildichtfläche 241 des
Ventilkörpers 100 an
der B-Ventildichtfläche 242 der
zweiten Ventilnadel 222 an, und die zweite Ventilnadel 222 verschließt den vierten
Fluidkanal 404. D. h. eine Fluidkommunikation zwischen
dem dritten 403 und dem vierten Fluidkanal 404 ist
unterbrochen (Schaltstellung III des Steuerventils 10).
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Die
erste Ventilnadel 221 ist ebenfalls annähernd hantelförmig ausgebildet,
wobei ihr Lagerabschnitt 226 in der Ventilhülse 210 einen
Längsendabschnitt
dieser „Hantel” bildet,
und der diesem gegenüberliegende
Längsendabschnitt,
an welchem die A-Ventildichtfläche 232 ausgebildet
ist, den zweiten Längsendabschnitt
dieser „Hantel” bildet.
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Analog
zu den beiden Ventilnadeln 221, 222 nach 2,
ist die Ventilnadel 220 der Ausführungsform gemäß 1 „doppelhantelförmig” ausgebildet, wobei
im Wesentlichen die erste 221 und die zweite Ventilnadel 222 zusammenhängend ausgebildet sind.
Es ist jedoch eine andere B-Ventildichtfläche 241, 242 am
Ventilkörper 100 bzw.
der Ventilnadel 220 vorgesehen.
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Bei
sämtlichen
Ausführungsformen
der Erfindung ist es möglich,
den Aktor 90 invers anzusteuern. D. h. der Aktor 90 ist in
Schaltstellung I gelängt,
was in den Ausführungsbeispielen
mit Schaltstellung III bezeichnet ist. Hierbei ist es natürlich wiederum
möglich,
in der jeweiligen Schaltstellung I–III das A-Ventil 230 und/oder
das B-Ventil 240 in seiner Offen- oder Schließstellung vorzusehen, sowie
diese als Schieber- und/oder
Sitzventile auszubilden.
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3 zeigt
einen Ausschnitt eines Kraftstoffinjektors 1, bei welchem
das erfindungsgemäße Steuerventil 10 anwendbar
ist. Hierbei zeigt 3 einen Bereich einer Rückseite 53 eines
Steuerkolbens 51 für
eine Düsennadel 55 einer
Einspritzdüse 50 des Kraftstoffinjektors 1,
der mit einem in einem Steuerraum 40 des Kraftstoffinjektors 1 enthaltenen
Kraftstoff 2 fluidmechanisch in Kontakt steht. Der Steuerraum 40 ist über eine
Zulaufdrossel 41 mit Kraftstoff 2 befüllbar. Der
Zulaufdrossel 41 wird der Kraftstoff 2 bevorzugt über einen
Ringraum zur Verfügung
gestellt, der in Fluidkommunikation mit einem Hochdruckbereich 14 des
Kraftstoffinjektors 1 steht. Die Düsennadel 55 ist mittels
einer Düsennadel-Vorspannfeder 62 in
Richtung ihres Düsennadelsitzes (nicht
dargestellt) vorgespannt.
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Erfindungsgemäß ist z.
B. ein Druck im Hochdruckbereich 14 vom Steuerventil 10 steuerbar und
der Steuerraum 40 über
eine Steuerraumbohrung 42 vom Steuerventil 10 in
einer anderen Schaltstellung entleerbar. In einer weiteren Ausführungsform
eines solchen Kraftstoffinjektors 1 ist es z. B. möglich, das
Steuerventil 10 derart auszugestalten, dass es in zwei
Schaltstellungen den Steuerraum 40 entleeren kann. Bevorzugt
sind dann die als Fluiddrosseln ausgebildeten Anschlüsse 227 der
Ventilnadel 220 bzw. der Ventilnadeln 221, 222 des
erfindungsgemäßen Steuerventils 10 mit
einem anderen Drosselquerschnitt ausgebildet, sodass sich andere Durchflusscharakteristika
ergeben. Hierbei ist es z. B. möglich,
das Steuerventil als 3/3 Wege-Ventil auszubilden.
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4 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
eines Pumpe-Düse-Injektors 1,
bei welchem das erfindungsgemäße Steuerventil 10 angewendet werden
kann. Der Kraftstoffinjektor 1 weist eine Kraftstoffpumpe 30 auf,
bei welcher ein Pumpenkolben 32 in einem Pumpenzylinder 31 hin-
und herbewegbar ist. Ein Kompressionsraum 33 des Pumpenzylinders 31 ist über eine
Kraftstoffleitung mit dem Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffinjektors 1 fluidmechanisch verbunden.
Das erfindungsgemäße Steuerventil 10 dient
dazu, den Hochdruckbereich 14 von einem Vorlauf 12,
aus dem Kraftstoff 2 angesaugt werden kann, fluidmechanisch
zu verbinden oder zu trennen.
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In
der bevorzugt geöffneten
Ruhestellung des Steuerventils 10 (A-Ventil 230 offen)
wird bei einer bezogen auf die 4 nach oben
gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 32 Kraftstoff 2 aus
einem Kraftstoffreservoir über
den Vorlauf 12 und das mehrteilige Ventilglied 220 des
Steuerventils 10 angesaugt. Befindet sich z. B. das A-Ventil 230 des Steuerventils 10 nach
wie vor in seiner Offenstellung und bewegt sich der Pumpenkolben 32 nach
unten, so kann vorher in den Kompressionsraum 33 angesaugter
Kraftstoff 2 wieder zurück
in den Vorlauf 12 gedrückt
werden. Bei einer Ansteuerung des Steuerventils 10 wird
das A-Ventil 230 geschlossen, wobei, bei einer nach unten
gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 32, der im Kompressionsraum 33 befindliche
Kraftstoff 2 komprimiert wird, wodurch ein Hochdruck im
Pumpenraum 33 und an einer Druckschulter 52 der
Düsennadel 55 über den
Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffinjektors 1 erzeugt
wird. Hierdurch hebt sich die Düsennadel 55 aus
ihrem Düsennadelsitz
(nicht dargestellt); eine Einspritzung kann beginnen. Durch das
erfindungsgemäße Steuerventil 10 ist
es nun möglich,
durch das dort vorhandene B-Ventil 240 weitere Steuerungsmöglichkeiten des
Kraftstoffinjektors 1, z. B. über eine Entlastung oder Belastung
eines Federraums 61 im Federhalter 60, zu erhalten.
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5 zeigt
eine mögliche
Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerventils 10 auf
einen hydraulisch verstärkten
Kraftstof finjektor 1, bei welchem eine Drucksteuerung auf
einer Motorölseite 77 und
eine Druckverstärkung
auf einer Kraftstoffseite 78 vorgenommen wird. Es ist jedoch
auch möglich, Drucksteuerung
und Druckverstärkung
auf der Kraftstoffseite 78 vorzunehmen.
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Für eine Initialisierung
eines Einspritzvorgangs wird das Ventilglied 200 des erfindungsgemäßen Steuerventils 10 in
eine der beiden in 5 nicht gezeigte Stellungen
gebracht. Hierbei wird ein Fluidhochdruck (Motoröl 2) im Vorlauf 12 über das
Steuerventil 10 mit einem ersten Volumen 73 innerhalb
eines hydraulischen Verstärkers 70 verbunden.
Dieses erste Volumen 73 wirkt auf einen Kolben 71 des
hydraulischen Verstärkers 70,
der ein zweites Volumen 74 und einen zweiten Kolben 72 aufweist,
wobei die beiden Kolben 71, 72 bevorzugt starr
miteinander verbunden sind. Hierbei weist der Kolben 71 eine größere hydraulisch
wirksame Oberfläche
als der Kolben 72 auf. Entsprechend eines Oberflächenverhältnisses
der beiden Kolben 71, 72, wird der Druck im zweiten
Volumen 74 des hydraulischen Verstärkers 70 erhöht, eine
Einspritzung kann beginnen.
-
Für eine Beendigung
des Einspritzvorgangs wird das Steuerventil 10 wieder in
die in 5 dargestellte Stellung gebracht (Absteuern) und
das erste Volumen 73 des hydraulischen Verstärkers 70 mit
einer Drainage 75 verbunden. Beim Absteuern des Steuerventils 10,
also beim Bewegen des Ventilglieds 200 des Steuerventils 10 in
die in 5 gezeigte Stellung (Abbau des Hochdrucks im ersten
Volumen 73 des hydraulischen Verstärkers 70) entspannt
sich auch das zweite Volumen 74 des hydraulischen Verstärkers 70,
wodurch der Druck im Hochdruckbereich 14 sinkt. Durch eine
nieder- oder mitteldruckbehaftete Kraftstoffversorgung 80 wird
das zweite Volumen 74 des hydraulischen Verstärkers 70 mit
frischem Kraftstoff 2 befällt.
-
Das
erfindungsgemäße Steuerventil 10 kann nun
dergestalt eingesetzt werden, dass über einen zweiten Vorlauf 12 (Hochdruck)
ein anderer Druck bzw. Druckgradient in das erste Volumen 73 des
hydraulischen Verstärkers 70 eingebracht
werden kann. Ein zweiter Vorlauf 12 lässt sich z. B. relativ einfach
durch einen anderen Querschnitt einer Kraftstoffleitung realisieren.
-
- 1
- Injektor,
Kraftstoffinjektor, insbesondere Common-Rail- oder Pumpe-Düse-Injektor
- 2
- Fluid,
Kraftstoff, z. B. Dieselkraftstoff, Benzin
- 10
- Steuerventil,
3/3 oder 4/3 Wege-Ventil
- 12
- Vorlauf
- 14
- Hochdruckbereich
- 30
- Pumpe,
Kraftstoffpumpe
- 31
- Pumpenzylinder
- 32
- Pumpenkolben
- 33
- Kompressions-/Pumpenraum
- 40
- Steuerraum
- 41
- Zulaufdrossel
- 42
- Steuerraumbohrung
- 50
- Einspritzdüse
- 51
- Steuerkolben
- 52
- Druckschulter
- 53
- Steuerkolben-
bzw. Düsennadelrückseite
- 54
- Düsennadelsitz
- 55
- Düsennadel
- 60
- Federhalter
- 61
- Federraum
- 62
- Düsennadel-Vorspannfeder
- 70
- hydraulischer
Verstärker
- 71
- Kolben
mit großer
Oberfläche
- 72
- Kolben
mit kleiner Oberfläche
- 73
- erstes
Volumen des hydraulischen Verstärkers 70
- 74
- zweites
Volumen des hydraulischen Verstärkers 70
- 77
- Motorölseite
- 78
- Kraftstoffseite
- 80
- Kraftstoffversorgung
- 90
- Aktor,
insbesondere Piezoaktor
- 100
- Ventilkörper
- 102
- Ventilgehäuse
- 104
- Einstellschraube
- 120
- Anschlag
für Ventilhülse 210
- 130
- Aufnahmebohrung
für Ventilglied 200 bzw. Ventilhülse 210
- 132
- Aufnahmebohrung
für zweite
Ventilnadel 222
- 200
- mehrteiliges
Ventilglied
- 210
- Ventilhülse
- 211
- Durchgangsausnehmung
für einen
Durchtritt von Fluid 2
- 212
- Aufnahmebohrung
für Ventilnadel 220
- 214
- freies
Ende/(Längs-)Endabschnitt
der Ventilhülse 210,
liegt A-Ventil 230 des Steuerventils 10 gegenüber
- 220
- Ventilnadel
ein- oder zweiteilig
- 221
- erste
Ventilnadel (von zweien)
- 222
- zweite
Ventilnadel (von zweien)
- 223
- Ventilnadelfeder
- 224
- hülsenlagerseitiges,
freies Ende der (ersten) Ventilnadel (221), 220
- 225
- (Längs-)Endabschnitt,
Lagerabschnitt der (zweiten) Ventilnadel (222), 220,
der der Ventilhülse 210 gegenüberliegt
- 226
- (Längs-)Endabschnitt,
Lagerabschnitt der (ersten) Ventilnadel (221), 220,
in der Ventilhülse 210
- 227
- Fluidanschluss;
Bohrung, Umfangsnut
- 230
- A-Ventil,
erstes Ventil
- 231
- A-Ventildichtfläche der
Ventilhülse 210
- 232
- A-Ventildichtfläche der
(ersten) Ventilnadel (221), 220
- 240
- B-Ventil,
zweites Ventil
- 241
- B-Ventildichtfläche des
Ventilkörpers 100
- 242
- B-Ventildichtfläche der
(zweiten) Ventilnadel (222), 220
- 300
- Vorspannfeder
für die
(erste) Ventilnadel (221), 220 und die Ventilhülse 210,
bevorzugt zweistufig
- 302
- Vorspannfeder
für die
(erste) Ventilnadel (221), 220
- 304
- Vorspannfeder
für die
Ventilhülse 210
- 401
- erster
Fluidkanal/(Fluid-)Anschluss
- 402
- zweiter
Fluidkanal/(Fluid-)Anschluss
- 403
- dritter
Fluidkanal/(Fluid-)Anschluss
- 404
- vierter
Fluidkanal/(Fluid-)Anschluss
- I
- erste
Schaltstellung des Steuerventils 10
- II
- zweite
Schaltstellung des Steuerventils 10
- III
- dritte
Schaltstellung des Steuerventils 10
- L
- Längsachse
des Steuerventils 10