DE102009026774A1

DE102009026774A1 - Schaltventil

Info

Publication number: DE102009026774A1
Application number: DE200910026774
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Stoecklein; Andreas Rettich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-09
Also published as: CN102803704B; EP2438288B1; EP2438288A1; WO2010139501A1; CN102803704A

Abstract

Ein Schaltventil (2), das insbesondere als Magnetventil für Brennstoffeinspritzventile von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, weist ein Ventilstück (3), an dem eine Ventilsitzfläche (4) ausgebildet ist, und einen Ventilschließkörper (5) auf, der mit der Ventilsitzfläche (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei umfasst das Ventilstück (3) einen Führungsabschnitt (26), auf dem der Ventilschließkörper (5) mit einer Führungsöffnung (27) geführt ist. Ferner weist das Ventilstück (3) Kanäle (32, 33) auf, die in einen Raum (29) zwischen dem Führungsabschnitt (26) und dem Dichtsitz münden. Hierbei kann ein Dichtsitz mit einem Durchmesser (34) von beispielsweise 1,8 mm realisiert werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Schaltventil, insbesondere ein Magnetventil für Brennstoffeinspritzventile, und ein Brennstoffeinspritzventil mit solch einem Schaltventil. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Aus der DE 10 2006 021 741 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem druckausgeglichenen Steuerventil bekannt. Bei dem bekannten Injektor wird ein Einspritzventilglied, welches eine Einspritzöffnung freigibt oder verschließt, durch ein Steuerventil angesteuert, wobei das Steuerventil eine Verbindung aus einem Steuerraum in einen Kraftstoffrücklauf freigibt oder verschließt, indem ein Schließelement in einen Sitz gestellt wird oder diesen freigibt. Bei dem Steuerventil werden die hydraulischen Kräfte über einen Druckausgleich minimiert. Dadurch kann die Federkraft bei gleichzeitig weniger Hub und größerer Querschnittsfläche reduziert werden. Hierdurch sind kurze Schaltzeiten und eine vorteilhafte Dynamik möglich.
Der aus der DE 10 2006 021 741 A1 bekannte Kraftstoffinjektor hat den Nachteil, dass es durch eine Schiefstellung eines Ankers und eine fehlende Zentrierwirkung auf Grund eines gebildeten Flachsitzes zu einer Undichtheit am Sitz kommen kann. Ferner ist das Steuerventil relativ empfindlich gegenüber Partikel, da die Stützwirkung begrenzt ist. Außerdem kann die Sitzbegrenzung nur über den Anker erfolgen, wobei sehr kleine Sitzlängen mit zwei Funktionskanten bestehen, was sich auch beim Beschichten und bei Partikeleinschlägen nachteilig auswirkt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Schaltventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 12 haben den Vorteil, dass eine Funktionsweise verbessert ist. Speziell besteht der Vorteil, dass ein robustes Schaltventil geschaffen werden kann, das auch für hohe Drücke geeignet ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Schaltventils und des im Anspruch 12 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhaft ist es, dass der Raum, in den der Kanal des Ventilstücks zwischen dem Führungsabschnitt und dem Dichtsitz mündet, zumindest teilweise in der Führungsöffnung ausgebildet ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass an dem Ventilstück zwischen dem Führungsabschnitt und der Ventilsitzfläche ein Einstich vorgesehen ist, und dass der Raum, in den der Kanal des Ventilstücks zwischen dem Führungsabschnitt und dem Dichtsitz mündet, zumindest im Wesentlichen durch den Einstich vorgegeben ist, wobei eine Innenwand der Führungsöffnung den durch den Einstich vorgegebenen Raum begrenzt. Dadurch ist eine kompakte Ausgestaltung eines zumindest im Wesentlichen druckausgeglichenen Schaltventils möglich.
Vorteilhaft ist es auch, dass die Führungsöffnung als Führungsbohrung, insbesondere als durchgehende Führungsbohrung, ausgestaltet ist, und dass zumindest der Führungsabschnitt des Ventilstücks axialsymmetrisch zu einer Achse der Führungsbohrung ausgestaltet ist. Hierdurch ist eine Führung zwischen dem Ventilstück und dem Ventilschließkörper gewährleistet, so dass eine Undichtigkeit am Dichtsitz durch Schiefstellung des Ventilschließkörpers verhindert ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass zwischen dem Führungsabschnitt und der Führungsbohrung ein relativ großes Führungsspiel vorgegeben ist. Hierdurch kann eine Zugbelastung zwischen dem Führungsabschnitt und dem übrigen Ventilstück reduziert werden. Über das relativ große Führungsspiel ist eine gezielte Leckage möglich.
Vorteilhaft ist es allerdings auch, dass an dem Führungsabschnitt ein seitlicher Anschliff vorgesehen ist, an dem zwischen dem Führungsabschnitt und der Führungsbohrung ein Leckagespalt ausgebildet ist. Über den Leckagespalt kann ebenfalls eine Zugbelastung zwischen dem Führungsabschnitt und dem übrigen Ventilstück verringert werden.
In vorteilhafter Weise ist der Kanal, der in den Raum zwischen dem Führungsabschnitt und dem Dichtsitz mündet, als gedrosselter Kanal ausgestaltet. Hierbei kann durch den Kanal, insbesondere eine Ablaufdrossel, realisiert werden.
Vorteilhaft ist es auch, dass der Ventilschließkörper eine Dichtkante aufweist, die der Ventilsitzfläche zugewandt ist, dass der Dichtsitz zwischen der Dichtkante und der Ventilsitzfläche gebildet ist und dass ein durch die Dichtkante vorgegebener Sitzdurchmesser des Dichtsitzes zumindest näherungsweise gleich groß ist wie ein Durchmesser des Führungsabschnitts des Ventilstücks. Hierdurch kann ein sehr kleiner Sitzdurchmesser realisiert werden, wobei eine ausreichende Hochdruckfestigkeit ermöglicht ist. Durch den kleinen Sitzdurchmesser kann eine zuverlässige Dichtheit des geschlossenen Dichtsitzes auch bei sehr hohen Drücken gewährleistet werden.
Vorteilhaft ist es hierbei außerdem, dass die Ventilsitzfläche als konische Ventilsitzfläche ausgestaltet ist und dass ein Öffnungswinkel der konischen Ventilsitzfläche aus einem Bereich von etwa 80° bis etwa 120° gewählt ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die Dichtkante an einer konischen Stirnfläche des Ventilschließkörpers ausgestaltet ist und dass ein Öffnungswinkel der konischen Stirnfläche größer als der Öffnungswinkel der konischen Ventilsitzfläche ist. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Zentrierwirkung des Ventilschließkörpers in Bezug auf die Ventilsitzfläche des Ventilstücks. Somit kann eine Undichtheit am Dichtsitz durch Schiefstellung oder dergleichen verhindert werden. Außerdem kann eine Sitzbegrenzung im oder am Ventilstück angebracht sein.
Speziell ist es vorteilhaft, dass der Sitzdurchmesser des Dichtsitzes nicht größer als 2 mm, insbesondere näherungsweise gleich 1,8 mm, ist. Somit kann eine relativ große Leckage, die beispielsweise bei einem Sitzdurchmesser von 2,5 mm auftreten kann, verhindert werden und eine Hochdruckfestigkeit für sehr hohe Drücke, insbesondere für Drücke von mehr als 160 MPa (1600 bar), geschaffen werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. ES zeigt:
1 ein Schaltventil eines Brennstoffeinspritzventils in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 mit einem Schaltventil 2 in einer schematischen, auszugsweisen, axialen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste, die Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritz ventil 1 und das erfindungsgemäße Schaltventil 2 eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Das Schaltventil 2 weist ein Ventilstück 3 auf, an dem eine Ventilsitzfläche 4 ausgebildet ist. Ferner weist das Schaltventil 2 einen Ventilschließkörper 5 auf, der mit der Ventilsitzfläche 4 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilschließkörper 5 ein Teil eines Ankers 6. Dabei ist der Ventilschließkörper 5 einstückig mit dem Anker 6 ausgebildet. Der Ventilschließkörper 5 kann allerdings auch mit dem Anker 6 verbunden sein. In einem Magnetkern 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 ist eine Magnetspule 8 angeordnet, die zum Erzeugen eines Magnetfelds zum Betätigen des Ventilschließkörpers 5 des Ankers 6 mittels des Magnetkerns 7 dient. Hierdurch kann der zwischen dem Ventilschließkörper 5 und der Ventilsitzfläche 4 gebildete Dichtsitz geöffnet und geschlossen werden. Der Anker 6 ist hierbei an einem Druckbolzen 9 geführt, der sich an einem Stützelement 10 abstützt. Ferner ist eine Ventilfeder 11 vorgesehen, die zwischen dem Stützelement 10 und dem Anker 6 angeordnet ist, um den Anker 6 entgegen einer magnetischen Anzugskraft des Magnetkerns 7, die durch einen Strom durch die Magnetspule 8 steuerbar ist, zu beaufschlagen. Die Kraft der Ventilfeder 11 beeinflusst hierbei die bei geschlossenem Dichtsitz wirkende Anlagekraft einer Kante 12 des Ventilschließkörpers 5 an der Ventilsitzfläche 4.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Ventilstück 3 in ein weiteres Gehäuseteil 13 des Brennstoffeinspritzventils 1 eingesetzt. Hierbei stützt sich das Ventilstück 3 an einem Absatz 14 des Gehäuseteils 13 ab. Das Ventilstück 3 weist eine Bohrung 15 auf, in der ein Steuerraum 16 durch einen Ventilkolben 17 begrenzt ist. In den Steuerraum 16 führt eine Zulaufdrossel 18, die den Steuerraum 16 mit einem Hochdruckraum 19 im Inneren des Gehäuseteils 13 verbindet.
Das Schaltventil 2 weist eine Achse 25 auf, an der der Anker 6 und das Ventilstück 3 ausgerichtet sind. Der Anker 6 ist dabei axialsymmetrisch zu der Achse 25 ausgestaltet. Das Ventilstück 3 ist im Wesentlichen axialsymmetrisch zu der Achse 25 ausgestaltet. Das Ventilstück 3 weist einen Führungsabschnitt 26 auf, der in einer Führungsbohrung 27 des Ankers 6 geführt ist. Die Führungsbohrung 27 ist hierbei als durchgehende Führungsbohrung 27 ausgestaltet. In die Führungsbohrung 27 erstreckt sich außerdem der Druckbolzen 9, um den Anker 6 an dem Druckbolzen 9 zu führen. Zwischen dem Führungsabschnitt 26 und der Ventilsitzfläche 4 ist ein Einstich 28 an dem Ventilstück 3 vorgesehen. Durch den Einstich 28 ist ein Brennstoffraum 29 gebildet, der durch eine Innenwand 30 der Führungsbohrung 27 des Ankers 6 begrenzt ist. Der Brennstoffraum 29 ist somit zwischen dem Führungsabschnitt 26 und der Ventilsitzfläche 4 ausgebildet.
Das Ventilstück 3 weist eine axiale Sackbohrung 31 auf, aus der ein Kanal 32 und ein Kanal 33 abzweigen. Über die Sackbohrung 31 und die Kanäle 32, 33 ist der Steuerraum 16 mit dem Brennstoffraum 29 verbunden. Die Kanäle 32, 33 sind dabei als gedrosselte Kanäle 32, 33 ausgestaltet. Die Kanäle 32, 33 münden beide in den Brennstoffraum 29 zwischen dem Führungsabschnitt 26 und dem Dichtsitz, der an der Kante 12 zwischen dem Ventilschließkörper 5 und der Ventilsitzfläche 4 gebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Brennstoffraum 29 in der Führungsbohrung 27 ausgebildet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kante 12 des Ventilschließkörpers 5 als Dichtkante ausgestaltet, an der der Dichtsitz zwischen dem Ventilschließkörper 5 und der Ventilsitzfläche 4 zustande kommt. Die Dichtkante 12 ist der Ventilsitzfläche 4 zugewandt. Dabei ist ein Durchmesser 34 der Dichtkante 12 zumindest näherungsweise gleich groß wie ein Durchmesser 35 des Führungsabschnitts 26. Dadurch ist in Bezug auf den Brennstoffraum 29 ein Druckausgleich ermöglicht. Außerdem ist der Durchmesser 34 sehr klein, so dass ein Sitzdurchmesser des Dichtsitzes ebenfalls sehr klein ist. Beispielsweise kann der Durchmesser 34 und somit der Sitzdurchmesser an der Dichtkante 12 nicht größer als 2 mm, insbesondere näherungsweise gleich 1,8 mm, sein.
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Anker 6 eine Stirnfläche 36 auf, die der Ventilsitzfläche 4 des Ventilstücks 3 zugewandt ist. Die Dichtkante 12 ist zwischen der Stirnfläche 36 und der Innenwand 30 der Führungsbohrung 27 gebildet. Dadurch liegt die Dichtkante 12 noch an der Stirnfläche 36, hat aber einen minimalen Durchmesser 34. Die konische Ventilsitzfläche 4 hat beispielsweise einen Öffnungswinkel, der gleich 90° ist. Hierdurch wird eine vorteilhafte Zentrierung des Ventilschließkörpers 5 mit seiner Dichtkante 12 an der Ventilsitzfläche 4 ermöglicht. Ein Öffnungswinkel der konischen Stirnfläche 36 des Ventilschließkörpers 5 ist größer als der Öffnungswinkel der konischen Ventilsitzfläche 4, das heißt in diesem Ausführungsbeispiel größer als 90°, gewählt.
Der Öffnungswinkel der konischen Ventilsitzfläche 4 ist durch die erforderliche Zentrierung bestimmt und kann in einem Bereich von weniger als 120° liegen. Besonders günstig ist es, wenn er in einem Bereich von etwa 80° bis etwa 120° liegt. Der Öff nungswinkel der konischen Stirnfläche 36 des Ventilschließkörpers 5 ist dann größer als der Öffnungswinkel der konischen Ventilsitzfläche 4 gewählt.
Die Ventilsitzfläche 4 ist durch eine Stufe 37 begrenzt. Hierdurch kann ein maximaler Durchmesser 38 der Ventilsitzfläche 4 zur Sitzbegrenzung vorgegeben sein. Die Sitzbegrenzung kann hierbei an dem Ventilstück 3 durch die Stufe 37 oder auch auf andere Weise angebracht werden.
Der Führungsabschnitt 26 ist entlang der Achse 25 vorzugsweise relativ kurz ausgestaltet. Dieser kurze Führungsabschnitt 26 dient im Wesentlichen zur Zentrierung bei einer Montage. Die Führung des Ankers 6 erfolgt über den Druckbolzen 9. Die Druckkräfte vom Sitzdurchmesser werden vorzugsweise vom Druckbolzen 9 aufgenommen. Über das Stützelement 10 erfolgt somit eine Abstützung an einer Magnetgruppe. Der Führungsabschnitt 26 dichtet in diesem Fall nicht gegen den Hochdruck im Brennstoffraum 29 ab. Dadurch ist gewährleistet, dass das Ventilstück 3 im Bereich des Einstichs 28 und insbesondere an den Mündungen der Kanäle 32, 33 nicht auf Zug belastet wird und somit in diesem Bereich keine oder nur sehr geringe Zugspannungen im Ventilstück 3 auftreten. Hierbei ist es möglich, eine weitere Zugentlastung zu schaffen. Dies kann beispielsweise durch ein relativ großes Führungsspiel zwischen dem Führungsabschnitt 26 und der Führungsbohrung 27 des Ankers 6 erzielt werden. Außerdem kann zusätzlich oder alternativ ein Anschliff 39 an einer Seite des Führungsabschnitts 26 vorgesehen sein, der einen Leckagespalt zwischen dem Führungsabschnitt 26 und der Innenwand 30 der Führungsbohrung 27 ausbildet. Durch solch eine gezielte Leckage wird eine Angleichung des Drucks in der Führungsbohrung 27 zwischen dem Führungsabschnitt 26 und dem Druckbolzen 9 an den Druck im Brennstoffraum 29 ermöglicht.
Vorteilhaft ist allerdings auch eine Ausgestaltung des Führungsabschnitts 26, bei der kein Anschliff 39 oder dergleichen vorgesehen ist. Der Führungsabschnitt 26 ist dadurch axialsymmetrisch zu der Achse 25 ausgestaltet. Hierdurch kann auch eine gewisse Führung erzielt werden, um ein zuverlässiges Schließen des Dichtsitzes zwischen der Dichtkante 12 und der Ventilsitzfläche 4 zu erzielen. Speziell wird ein Verkippen zwischen dem Ventilschließkörper 5 und dem Ventilstück 3 verhindert oder zumindest verringert, wodurch eine Selbstzentrierung der Dichtkante 12 an der konischen Ventilsitzfläche 4 unterstützt ist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006021741 A1 [0002, 0003]

Claims

Schaltventil (2), insbesondere Magnetventil für Brennstoffeinspritzventile von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilstück (3), an dem eine Ventilsitzfläche (4) ausgebildet ist, und einem Ventilschließkörper (5), der mit der Ventilsitzfläche (4) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstück (3) einen Führungsabschnitt (26) aufweist, auf dem der Ventilschließkörper (5) mit einer Führungsöffnung (27) geführt ist, und dass das Ventilstück (3) zumindest einen Kanal (32, 33) aufweist, der in einen Raum (29) zwischen dem Führungsabschnitt (26) und dem Dichtsitz mündet.
Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (29), in den der Kanal (32, 33) des Ventilstücks (3) zwischen dem Führungsabschnitt (26) und dem Dichtsitz mündet, zumindest teilweise in der Führungsöffnung (27) ausgebildet ist.
Schaltventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilstück (3) zwischen dem Führungsabschnitt (26) und der Ventilsitzfläche (4) ein Einstich (28) vorgesehen ist und dass der Raum (29), in den der Kanal (32, 33) des Ventilstücks (3) zwischen dem Führungsabschnitt (26) und dem Dichtsitz mündet, zumindest im Wesentlichen durch den Einstich (28) vorgegeben ist, wobei eine Innenwand (30) der Führungsöffnung (27) den durch den Einstich (28) vorgegebenen Raum (29) begrenzt.
Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsöffnung (27) als Führungsbohrung (27), insbesondere als durchgehende Führungsbohrung (27), ausgestaltet ist, und dass zumindest der Führungsabschnitt (26) des Ventilstücks (3) axialsymmetrisch zu einer Achse (25) der Führungsbohrung (27) ausgestaltet ist.
Schaltventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Führungsabschnitt (26) und der Führungsbohrung (27) ein relativ großes Führungsspiel vorgegeben ist.
Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Führungsabschnitt (26) ein seitlicher Anschliff (39) vorgesehen ist, an dem zwischen dem Führungsabschnitt (26) und der Führungsbohrung (27) ein Leckagespalt ausgebildet ist.
Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (32, 33), der in den Raum (29) zwischen dem Führungsabschnitt (26) und dem Dichtsitz mündet, als gedrosselter Kanal (32, 33) ausgestaltet ist.
Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (5) eine Dichtkante (12) aufweist, die der Ventilsitzfläche (4) zugewandt ist, dass der Dichtsitz zwischen der Dichtkante (12) und der Ventilsitzfläche (4) gebildet ist und dass ein durch die Dichtkante (12) vorgegebener Sitzdurchmesser (34) des Dichtsitzes zumindest näherungsweise gleich groß ist wie ein Durchmesser (35) des Führungsabschnitts (26) des Ventilstücks (3).
Schaltventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitzfläche (4) als konische Ventilsitzfläche (4) ausgestaltet ist und dass ein Öffnungswinkel der konischen Ventilsitzfläche (4) aus einem Bereich von etwa 80° bis etwa 120° gewählt ist.
Schaltventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (12) an einer konischen Stirnfläche (36) des Ventilschließkörpers (5) ausgestaltet ist und dass ein Öffnungswinkel der konischen Stirnfläche (36) größer als der Öffnungswinkel der konischen Ventilsitzfläche (4) ist.
Schaltventil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzdurchmesser (34) des Dichtsitzes nicht größer als 2 mm, insbesondere zumindest näherungsweise gleich 1,8 mm, ist.
Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Schaltventil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.