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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Schaltventil, insbesondere ein druckausgeglichenes
Ventil für Brennstoffeinspritzventile, und ein Brennstoffeinspritzventil mit
solch einem Schaltventil. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet
der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden,
selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 10 2006
021 741 A1 ist ein Kraftstoffinjektor mit einem druckausgeglichenen
Steuerventil bekannt. Bei dem bekannten Injektor wird ein Einspritzventilglied,
welches die Einspritzöffnung freigibt oder verschließt,
durch ein Steuerventil angesteuert, wobei das Steuerventil eine
Verbindung aus einem Steuerraum in einen Kraftstoffrücklauf
freigibt oder verschließt, in dem 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.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Schaltventil mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 11 haben den Vorteil, dass ein Verhalten
des Schaltventils verbessert ist. Speziell kann ein gleichbleibend
stabiles Öffnungsverhalten des Schaltventils über
die Lebensdauer erzielt werden.
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Bei
der Ausgestaltung eines Schaltventils ist es denkbar, dass ein Dichtsitz
des Schaltventils mit einer Kegelpaarung unterschiedlicher Kegelwinkel realisiert
wird. Dabei findet allerdings im Betrieb im Laufe der Zeit durch
Verschleiß und Glättung ein Angleich der beiden
Kegel statt, so dass sich der Dichtsitz des Ventils auf der angeglichenen
Fläche der beiden Kegel je nach anliegendem Druck verschieben kann.
Hierdurch kommt es zu einer Änderung des Öffnungsverhaltens
des Ventils und damit beispielsweise zu einer Änderung
der eingespritzten Brennstoffmenge. Bei einem Brennstoffeinspritzventil
mit solch einer Konstruktion kommt es somit zu einer Drift der Einspritzmenge über
die Lebensdauer. Solch eine Drift ist allerdings unerwünscht
und es besteht das Bestreben, solch eine Drift möglichst
gering zu halten.
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Durch
die Ausgestaltung der Kompensationskante am Ventilschließkörper,
die beispielsweise durch Anschleifen ausgebildet werden kann, kann
im Laufe der Zeit im Betrieb ein Drosselspalt vor dem Dichtsitz
realisiert werden, wodurch der an dem Dichtsitz anliegende Systemdruck
reduziert wird. Die Ausgestaltung des Drosselspalts erfolgt hierbei durch
einen Verschleiß zwischen dem Ventilschließkörper
und der Ventilsitzfläche, der zumindest im Wesentlichen
durch Abrieb und Glättung der Oberflächen (geometrischer
Angleich) verursacht ist. Hierdurch wird auch der Bereich, in dem
eine Verschiebung des wirksamen Sitzdurchmessers erfolgen kann und/oder
das Ausmaß solch einer Verschiebung des wirksamen Sitzdurchmessers
verringert. Dadurch ist auch die Möglichkeit einer Änderung
des Öffnungsverhaltens des Schaltventils verringert. Somit
ist ein stabiles Öffnungsverhalten möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Kompensationskante des Ventilschließkörpers
in einer Strömungsrichtung betrachtet vor dem Dichtsitz
angeordnet ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Kompensationskante
so ausgestaltet ist, dass im Betrieb zwischen der Kompensationskante
des Ventilschließkörpers und der Ventilsitzfläche
ein Drosselspalt ausgebildet ist. Hierbei ist es auch vorteilhaft,
dass der zwischen der Kompensationskante des Ventilschließkörpers
und der Ventilsitzfläche im Betrieb ausgebildete Drosselspalt
durch einen betriebsbedingten Verschleiß zwischen dem Ventilschließkörper
und der Ventilsitzfläche des Ventilstücks gebildet
ist. Ausgehend von einem neu hergestellten Ventil schlägt
die Kompensationskante im Betrieb sozusagen gegen die Ventilsitzfläche,
wodurch es zu einem Verschleiß durch Abrieb und Glättung
der Oberflächen (geometrischer Angleich) kommt. Dadurch
bildet sich ein Drosselspalt im Bereich der Kompensationskante des
Ventilschließkörpers aus. Beispielsweise kann
der verschleißbedingte Abrieb einige Mikrometer an Materialstärke
betragen. Dadurch bildet sich ein Spalt im Bereich der Kompensationskante
zwischen dem Ventilschließkörper und der Ventilsitzfläche,
der im Betrieb als Drosselspalt wirkt. Die Länge dieses Drosselspalts
kann in Strömungsrichtung betrachtet, entsprechend dem
Verschleiß einige Mikrometer betragen. Da der Drosselspalt
in Strömungsrichtung betrachtet vor dem Dichtsitz angeordnet
ist, ergibt sich eine Reduzierung des Druckes, der am Dichtsitz
anliegt.
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In
vorteilhafter Weise sind ein Werkstoff des Ventilschließkörpers
und ein Werkstoff des Ventilstücks an der Ventilsitzfläche
so gewählt, dass ein betriebsbedingter Verschleiß zwischen
dem Ventilschließkörper und der Ventilsitzfläche
des Ventilstücks sowohl an dem Ventilschließkörper
als auch an dem Ventilstück auftritt. Dadurch passen sich
der Ventilschließkörper und das Ventilstück
an der Ventilsitzfläche in vorteilhafter Weise aneinander
an. Dadurch wird insbesondere ein strömungsgünstiger Drosselspalt
ausgebildet.
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Vorteilhaft
ist es, dass der Ventilschließkörper eine Kontaktfläche
aufweist, die der Ventilsitzfläche des Ventilstücks
zugewandt ist, dass der Ventilschließkörper an
seiner Kontaktfläche mit der Ventilsitzfläche
zu dem Dichtsitz zusammenwirkt und dass die Kontaktfläche
in einer Strömungsrichtung betrachtet als relativ schmale
Kontaktfläche und/oder als ringförmige Kontaktfläche
ausgestaltet ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Kontaktfläche
des Ventilschließkörpers durch die Kompensationskante
des Ventilschließkörpers begrenzt ist. Hierdurch
wird der mögliche Bereich, in dem der Dichtsitz variieren kann,
von vornherein verringert.
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Vorteilhaft
ist es auch, dass die Kompensationskante durch eine an dem Ventilschließkörper
vorgesehene Fase gebildet ist. Durch die an dem Ventilschließkörper
vorgesehene Fase verringert sich der Bereich, in dem der wirksame
Sitzdurchmesser schwanken kann, um das Maß der Breite der
Fase. Dadurch wird eine zusätzliche Stabilisierung des Öffnungsverhaltens über
die Lebensdauer erzielt. Die Fase kann beispielsweise als eingeschliffene
Fase ausgestaltet sein.
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In
vorteilhafter Weise ist der Ventilschließkörper
an einem bolzenförmigen Führungsabschnitt des Ventilstücks
geführt, wobei die Ventilsitzfläche des Ventilstücks
als zumindest im Wesentlichen konische, ringförmige Ventilsitzfläche
ausgestaltet ist. Außerdem ist es vorteilhaft, dass das
Ventilstück einen ringförmigen Einstich aufweist,
dass eine Innenseite des Ventilschließkörpers
einen durch den Einstich gebildeten Brennstoffraum begrenzt und
dass in den Brennstoffraum ein durch das Ventilstück geführter
Brennstoffkanal mündet. Hierdurch kann eine vorteilhafte
Positionierung, insbesondere Zentrierung, des Ventilschließkörpers
in Bezug auf das Ventilstück und somit der Kompensationskante
in Bezug auf die Ventilsitzfläche erzielt werden. Außerdem
kann in vorteilhafter Weise eine druckausgeglichene Ausgestaltung
des Ventils erzielt werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert.
Es zeigt:
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1 ein
Schaltventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung
entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im
Neuzustand und
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2 den
in 1 dargestellten Ausschnitt nach einer gewissen
Betriebsdauer.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel eines Schaltventils 1 eines
Brennstoffeinspritzventils in einer schematischen, auszugsweisen,
axialen Schnittdarstellung. Das Schaltventil 1 eignet sich
besonders für Brennstoffeinspritzventile von Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Ein bevorzugter Einsatz besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage
mit einer Brennstoffverteilerleiste, die Dieselbrennstoff unter hohem
Druck speichert und mit mehreren Brennstoffeinspritzventilen verbunden
ist. Das erfindungsgemäße Schaltventil 1 und
das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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Das
Schaltventil 1 weist ein Ventilstück 1 und einen
Ventilschließkörper 3 auf. Der Ventilschließkörper 3 kann
mit einem Anker 4 verbunden sein. In diesem Ausführungsbeispiel
ist der Ventilschließkörper 3 einstückig
mit dem Anker 4 ausgestaltet.
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Das
Ventilstück 2 weist einen bolzenförmigen
Führungsabschnitt 5 auf, an dem der Anker 4 entlang
einer Achse 6 des Schaltventils 1 geführt
ist. Der Anker 4 ist dabei axialsymmetrisch zu der Achse 6 ausgestaltet.
Ferner ist das Ventilstück 2 zumindest im Wesentlichen
axialsymmetrisch zu der Achse 6 ausgestaltet.
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Das
Ventilstück 2 weist einen ringförmigen Einstich 7 auf.
Durch den ringförmigen Einstich 7 ist einerseits
eine Ventilsitzfläche 8 an dem Ventilstück 2 ausgebildet.
Andererseits ist dadurch an dem Ventilstück 2 eine
Fläche 9 ausgebildet. Die Ventilsitzfläche 8 ist
als konische, ringförmige Ventilsitzfläche 8 ausgestaltet.
Ferner ist die Fläche 9 als konische, ringförmige
Fläche 9 ausgestaltet. Die Ventilsitzfläche 8 ist
der Fläche 9 zumindest näherungsweise
zugewandt.
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Der
Ventilschließkörper 3 des Ankers 4 weist eine
Innenseite 10 auf, die das Ventilstück 2 umfänglich
umschließt. Die Innenseite 10 des Ventilschließkörpers 3 begrenzt
einen durch den Einstich 7 gebildeten ringförmigen
Brennstoffraum 11. In dem Ventilstück 2 ist
eine axiale Sackbohrung 12 ausgestaltet, von der zumindest
eine radiale Bohrung 13 abzweigt. Die Sackbohrung 12 und
die radiale Bohrung 13 bilden einen Brennstoffkanal 14 des
Schaltventils 1 aus. Die radiale Bohrung 13 des
Brennstoffkanals 14 mündet an dem ringförmigen
Einstich 7 in den Brennstoffraum 11 des Schaltventils 1.
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Der
Ventilschließkörper 3 weist eine Kontaktfläche 20 auf.
Die Kontaktfläche 20 ist der Ventilsitzfläche 8 zugewandt.
Im Bereich der Kontaktfläche 20 weist der Ventilschließkörper 3 eine
Kompensationskante 21 auf. Die Kompensationskante 21 ist
auf die Ventilsitzfläche 8 gerichtet. Der Ventilschließkörper 3 wirkt
mit der Ventilsitzfläche 8 zu einem Dichtsitz
zusammen. Eine Dichtlinie, Dichtfläche oder dergleichen
des Dichtsitzes liegt in einem Bereich 22. Die Kompensationskante 21 liegt
außerhalb des Bereichs 22. Hierbei liegt die Kompensationskante 21 des
Ventilschließkörpers 3 in einer Strömungsrichtung 23 betrachtet
vor dem Dichtsitz, der im Bereich 22 liegt. Die Strömungsrichtung 23 ist
hierbei so bestimmt, dass diese zumindest näherungsweise
den Fluss des Brennstoffs bei geöffnetem Dichtsitz angibt.
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Die
Kontaktfläche 20 ist in der Strömungsrichtung 23 betrachtet
als relativ schmale Kontaktfläche 20 ausgestaltet.
Außerdem ist die Kontaktfläche 20 als
ringförmige Kontaktfläche 20 ausgestaltet. Hierdurch
ist der Bereich 22 relativ schmal vorgegeben. Dies begünstigt
im Betrieb ein konstantes, stabiles Öffnungsverhalten des
Schaltventils 1.
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Die
Kompensationskante 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel
durch eine an dem Ventilschließkörper 3 vorgesehene
Fase 24 gebildet. Die Fase 24 kann beispielsweise
durch Anschleifen des Ventilschließkörpers 3 ausgestaltet
sein. Die Kontaktfläche 20 ist dadurch durch die
Kompensationskante 21 begrenzt.
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2 zeigt
das Schaltventil 1 nach einer gewissen Betriebsdauer. Ein
Werkstoff des Ventilschließkörpers 3 und
ein Werkstoff des Ventilstücks 2 an der Ventilsitzfläche 8 sind
so gewählt, dass ein betriebsbedingter Verschleiß zwischen
dem Ventilschließkörper 3 und der Ventilsitzfläche 8 des
Ventilstücks 2 sowohl an dem Ventilschließkörper 3 als auch
dem Ventilstück 2 auftritt. Somit tritt im Bereich der
Kontaktfläche 20 des Ventilschließkörpers 3 ein Verschleiß auf,
der eine Vertiefung 25 bildet. Außerdem tritt
auch ein Verschleiß an der Ventilsitzfläche 8 auf,
der zu einer Vertiefung 26 an der Ventilsitzfläche 8 führt.
Eine weitere Abnutzung tritt im Bereich der Kompensationskante 21 auf.
An der in der 1 dargestellten Fase 24 tritt
im Betrieb ein Abrieb auf, wodurch sich eine abgeriebene Fase 27 ausbildet,
die gegenüber der Fase 24 weiter zurückgesetzt
ist. Entsprechend kommt es auch im Bereich der Ventilsitzfläche 8 zu
einem Verschleiß, wodurch sich eine Stufe 28 in
der Ventilsitzfläche 8 bildet. Die Höhe
der Stufe 28 kann beispielsweise einige Mikrometer betragen.
Im geschlossenen Zustand des Dichtsitzes, in dem der Ventilschließkörper 3 an
seiner Vertiefung 25 an der Vertiefung 26 der
Ventilsitzfläche 8 anliegt, ist dadurch zwischen
der abgeriebenen Fase 27 des Ventilschließkörpers 3 und
der Stufe 28 der Ventilsitzfläche 8 ein
Drosselspalt 30 gebildet. Der Drosselspalt 30 kann
in der Strömungsrichtung 23 betrachtet, einige
Mikrometer lang sein. Der Drosselspalt 30 kann in diesem
Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen ringförmig
entlang der Ventilsitzfläche 8 ausgestaltet sein.
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Somit
entsteht über die Betriebsdauer ein Drosselspalt 30 vor
dem Dichtsitz, der den Druck an dieser Stelle drosselt. Somit kann
ein stabiles Öffnungsverhalten erzielt werden. Ferner besteht
der Vorteil, dass die Kompensationskante 21 relativ stumpf
wird, wodurch eine gegebenenfalls vorgesehene Beschichtung vereinfacht
ist.
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Im
Betrieb kann der zwischen dem Ventilschließkörper 3 und
der Ventilsitzfläche 8 gebildete Dichtsitz in
dem Bereich 22 zustande kommen. Hierbei ist die momentane
Position von dem Druck in dem Brennstoffraum 11 abhängig.
In der Regel liegt der Dichtsitz bei niedrigen Drücken
näher an der Kompensationskante 21 und bei hohen
Drücken näher an einer äußeren
Kante 29 der Vertiefung 26 der Ventilsitzfläche 8,
das heißt in Strömungsrichtung 23 betrachtet
am Ende der Vertiefung 26. Da die Kontaktfläche 20 relativ
schmal vorgegeben ist, bleibt auch bei dem auftretenden Verschleiß der
Bereich 22, in dem der Dichtsitz zustande kommt, relativ klein.
Dadurch ist auch das Öffnungsverhalten relativ stabil.
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Somit
kommt es zu einer vorteilhaften Zusammenwirkung der Wirkung des
Drosselspalts 30 und des relativ schmalen Bereichs 22,
in dem der Dichtsitz liegt. Denn durch den Drosselspalt 30 wird der
Hochdruck im Brennstoffraum 11 in Bezug auf den Dichtsitz
gedrosselt, so dass eine druckbedingte Variation des Dichtsitzes
verringert ist, und zugleich ist der Bereich 22 für
den Dichtsitz relativ schmal. Durch den Drosselspalt 30 kann
hierbei einer verschleißbedingten Vergrößerung
des Bereichs 22 im Betrieb entgegen gewirkt werden, so
dass eine zumindest teilweise Kompensation auftritt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006021741
A1 [0002]