-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere Einspritz- oder Dosierventil für Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein bekanntes Brenn- oder Kraftstoffeinspritzventil (
DE 10 2006 041 471 A1 ) weist einen in einem rohrförmigen Ventilsitzträger eingesetzten Ventilsitzkörper auf, der eine mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff gefüllte Ventilkammer begrenzt. Der Ventilkörper ist mit einem Ventilsitz und mit einer stromabwärts des Ventilsitzes angeordneten Ventilöffnung zum Austritt des Kraftstoffs versehen. Der Ventilsitz ist konusförmig und bildet zusammen mit einem kugelförmigen Schließkopf eines Ventilglieds einen die Ventilöffnung gegen die Ventilkammer schließenden Dichtsitz. Hierzu wird der Schließkopf mittels einer Ventilschließfeder auf den Ventilsitz aufgedrückt und mittels eines elektromagnetischen Aktors vom Ventilsitz gegen die Federkraft der Ventilschließfeder abgehoben. Bei geschlossener Ventilöffnung verbleibt zwischen dem Schließkopf des Ventilglieds und dem Ventilsitzkörper beiderseits des Dichtsitzes jeweils ein umlaufender Spalt, der sich zum Dichtsitz hin verjüngt. Dieser Spalt bleibt mit Fluid gefüllt, einem sog. Totvolumen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch Minimierung des Spaltvolumens eines zwischen Ventilglied und Ventilkörper im Schließzustand des Ventils vorhandenen Spalts, also durch Herstellen eines Quetschspaltes, eine deutliche Reduzierung der Schaltgeräusche des Ventils beim Schließen erzielt wird. Durch das reduzierte Spaltvolumen wird am Ende des Schließvorgangs vor dem unmittelbaren Aufsetzen des Ventilglieds auf dem Ventilkörper ein nur geringes Fluidvolumen komprimiert, das dem Ventilglied eine höhere Dämpfungskraft entgegensetzt als ein deutlich größeres Fluidvolumen. Der Endanschlag des Ventilglieds am Ventilkörper wird stärker gedämpft und damit das Aufschlaggeräusch des Ventilglieds reduziert.
-
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist zur Herstellung des Dichtsitzes das Ventilglied einen kugelförmigen Schließkopf und der Ventilsitz eine konusförmige Dichtzone auf. In Anpassung der Geometrie des Ventilsitzkörpers an die des Ventilglieds zwecks Herstellung eines Quetschspalts zwischen Schließkopf und Ventilsitz, ist am Ventilsitz jeweils mindestens ein an einem der beiden Enden der Dichtzone sich fortsetzender, konusförmiger Sitzabschnitt ausgeformt, der mit der konusförmigen Dichtzone am Ventilsitz einen minimal möglichen stumpfen Winkel einschließt. Durch diese konstruktive Maßnahme werden über einen weiten Teil des Kontaktbereichs von Schließkopf und Ventilsitz sehr kleine Spalte zwischen Ventilsitz und Schließkopf erzielt. Zusätzlich kann an jedem der beiden stromaufwärts und stromabwärts des Dichtsitzes liegenden konusförmigen Sitzabschnitte ein weiterer konusförmiger Sitzabschnitt angeschlossen werden, der wiederum einen möglichen minimalen stumpfen Winkel mit dem benachbarten Sitzabschnitt einschließt. Das Minimum des stumpfen Winkels zwischen den Sitzabschnitten und der Dichtzone bzw. zwischen den nachfolgenden Sitzabschnitten ist dadurch festgelegt, dass eine Berührung der konusförmigen Sitzabschnitte durch den Schließkopf gerade noch vermieden werden muss, damit der Schließkopf mit der konusförmigen Dichtzone am Ventilsitz einen zuverlässigen Dichtsitz herstellt. Der vorstehend beschriebene Ventilsitz kann bei Fertigung des Ventilsitzkörpers aus Kunststoff in einfacher Weise angeformt werden.
-
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist der Ventilsitz Konusform und das Ventilglied einen über den Ventilsitz sich erstreckenden Dichtabschnitt auf, wobei der Dichtabschnitt aus zwei aneinandergesetzten kegelstumpfförmigen Teilabschnitten mit unterschiedlichem Kegelwinkel zusammengesetzt ist und die Teilabschnitte einen stumpfen Winkel miteinander einschließen, der nahe 180° liegt, z.B. 179° beträgt. Auch hier ergeben sich die beiden Quetschspalte beiderseits des Dichtsitzes. Vorzugsweise ist der Dichtabschnitt an einem Schließkopf des Ventilglieds ausgebildet, der als Formteil aus Stahl, Keramik oder Kunststoff hergestellt ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die beiden kegelförmigen Teilabschnitte am Ventilglied so angeordnet, dass bei geschlossener Ventilöffnung die Stoßstelle der beiden kegelförmigen Teilabschnitte des Dichtabschnitts etwa in der Mitte des konusförmigen Dichtsitzes liegt. Dadurch erhält man stromaufwärts und stromabwärts des Dichtsitzes etwa gleich große Quetschspalte.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist am Ventilsitzkörper eine in die Ventilöffnung hineinragende Radialschulter und an dem zur Ventilöffnung weisenden Ende des Ventilglieds ein in die Ventilöffnung axial eintauchender, zylinderförmiger Zapfen angeordnet. Die Axiallänge des Zapfens ist so bemessen, dass bei durch den Dichtsitz geschlossener Ventilöffnung zwischen der Radialschulter und der dieser zugekehrten Stirnfläche des Zapfens ein Spalt mit sehr kleiner Spalthöhe, z.B. kleiner als 15 µm, vorhanden ist.
-
Alternativ oder zusätzlich weist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Ventilsitzkörper eine die Ventilkammer begrenzende, plane, ringförmige Stirnfläche und das Ventilglied einen Radialflansch auf, der in Zuordnung zum Ventilkörper so angeordnet ist, dass bei durch den Dichtsitz geschlossener Ventilöffnung zwischen Radialflansch und Stirnfläche des Ventilsitzkörpers ein Spalt mit einer sehr kleinen Spalthöhe z.B. 10 bis 15 µm als Quetschspalt vorhanden ist. Dabei ist vorzugsweise die Flanschbreite des Radialflansches so bemessen, dass die ringförmige Stirnfläche des Ventilsitzkörpers in einer Ringbreite von 0,2 bis 0,5 mm überdeckt ist.
-
Durch beide vorstehend genannte konstruktive Maßnahmen wird ein Quetschspalt zwischen Ventilkörper und Ventilglied außerhalb des Ventilsitzes realisiert, der wirkungsvoll zur Geräuschreduzierung beiträgt. Beide beschriebene Quetschspalte können allein oder in Verbindung mit den konstruktiven Maßnahmen zur Spaltvolumenreduzierung der Spalte innerhalb des Ventilsitzes vorgesehen werden. Im letzteren Fall wird eine Steigerung des Geräuschdämpfungseffekts erzielt.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Ventils zum Zumessen eines Fluids mit Ventilsitzkörper und Ventilglied,
-
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für Ventilsitz und Ventilglied im Ventil gemäß 1.
-
Das in 1 im Längsschnitt ausschnittweise mit seinem fluidaustrittsseitigen Ende dargestellte Ventil zum Zumessen eines Fluids wird z.B. als Einspritzventil zum Einspitzen von Kraftstoff in Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen oder zum dosierten Einspritzen von Flüssigkeiten, wie z.B. Harnstoff-Wasser-Lösungen, in den Abgasstrang von Brennkraftmaschinen zwecks Nachbehandlung des Abgases eingesetzt. Das Ventil weist einen Teil eines Ventilgehäuse bildenden, hülsenförmigen Ventilsitzträger 11 auf, der mit einem Ventilsitzkörper 12 abgeschlossen ist. In dem zusammen mit dem Ventilsitzträger 11 eine Ventilkammer 13 begrenzenden Ventilsitzkörper 12 ist eine Ventilöffnung 14 und ein diese stromaufwärts umgebender Ventilsitz 15 ausgebildet. Der Ventilsitz 15 bildet zusammen mit einem eine Hubbewegung ausführenden Ventilglied 16 einen die Ventilöffnung 14 gegen die Ventilkammer 13 abschließenden Dichtsitz. Stromabwärts der Ventilöffnung 14 ist üblicherweise noch eine Spritzlöcher 18 enthaltende Spritzlochscheibe 17 angeordnet, die an der von der Ventilkammer 13 abgekehrten Stirnfläche des Ventilsitzkörpers 12 angesetzt und mit dem Ventilsitzkörper 12 fest verbunden ist.
-
Das Ventilglied 16 weist einen mit dem Ventilsitz 15 zusammenwirkenden Schließkopf 161, der in dem Ausführungsbeispiel der 1 kugelförmig ist, und eine hohlzylindrische Ventilnadel 162 auf, an deren dem Ventilsitzkörper 12 zugekehrten Ende der Schließkopf 161 fluiddicht befestigt, z.B. angeschweißt, ist.
-
Die Fluidzufuhr zur Ventilkammer 13 erfolgt über die hohlzylindrische Ventilnadel 162, die hierzu im Bereich der Ventilkammer 13 eine Radialbohrung 19 für den Fluiddurchtritt aufweist. An der Ventilnadel 162 greift eine Ventilschließfeder 20 an, die den Schließkopf 161 auf den Ventilsitz 15 aufpresst. Mittels eines elektromagnetischen, piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktors 21, der an der Ventilnadel 162 angreift, wird der Schließkopf 161 gegen die Federkraft der Ventilschließfeder 20 vom Ventilsitz 15 abgehoben. Ventilschließfeder 20 und Aktor 21 sind in 1 schematisch angedeutet.
-
Bei geschlossenem Ventil ist zwischen Ventilglied 16 und Ventilsitzkörper 12 außerhalb des vom Ventilglied 16 und dem Ventilsitz 15 gebildeten Dichtsitzes mindestens ein Spalt vorhanden. Um eine Dämpfung des Schaltgeräusches des Ventils, das durch Aufschlagen des Ventilglieds 16 auf den Ventilsitzkörper 12 entsteht, zu erzielen, sind die Geometrien von Ventilglied 16 und Ventilsitzkörper 12 so einander angepasst, dass das Spaltvolumen dieses Spalts minimal ist. Der Spalt mit minimalem Spaltvolumen im Schließzustand des Ventils wird hier auch kurz als Quetschspalt bezeichnet.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist ein solcher Spalt 22, 23 jeweils stromaufwärts und stromabwärts des Dichtsitzes zwischen Schließkopf 161 und Ventilsitz 15 vorhanden. Zur Minimierung des Spaltvolumens dieser Spalte 22, 23 im Schließzustand des Ventils weist der Ventilsitz 15 eine konusförmige Dichtzone 151 auf, in der der Schließkopf 161 mit einer in 1 strichliniert kenntlich gemachten Kugelzone 161a den Dichtsitz herstellt, und ist an beiden Enden der Dichtzone 151, also stromaufwärts und stromabwärts der Dichtzone 151, am Ventilsitz 15 jeweils ein sich von der Dichtzone 151 fortsetzender, konusförmiger Sitzabschnitt 152 bzw. 153 ausgeformt, der mit der Dichtzone 151 einen minimal möglichen stumpfen Winkel a bzw. b einschließt. Das Minimum des stumpfen Winkels a bzw. b ist dadurch vorgegeben, dass eine Berührung von Schließkopf 161 und Sitzabschnitte 152, 153, also eine Berührung des Ventilsitzes 15 außerhalb der Dichtzone 151 durch den Schließkopf 161, vermieden werden muss.
-
In dem alternativen Ausführungsbeispiel der 2 weist zur Minimierung des Spaltvolumens der bei durch den Dichtsitz geschlossener Ventilöffnung 14 verbleibenden Spalte 22, 23 zwischen Schließkopf 161 und Ventilsitz 15 der Ventilsitz 15 im Ventilsitzkörper 12 Konusform auf und ist der Schließkopf 161 des Ventilglieds 16 als Formteil aus Stahl oder Kunststoff mit einem sich über den Ventilsitz 15 erstreckenden Dichtabschnitt 24 ausgebildet. Der Dichtabschnitt 24 ist aus zwei aneinandergesetzten, kegelstumpfförmigen Teilabschnitten 241 und 242 mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zusammengesetzt. Die Kegelwinkel der Teilabschnitte 241, 242 sind dabei so bemessen, dass die Teilabschnitte 241, 242 einen stumpfen Winkel g einschließen, der nahe 180° liegt, z. B. 179° beträgt. Vorzugsweise sind die beiden kegelstumpfförmigen Teilabschnitte 241, 242 am Schließkopf 161 des Ventilglieds 16 so angeordnet, dass die Stoßstelle der beiden kegelförmigen Teilabschnitte 241, 242 bei durch den Dichtsitz geschlossener Ventilöffnung 14 etwa in der Mitte des konusförmigen Ventilsitzes 15 liegt. Dadurch sind die stromaufwärts und stromabwärts des Dichtsitzes liegenden Quetschspalte 22, 23 annähernd gleich groß.
-
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist durch Anpassung der Geometrien von Ventilglied 16 und Ventilsitzkörper 12 ein zusätzlicher Quetschspalt 27 außerhalb des Ventilsitzes 15 realisiert. Hierzu ist am Ventilsitzkörper 12 eine in die Ventilöffnung 14 hineinragende Radialschulter 25 und am Ventilglied 16, genauer gesagt an dem stromabwärts weisenden Ende des Schließkopfs 161, ein in die Ventilöffnung 14 eintauchender, zylindrischer Zapfen 26 angeordnet. Die Radialschulter 25 ist durch Ausbildung zweier im Durchmesser verschiedener Öffnungsbereich 141, 142 in der Ventilöffnung 14 hergestellt, wobei der stromabwärts liegende Öffnungsbereich 142 den kleineren Durchmesser aufweist. Die Axiallänge des Zapfens 26 ist so bemessen, dass bei durch den Dichtsitz 15 geschlossener Ventilöffnung 14 ein zwischen der stromabwärtigen Stirnfläche 261 des Zapfens 26 und der Radialschulter 25 verbleibender Spalt 27 eine sehr kleine Spalthöhe h, z.B. h < 15 µm, aufweist. Dieser zusätzlich zu den gebildeten Quetschspalten 22, 23 vorhandener Quetschspalt 27 steigert den Dämpfungseffekt für das Ventilglied 16 beim Aufschlagen auf den Ventilkörper 12 und erhöht die Geräuschreduzierung. In einigen Fällen reicht die von Quetschspalt 27 erzielte Geräuschreduzierung aus, so dass auf die Quetschspalte 22, 23 verzichtet werden kann und bei konusförmigem Ventilsitz 15 im Ventilsitzkörper 12 der Schließkopf 161 des Ventilglieds 16 wie in 1 kugelförmig ausgebildet werden kann.
-
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Ventils ist ebenfalls durch Anpassung der Geometrien von Ventilglied 16 und Ventilsitzkörper 12 ein zusätzlicher Quetschspalt 28 außerhalb des Ventilsitzes 15 und zusätzlich zu den innerhalb des Ventilsitzes 15 liegenden Quetschspalten 22, 23 realisiert. Hier weist der Ventilsitzkörper 12 eine die Ventilkammer 13 begrenzende, ebene oder plane, ringförmige Stirnfläche 121 und das Ventilglied 16 einen Radialflansch 29 auf, der in Zuordnung zum Ventilsitzkörper 12 so angeordnet ist, dass bei durch den Dichtsitz geschlossener Ventilöffnung 14 zwischen dem Radialflansch 29 und der ringförmigen Stirnfläche 121 ein Spalt 28 mit einer sehr kleinen Spalthöhe s vorhanden ist. Die Spalthöhe s liegt zwischen 10 bis 50µm. Die Flanschbreite des Radialflansches 29 ist so bemessen, dass die ringförmige Stirnfläche 121 des Ventilsitzkörpers 12 in einer Ringbreite b = 0,2 bis 0,5 mm überdeckt ist. Der Radialflansch 29 ist an das mit dem Schließkopf 161 abgeschlossene Ende der Ventilnadel 162 mit dieser einstückig angeformt. Mit diesem zusätzlichen Quetschspalt 28 lässt sich eine verbesserte Dämpfungswirkung des Ventilglieds 16 und damit eine weitere Geräuschreduzierung erzielen. Auch hier kann der Quetschspalt 28 die Dämpfung des Ventilglieds 16 allein übernehmen und bei einem kugelförmigen Schließglied 161 des Ventilglieds 16 der Ventilsitz 15 wie beim Ventilsitzkörper 12 gemäß 2 konusförmig mit stromabwärts sich stetig verringerndem Querschnitt ausgebildet werden.
-
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 102006041471 A1 [0002]
