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Regelbares Einspritzventil Die Erfindung bezieht sich auf ein regelbares
Einspritzventil mit einem axial beweglichen Regelkolben mit zylindrischem Ansatz,
der von einer stationären Hülse mit Lochdüsen umgeben ist.
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Derartige Einspritzventile kommen in erster Linie in der Hochdrucktechnik
zurAnwendung, wo Drücke von mehreren hundert Atmosphären gesteuert werden müssen.
Die bisher bekannten Regelventile besitzen einen Nachteil, der sich immer dann bemerkbar
macht, wenn ein sehr hoher Vordruck auf einen bei Beginn des Regelvorganges geringen
Nachdruck reduziert werden muß. Derartige Bedingungen können beispielsweise bei
der Temperaturregelung eines Zwischenüberhitzers mittels Einspritzkühlers auftreten,
wenn ein sehr hoher Pumpendruck (Vordruck) auf einen zunächst geringen Dampfdruck
im Einspritzkühler (Nachdruck) gedrosselt werden muß. Die Betriebskennlinie des
Einspritzregelventils soll dabei möglichst geradlinig verlaufen, eine Forderung,
die bei sehr hohem Druckabfall über die Armatur allein durch die Form des Drosselkegels
nicht zu erfüllen ist.
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Man hat bereits versucht, diese Schwierigkeit durch vor- oder nachgeschaltete
Lochdüsen, die in einer Hülse beiderseits des Ventilsitzes des Regelkegels angeordnet
sind, zu beseitigen. Das ist jedoch nur unvollkommen gelungen, da bei den bisher
bekannten Vorschlägen der gesamte freie öffnungsquerschnitt dieser Lochdüsen während
des ganzen Regelvorganges konstant bleibt. Da jedoch der Gesamtquerschnitt dieser
Öffnungen der maximalen Durchsatzmenge des Regelventils entsprechen muß, kann der
Einfluß der Lochblende im Bereich kleiner Durchsatzmengen, d. h. bei Beginn des
Regelvorganges, nicht bedeutend sein, oder die Hülse .mit den Lochdüsen muß durch
Auswechselung jeweils der Durchsatzmenge angepaßt werden.
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Das Auswechseln der Lochdüsenhülse ist aber außerordentlich nachteilig,
weil dafür der Betrieb unterbrochen und das Ventil auseinandergenommen werden muß.
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Es sind auch Ventile bekannt, bei denen die Lochdüsenhülse als Regelelement
axial beweglich in der Ventilbohrung angeordnet ist. Bei stationärer Lochdüsenhülse
erfolgt die Regelung durch einen in der Hülse gleitenden Regelkolben.
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Die Erfindung hat sich die Schaffung eines regelbaren Einspritzventils
zur Aufgabe gemacht, die die oben geschilderten Nachteile nicht besitzt und eine
optimale Regelung bei sich ändernden Betriebsbedingungen ermöglicht. -Gelöst wird
diese Aufgabe dadurch, daß der zylindrische Ansatz des Regelkegels als Kolben zur
Steuerung der Lochdüsen der stationären Hülse ausgebildet ist und auf der stationären
Hülse eine weitere, mit Lochdüsen versehene und unabhängig verstellbare Hülse gelagert
ist.
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Die Lochdüsen der verstellbaren Hülse weisen den gleichen Durchmesser
und den gleichen Abstand wie die der stationären Hülse auf.
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Die verstellbare Hülse ist an ihren Enden mit je einem Ringflansch
versehen, deren äußere Umfangsflächen an der Innenwand des Ventilgehäuses anliegen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt ein Ventil in der Form eines Eckventils der bekannten
und üblichen Bauart im Vertikalschnitt. Das Ventilgehäuse 1 weist einen Einlaß 2
und einen Auslaß 3 auf, dessen freie Öffnung durch einen üblichen, der Ventilcharakteristik
angepaßten Regelkegel 4 gesteuert wird, und zwar durch Axialverschiebung einer in
dem Gehäuse 1 geführten und mit dem Regelkegel 4 verbundenen Ventilspindel
5. Der obere Aufbau des Ventils, also Laterne, Stopfbuchse sowie die Betätigungsvorrichtung
für die Ventilspindel 5, ist nicht dargestellt, da er in Formgebung und Wirkung
hinreichend bekannt ist und mit der Erfindung nicht unmittelbar im Zusammenhang
steht.
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In dem Ventilgehäuse 1 ist ein zylindrisches Einsatzstück6 unverschieblich
angeordnet, das in seinem oberen Bereich durch ein übliches Dichtungsmittel gegenüber
der Wandung des Ventilgehäuses 1 abgedichtet ist. Ein Ringflansch 9 am oberen Ende
des Einsatzes 6 ist in die Wandung des Ventilgehäuses 1 eingelassen, einerseits
um die Abdichtung zu sichern und andererseits um Verschiebungen des Einsatzes 6-zu
verhindern.
In einer durchgehenden axialen Bohrung des zylindrischen Einsatzes 6 ist
die Ventilspindel 5 geführt.
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An seinem unteren Ende setzt sich der zylindrische Einsatz in axialer
Richtung als stationäre Hülse 7 mit Lochdüsen 12 fort. Der Außendurchmesser
der Hülse 7 ist wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Ventilgehäuses 1,
so daß ein Ringraum 8 entsteht, welcher die Lochdüsen umgibt und so einen allseitigen
Eintritt des Mediums in einen Ventileintrittsraum 13 ermöglicht. Im dargestellten
Beispiel ist die stationäre Hülse 7 an ihrem unteren Ende in axialer Richtung verlängert
und in die Wandung des Ventilgehäuses 1 eingelassen, wobei zur Verhinderung
von Druckverlusten übliche Dichtungsmittel vorgesehen sind. Das untere Ende
15 der stationären Hülse 7 enthält eine axiale zentrische Bohrung,
die den Ventilauslaß 3 bildet und deren freier öffnungsquerschnitt durch
den Regelkegel 4 gesteuert wird, wobei die obere Begrenzungskante der Bohrung einen
Ventilsitz 20 bildet.
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Die Steuerung der Durchgangsöffnung der Lochdüsen 12 erfolgt
durch einen zylindrischen Ansatz 16,
dessen Außenfläche an der Innenwandung
der stationären Hülse 7 anliegt und dessen untere Kante als Steuerkante
17 wirkt. Der Ansatz 16 ist praktisch ein Teil der Spindel 5, so daß
ein öffnen bzw. Schließen der Lochdüse 12 durch die Steuerkante 17 in Abhängigkeit
von der Axialverschiebung der Spindel 5 erfolgt. Die Aufgabe der Lochdüse 12 besteht
darin, den bei Beginn des Regelvorganges auftretenden starken Vordruck abzufangen
und zu steuern, bis nach einer gewissen Zeit, wenn der Regelkegel 4
die dem
gewünschten Druck entsprechende Auslaßöffnung freigegeben hat, die Durchsatzregelung
allein durch den Regelkegel ausgeführt wird.
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Zur Erleichterung der Spindelverschiebung kann in dem Einsatz 6 sowie
in der Spindel 5 ein System von Kanälen vorgesehen sein, welches in üblicher und
bekannter Weise einen Druckausgleich herbeiführt, so daß die erforderlichen Verstellkräfte
für die Spindel 5 verhältnismäßig niedrig bleiben.
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In dem Ringraum 8 ist koaxial zur stationären Hülse
7 und axial verschieblich eine verstellbare Hülse 21 angeordnet, deren
axiale Ausdehnung kleiner ist als die axiale Länge des Ringraumes B. Am oberen und
unteren Ende besitzt die verstellbare Hülse 21 je einen Ringflansch
10 und 11, deren radiale Außenflächen zur Führung der verstellbaren
Hülse 21 an der Innenwandung des Ventilgehäuses 1
anliegen. Der Abstand
zwischen den Flanschen 10
und 11 ist etwa so groß gewählt wie der Durchmesser
des Einlasses 2, so daß sich wieder ein die verstellbare Hülse 21 umgebender
ringförmiger Kanal 14 ergibt. Die verstellbare Hülse 21 ist axial
verschieblich angeordnet, wobei die Verschiebung mittels eines üblichen und bekannten
Hubgetriebes, welches nicht dargestellt ist, erfolgen kann. Auf dem Ringflansch
10 ist eine Ausnehmung 18 vorgesehen, in welche beispielsweise ein
Zapfen eines derartigen Hubgetriebes einfassen kann. Der untere Flansch
11
kann, wie dargestellt, ein Stück in die Wandung des Ventilgehäuses
1 einfassen. Die verstellbare Hülse 21 mit den Lochdüsen
19
kann in äquivalenter Weise statt axial verschoben auch verdreht werden.
Der zylindrische Mantel der Hülse 21 ist mit Lochdüsen 19 versehen, und zwar in
einer Anzahl, Größe und in einem Abstand, die den Lochdüsen 7 entsprechen, wobei
in einer Endlage der verstellbaren Hülse 21 die Lochdüsen 19 der Hülse 21 mit den
Lochdüsen 12 der Hülse 7 koinzidieren. Durch Verschiebung oder Verdrehung der verstellbaren
Hülse 21 relativ zur stationären Hülse 7 kann eine äußerst genaue Steuerung
der freien Durchlaßöffnung der Lochdüsen erzielt werden. Der Verschiebungsbereich
der verstellbaren Hülse 21 kann hierbei sehr klein gehalten werden, da bereits bei
einer Verschiebung um einen Betrag, der dem Durchmesser einer Lochdüse 12 entspricht,
ein völliger Verschluß der Lochdüsen eintritt. Eine doppelte Vorsteuerung wird dadurch
erreicht, daß erreicht, daß der Ansatz 16 der Spindel 5 Hubbewegungen in der stationären
Hülse 7 ausführt, wobei je nach Hubhöhe Lochdüsen 12 freigegeben oder
überdeckt werden.
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Durch die Anordnung der Lochdüsen kann die Abhängigkeit des Öffnungsquerschnittes
von der Hubhöhe der Spindel 5 und damit der Steuerkante 17 des kolbenförmigen Ansatzes
16 verändert werden.
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Praktisch kann bei einer entsprechenden Anordnung jede gewünschte
Abhängigkeit des frei werdenden Öffnungsquerschnittes von der Hubhöhe des Kolbens
16 erreicht werden. Es ist auch möglich, die Regelcharakteristik der steuerbaren
Lochdüse durch entsprechend unterschiedliche Bemessung der Bohrungen zu beeinflussen.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 417143; USA.-Patentschriften
Nr. 1752 836, 1800 243, 1802 897, 2117 853, 2 596 534, 2 847183; Zeitschrift »Braunkohle,
Wärme und Energie«, 1959, Heft 4, S. 146.