DE19515936A1

DE19515936A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verringern von Kavitation und dynamischem Kraftungleichgewicht bei Hydraulikventilen

Info

Publication number: DE19515936A1
Application number: DE1995115936
Authority: DE
Inventors: Dennis H Gibson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1994-05-02
Filing date: 1995-05-02
Publication date: 1995-11-09
Also published as: JPH07310854A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Strömungsmittelsteuervorrichtung und genauer auf ein Ver fahren und eine Vorrichtung zum Verbessern der wartbaren Lebensdauer und des Betriebs eines Hydraulikventils.

Hintergrund der Technik

Hochdruckströmungsmittelsteuervorrichtungen, wie zum Beispiel ein Hydraulikventil zur Verwendung in einem Treibstoffeinspritzsystem eines Dieselmotors weisen typischerweise einen Ventilschaft oder eine andere Strömungssteuereinrichtung auf, die in einer Bohrung angeordnet ist. Ein Ventileinlaßdurchlaß ist in die Bohrung gerichtet, so daß Strömungsmittelströmung veranlaßt wird, direkt auf den Ventilschaft aufzutreffen. Dieser Typ von Strömungsmittelströmungssteuereinrichtung ist Betriebsschwierigkeiten unterworfen. Genauer verur sacht das Auftreffen der Einlaßströmung gegen den Ventil schaft Regionen von Strömungsmittelstagnation an einem ersten Ende des Ventilschafts benachbart zu dem Ein laßdurchlaß, was seinerseits zu relativ höheren Drücken an einem derartigen Ende des Ventilschafts führt. Wenn das Ventil geöffnet wird, werden relativ gleichförmige lokale Strömungsgeschwindigkeiten von hoher Größe an einem zweiten Ende des Ventilschafts benachbart zu dem Ventilsitz erzeugt, was verursacht, daß der lokale Druck an einer derartigen Region niedriger ist. Das resultie rende Druckdifferential bzw. die resultierende Druckdif ferenz über den Ventilschaft kann zu ungewünschten Be triebscharakteristiken führen, sogar wenn das Ventil derart aufgebaut ist, so daß die Kräfte, die auf den Ventilschaft wirken, nominal konstruiert sind, um im Gleichgewicht zu sein.

Außerdem, insbesondere wenn hohe Betriebsströmungsmit teldrücke auftreten, zum Beispiel in Fällen, in denen Treibstoff bei einem Druck von ungefähr 103 bis 138 MPa (ungefähr 15 000 bis 20 000 psi) oder größer eingespritzt werden soll, kann Kavitation auftreten, insbesondere wenn das Ventil geöffnet wird, was zu Schaden an den Ventilkomponenten führen kann, und zwar gewöhnlicherweise zur Bildung von Löchern oder Vertiefungen.

In einer Treibstoffeinspritzsystemumgebung ist es be kannt, eine Wirbelbewegung dem Treibstoff aufzuprägen, und zwar in einer Wirbelkammer, bevor er in eine Verbren nungskammer eingespritzt wird, siehe dazu zum Beispiel Eckert, US-Patent Nr. 3 450 353 (insbesondere Spalte 4, Zeilen 44-52 und Fig. 3) und Tanassawa et al, US-Patent Nr. 4 192 466 (insbesondere Fig. 13). Die Wirbelströmung des Treibstoffs hat einen gleichförmigen Strom während des Einspritzens in die Verbrennungskammer zur Folge.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Strömungsmit telsteuervorrichtung fähig zum zuverlässigen bzw. verläß lichen Betrieb ohne das wesentliche Risiko von Schaden, das durch Kavitationen von unter hohem Druck stehenden Strömungsmittel verursacht wird.

Genauer weist eine Strömungsmittelsteuervorrichtung fol gendes auf: einen Hauptkörper, der eine Bohrung dadurch besitzt und einen Einlaßanschluß, wobei die Bohrung eine Bohrungsmittelachse und der Einlaßanschluß eine Einlaßan schlußmittelachse, und zwar an einem Schnittpunkt des Einlaßanschlusses und der Bohrung besitzen. Die Einlaß anschlußmittelachse fällt mit einer bestimmten Linie bzw. Gerade zusammen und die bestimmte Linie und die Bohrungs mittelachse schneiden sich nicht. Ein Steuerelement ist in der Bohrung angeordnet und weist eine Steuerelement mittelachse auf, die im wesentlichen mit der Bohrungs mittelachse zusammenfällt und weist ferner Mittel auf zum im wesentlichen ausgleichen bzw. ins Gleichgewichtbringen von Kräften, die auf das Steuerelement bei dem Vorhandensein von unter Druck stehendem Strömungsmittel in der Bohrung wirken.

Vorzugsweise bildet ein Vorsprung der gewissen oder bestimmten Linie auf der Bohrungsmittelachse einen eingeschlossenen Winkel verschieden von einem rechten Winkel. Dieser eingeschlossene Winkel kann einen spitzen Winkel einschließen.

Gemäß einem ersten alternativen Aspekt der vorliegenden Erfindung tritt der Einlaßanschluß in die Bohrung ein, und zwar entlang einem Pfad, der eine tangentiale und eine longitudinale Komponente besitzt. Gemäß einem zweiten alternativen Aspekt tritt der Einlaßanschluß in die Bohrung ein, und zwar entlang einem Pfad, der eine spiralförmige oder schraubenlinienförmige Strömungsmittelströmung in unter Druck stehendem Strömungsmittel in Richtung eines Auslaßanschlusses induziert. Ferner gemäß einem dritten alternativen Aspekt tritt der Einlaßanschluß in die Bohrung ein, und zwar entlang einem Pfad, der im wesentlichen eine Kavitation von unter Druck stehendem Strömungsmittel verhindert.

Ebenfalls bevorzugt, weist das Steuerelement einen Ven tilschaft auf, der erste und zweite Endteile besitzt und die Ausgleichs- bzw. Gleichgewichtsmittel weisen erste und zweite Endoberflächen an den ersten bzw. zweiten Endteilen auf, die im wesentlichen gleiche effektive Querschnittsflächen bzw. -gebiete besitzen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Strömungsmittelventil zum Steuern einer Strö mung von unter Druck stehendem Strömungsmittel einen Ventilkörper auf, der eine Bohrung dadurch besitzt, einen Einlaßanschluß und einen Auslaßanschluß. Die Bohrung besitzt eine Bohrungsmittelachse und der Einlaßanschluß besitzt eine Einlaßanschlußmittelachse, und zwar an einem Schnittpunkt des Einlaßanschlusses und der Bohrung. Die Bohrungsmittelachse und eine Linie, die mit der Einlaß anschlußmittelachse zusammenfällt, schneiden sich nicht und eine Projektion der Linie auf die Bohrungsmittelachse bildet einen spitzen eingeschlossenen Winkel, so daß eine spiralförmige bzw. schraubenlinienförmige Strömung von unter Druck stehendem Strömungsmittel in der Bohrung zwischen dem Einlaßanschluß und dem Auslaßanschluß induziert wird. Ein Ventilschaft ist in der Bohrung angeordnet und besitzt eine Ventilschaftmittelachse, die im wesentlichen mit der Bohrungsmittelachse zusammenfällt. Mittel sind vorgesehen, und zwar ansprechend auf das unter Druck stehende Strömungsmittel, um im wesentlichen auf den Ventilschaft wirkende Kräfte auszugleichen bzw. ins Gleichgewicht zu bringen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Betrieb einer druckausgeglichenen Strömungsmittelsteuervorrichtung folgende Schritte auf: Bewegen eines Steuerelements, das in einer Bohrung angeordnet ist, um eine Einlaßdurchlaß in Strömungsmit telverbindung mit der Bohrung und einem Auslaßdurchlaß zu plazieren und Einführen von Strömungsmittel in die Boh rung von dem Einlaßdurchlaß entlang eines Pfades, der von einer longitudinalen Achse bzw. Längsachse des Steuer elements verschoben bzw. versetzt ist, so daß Strömungs mittel in einer spiralartigen oder schraubenlinienartigen Art und Weise um das Steuerelement und in den Auslaßdurchlaß strömt.

Die Strömungsmittelsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung erlaubt einen verläßlichen Betrieb davon durch Minimieren von lokalen Druckdifferentialen bzw. -diffe renzen, die ungünstig die Leistung beeinträchtigen kön nen. Ebenfalls minimiert die vorliegende Erfindung das Auftreten von Kavitation in Gebieten mit lokal hohen Drücken und daher wird Schaden, wie zum Beispiel Bildung von Löchern oder Vertiefungen verringert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines ersten Typs einer Strömungsmittelsteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Schnittansicht, und zwar entlang den Linien 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines zweiten Typs einer Strömungsmittelsteuervorrichtung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 1 einer erfindungs gemäßen Strömungsmittelsteuervorrichtung;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang den Linien 5-5 der Fig. 4;

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der Fig. 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strömungsmittelsteuervorrichtung; und

Fig. 7 eine Schnittansicht im allgemeinen entlang der Linie 7-7 der Fig. 6.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 weist eine Strö mungsmittelsteuervorrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik, die verwendet werden kann zum Beispiel in einem Hochdruckströmungsmittellieferungssystem, wie zum Bei spiel einem Treibstoffeinspritzsystem für einen Dieselmo tor, ein Steuerelement in der Form eines Ventilschafts 12 auf, der innerhalb einer Bohrung 14 angeordnet ist, die innerhalb eines Hauptkörpers oder Ventilkörpers 16 gebildet ist. Ein Einlaßdurchlaß 18 erstreckt sich durch den Ventilkörper 16 und tritt in die Bohrung 14 an einem Konvergenzpunkt 20 ein. Der Einlaßdurchlaß 18 weist eine Längsachse auf, die mit einer Linie 22 zusammenfällt, die eine Längsachse 24 des Ventilschafts 12 unter einem rechten Winkel dazu schneidet.

Wie man speziell in Fig. 1 erkennen kann, trifft, wenn unter Druck stehendes Strömungsmittel veranlaßt wird, durch den Einlaßdurchlaß 18 in die Bohrung 14 zu strömen, die ankommende Strömung direkt auf einen Abschnitt 26 mit reduziertem Durchmesser des Ventilschafts 12 auf, was seinerseits verursacht, daß der Druck in einer Region 28 sich auf ungefähr den Einlaßdruck erhöht, wodurch eine Stagnationszone in der Region 28 errichtet wird. Zusätz lich, da die Strömung sich trennt und in beide Richtungen um den Abschnitt 26 mit reduziertem Durchmesser fort fährt, wird eine weitere Stagnationszone in einer Region 30 auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilschafts 12 der Region 28 entwickelt, wo die Strömungsteile aufeinan dertreffen bzw. kollidieren.

Ferner, da der Ventilschaft 12 geöffnet ist, um Strö mungsmittel in einen Auslaß 32 zuzulassen, wird relativ gleichförmige Hochgeschwindigkeitsströmungsmittelströmung in einer Umfangsregion 34 benachbart einem Ventilsitz 36 aufgebaut, und zwar als eine Folge der Hochdruckströ mungsmittelströmung innerhalb der Bohrung 14. Als Folge wird ein Druckdifferential bzw. eine Druckdifferenz durch relativ hohe Strömungsmitteldrücke in der Region 28 und 30 und relativ niedrige Strömungsmitteldrücke in der Region 36 erzeugt. Dieses Druckdifferential kann Be triebsschwierigkeiten erzeugen, sogar wenn die Strömungs mittelsteuereinrichtung 10 für einen balancierten bzw. Gleichgewichtsbetrieb aufgebaut ist, wobei die nominalen Kräfte bzw. Nennkräfte, die auf erste und zweite Enden des Ventilschafts 12 wirken, gleich in Größe und entge gengesetzt in der Richtung sind.

Fig. 3 stellt einen weiteren Typ einer Strömungsmittel steuereinrichtung 40 gemäß dem Stand der Technik dar, der die Strömung von unter Druck stehendem Strömungsmittel von einem Einlaßdurchlaß 42 durch eine Bohrung 44, die sich durch einen Hauptkörper 46 in einen Auslaßdurchlaß 48 erstreckt, regelt. In diesem Fall ist ein Steuerele ment oder Ventilschaft 50 axial bewegbar, um selektiv den Einlaßdurchlaß 42 in Strömungsmittelverbindung mit dem Auslaßdurchlaß 48 über einen ringförmigen Durchlaß 52, der als ein Teil 54 mit reduziertem Durchmesser des Ventilschafts 50 gebildet ist, zu plazieren. Wie bezüg lich der Einrichtung der Fig. 1 und 2 bemerkt wurde, weist der Einlaßdurchlaß 42 eine Längsachse auf, die mit einer Linie 56 zusammenfällt, die eine Längsachse 58 des Ventilschafts 50 unter einem im wesentlichen rechten Win kel schneidet.

Während des Betriebs der Strömungsmittelsteuereinrichtung 40 der Fig. 3, insbesondere wenn der Ventilschaft 50 nach rechts bewegt wird und in der in der Fig. 3 gezeigten Position ist, ist die Strömungsmittelquerschnittsfläche an dem Konvergenzpunkt 60 des Einlaßdurchlasses 42 mit der Bohrung 44 sehr klein. Folglich ist die Strömungsgeschwindigkeit sehr hoch und besitzt eine Ten denz zur Kavitation. Da die Fläche des Strömungsmit teldurchlasses an dem Konvergenzpunkt 60 bei einer weiteren Axialbewegung des Ventilschafts 50 nach rechts gemäß der Ansicht der Fig. 3 ansteigt, verringert sich die Veränderung in Strömungsmitteldruck über den Strömungsdurchlaß an dem Punkt 60 und die Strömungsgeschwindigkeit an einem derartigen Punkt. Diese Druckerholung kann Blasen, die in Regionen, die zuvor unter niedrigem Druck standen, erzeugt wurden, veranlassen zu kollabieren, wodurch Energie freigegeben wird, die Lochbildung des Ventilschafts 50 und einer Wand 68, die die Bohrung 44 bildet, verursachen kann.

Um die vorhergehenden Probleme zu überwinden, sieht die vorliegende Erfindung eine Einlaßpfadströmungsgeometrie relativ zu der Steuerelementlängsachse vor, die Gebiete bzw. Flächen von Stagnation verhindert, wodurch die lo kalisierten Druckdifferentiale und Kavitationsschaden verringert wird.

Genauer stellen die Fig. 4 und 5 eine Strömungsmittel steuereinrichtung oder -vorrichtung 70 gemäß der vor liegenden Erfindung dar, die wie zuvor zur Verwendung in einem Hochdruckströmungsmittellieferungssystem geeignet ist, verwendet zu werden. Die Einrichtung 70 kann eine Treibstoffeinspritzvorrichtung aufweisen, die in einem Treibstoffeinspritzsystem verwendbar ist, das für einen internen Verbrennungsmotor mit direkter Einspritzung geeignet ist, wie zum Beispiel einem Dieselmotor, wobei die Einrichtung ein Steuerelement in der Form eines Ventilschafts oder Ventilmittels oder Hindernisses 72 aufweist, und zwar angeordnet innerhalb einer Bohrung 74, die innerhalb eines Haupt- oder Ventilkörpers 76 gebildet ist, und der bewegbar ist, um die Strömung von unter Druck gesetztem Treibstoff durch mindestens eine Treibstoffeinspritzsprühzumeßöffnung zu steuern. Ein Einlaßdurchlaß 78 erstreckt sich durch den Ventilkörper 76 und verbindet die Bohrung 74 an dem Konvergenzpunkt 80. Eine Linie 82 fällt mit einer Längsachse 82 des Einlaßdurchlaß 78 zusammen und ist verschoben bzw. versetzt oder verdreht (insbesondere windschief angeordnet), und zwar bezüglich einer Längsachse 84 des Ventilschafts 72. Eine Linie 86 parallel zu der Linie 82 und, die die Längsachse des Ventilschafts 72 schneidet (und somit eine Projektion der Linie 82 auf die Längsachse 84 aufweist) ist einem Abstand d von der Linie 82 angeordnet und bildet einen eingeschlossenen spitzen Winkel Θ bezüglich der Längsachse 84 des Ventilschafts 72 gemäß der Ansicht der Fig. 4. Die Dimensionen d und O können in geeigneter Weise ausgewählt werden, wenn die Dimensionen der Komponenten der Einrichtung 70 gegeben sind, um die unten erwähnten Vorteile zu erhalten, wie einem Fachmann offensichtlich sein sollte.

Der Ventilschaft 72 weist erste und zweite Endteile 88, 90 auf, die durch ein Zwischenteil 92 mit verringertem Durchmesser getrennt sind. Die effektiven Querschnitts dimensionen der ersten und zweiten Endteile 88, 90, die dem unter Druck stehenden Strömungsmittel in der Bohrung 74 ausgesetzt sind, sind im wesentlichen gleich mit der Ausnahme, daß das Endteil 90 etwas größer im Durchmesser als das Endteil 88 ist, so daß eine ringförmige Abdicht oberfläche 94 vorgesehen ist zum Abdichten gegen einen Ventilsitz 96. Durch Veranlassen, daß die effektiven Querschnittsflächen der Endteile 88, 90 im wesentlichen gleich sind, sind die nominalen bzw. Nenn- oder nicht lokalen Strömungsmittelkräfte, die auf den Ventilschaft 72 wirken, im wesentlichen ausgeglichen bzw. stehen im Gleichgewicht, wodurch die Verwendung einer Niedrig kraftbetätigungsvorrichtung zum Steuern des Ventil schaftteils gestattet ist. Außerdem durch Veranlassen, daß der Einlaßdurchlaß 78 geneigt ist und verschoben bzw. versetzt relativ zu der Längsachse 84 des Ventilschafts 72 an dem Konvergenzpunkt 80, läuft die Strömungs mittelströmung in einem Pfad, der axiale und tangentiale Komponenten besitzt, wodurch eine Strömungsmittelströmung resultiert in einem spiralförmigen oder schraubenlinienförmigen Pfad um den Ventilschaft 72. Diese spiralförmige oder schraubenlinienförmige Strömung eliminiert die Stagnation, die bezüglich der Strömungssteuereinrichtung der Fig. 1 und 2 bemerkt wurde, wodurch lokalisierte Strömungsmitteldruckdifferentiale bzw. -diffierenzen minimiert werden, die ungünstig den Betrieb der Einrich tung beeinflussen können.

Die Fig. 6 und 7 stellen die neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung dar, wenn sie bei einer Strö mungsmittelsteuereinrichtung oder -vorrichtung 100, wie der Einrichtung 40 der Fig. 3 angewendet werden. Ein Einlaßdurchlaß 102 und eine Bohrung 104 sind in einem Hauptkörper 106 gebildet. Ein Auslaßdurchlaß 108 ist in Strömungsmittelverbindung mit der Bohrung 104 angeordnet und erstreckt sich durch den Hauptkörper 106. Ein Steu erelement oder Ventilschaft 110 ist innerhalb der Bohrung 104 angeordnet und weist Endteile Ill, 112, die durch einen Teil 112 mit reduziertem Durchmesser getrennt sind, der einen ringförmigen Durchlaß 114 in der Bohrung 104 bildet, auf. Die Endteile 111, 112 sind von einer gleichen effektiven Querschnittsdimension, so daß, wenn unter Druck stehendes Strömungsmittel in der Bohrung 114 vorhanden ist, im wesentlichen gleiche und entgegenge setzte axiale Kräfte auf den Ventilschaft 110 ausgeübt werden. Somit ist die Einrichtung 100 für einen Gleich gewichtsbetrieb konstruiert, so daß eine Niedrigkraftbetätigungsvorrichtung damit verwendet werden kann.

Wie bereits bezüglich des Ausführungsbeispiels der Fig. 4 und 5 bemerkt wurde, weist der Einlaßdurchlaß 102 eine Längsachse auf, die mit einer Linie 116 an einem Konvergenzpunkt 115 zusammenfällt, die verschoben bzw. versetzt oder verdreht ist, und zwar bezüglich der Längsachse 118 des Ventilschafts 110. Das heißt, die Linie 116 ist verschoben bzw. versetzt um einen Abstand d bezüglich einer Linie 120, die parallel dazu ist, aber sich durch die Längsachse 118 erstreckt. Ebenfalls bildet die Linie 120, die eine Projektion der Längsachse 116 auf die Längsachse 118 aufweist, einen eingeschlossenen spitzen Winkel Θ bezüglich der Achse 118 gemäß der Ansicht der Fig. 6 durch Anordnen der Längsachse 116 des Einlaßdurchlasses 102 relativ zu der Längsachse 118 des Ventilschafts 110 auf diese Weise, tritt Strömungsmittelströmung durch den ringförmigen Durchlaß in einem spiralförmigen oder schraubenlinienförmigen Pfad auf, wodurch in großem Ausmaß Regionen bzw. Bereiche von Stagnation verringert oder eliminiert werden. Somit würde kavitierende Strömung dazu veranlaßt, schnell aus dem ringförmigen Durchlaß 114 auszutreten, und zwar in den Auslaßdurchlaß 108, bevor wesentlicher Schaden für Kompo nenten innerhalb der Einrichtung 100 auftreten kann.

Wie zuvor, können die Dimensionen d und Θ ausgewählt werden, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten, wenn die Dimensionen der Einrichtung 100 gegeben sind.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die hier offenbarten erfindungsgemäßen Merkmale sind nicht auf Strömungsmittelsteuereinrichtungen der in den Zeichnungen gezeigten Typen beschränkt; vielmehr können die Merkmale auf jeden Typ von Strömungsmittelsteuer einrichtung angewendet werden, wo lokale Druckdifferen tiale bzw. -differenzen und/oder Kaviationen auftreten können. Ferner müssen die Einlaßdurchlässe 78 und 102, die in den Fig. 4-7 gezeigt sind, nicht linear sein; statt dessen ist es nur notwendig, daß diese Durchlässe so konfiguriert sind, um die spiralförmigen oder schraubenlinienförmigen Strömungspfade vorzusehen, die im wesentlichen die Regionen der Stagnation eliminieren. Somit können die Einlaßdurchlässe 78, 102 gekrümmt sein oder einen verschiedenen Aufbau besitzen, wobei das einzige Erfordernis ist, daß Strömungsmittelströmung nicht veranlaßt wird, direkt auf das jeweilige Steuerelement oder den Ventilschaft 84 oder 110 aufzu treffen.

Zusätzlich sollte bemerkt werden, daß der Abstand d und der Winkel Θ nicht dieselben in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 und den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 und 7 sein müssen.

Zahlreiche Modifikationen und alternative Ausführungsbei spiele der Erfindung werden einem Fachmann im Hinblick auf die vorhergehende Beschreibung offenbar werden. Dem zufolge ist diese Beschreibung rein illustrativ und nur zum Zweck des Lehrens eines besten Ausführungsbeispiels der Erfindung einem Fachmann. Die Details der Struktur können wesentlich variiert werden, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen und die ausschließliche Verwendung aller Modifikationen, die innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Patentansprüche fallen, ist vorbehalten bzw. reserviert.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Eine Strömungsmittelsteuereinrichtung, die folgendes aufweist: einen Einlaßdurchlaß, eine Bohrung und einen Auslaßdurchlaß, wobei der Einlaßdurchlaß eine longitudinale Achse bzw. Längsachse aufweist, die verschoben bzw. versetzt ist, und zwar bezüglich des in der Bohrung angeordneten Ventilschafts. Strömungsmittelströmung wird veranlaßt, sich spiralförmig oder schraubenlinienförmig um den Ventilschaft und aus dem Auslaßanschluß zu bewegen, so daß lokale Druckdifferenzen bzw. -differentiale, die zu einem ungünstigen Betrieb und zu Kavitationsschäden führen können, im wesentlichen vermieden werden können.

Claims

1. Strömungsmittelsteuervorrichtung, die folgendes aufweist:
einen Hauptkörper (76), der eine Bohrung dahindurch besitzt und einen Einlaßanschluß, wobei die Bohrung eine Bohrungsmittelachse und der Einlaßanschluß eine Einlaßanschlußmittelachse, und zwar an einem Schnittpunkt des Einlaßanschluß und der Bohrung, besitzt, wobei die Einlaßanschlußmittelachse mit einer bestimmten oder gewissen Linie zusammenfällt und die bestimmte Linie und die Bohrungsmittelachse sich nicht schneiden; und
ein Steuerelement (72) angeordnet in der Bohrung und mit einer Steuerelementmittelachse, die im wesentlichen mit der Bohrungsmittelachse zusammenfällt und weiter Mittel aufweist, zum im wesentlichen Ausgleichen bzw. Insgleichgewichtbringen, und zwar von Kräften, die auf das Steuerelement in der Anwesenheit von unter Druck stehendem Strömungsmittel in der Bohrung wirken.

2. Strömungsmittelsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Projektion der bestimmten Linie auf die Bohrungsmittelachse einen eingeschlossenen Winkel verschieden von einem rechten Winkel bildet.

3. Strömungsmittelsteuervorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 2, wo bei der eingeschlossene Winkel einen spitzen Winkel aufweist.

4. Strömungsmittelsteuervorrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1, wobei der Einlaßanschluß in die Bohrung entlang eines Pfades eintritt, der eine tangentiale Komponente und eine longitudinale Komponente besitzt.

5. Strömungsmittelsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1, wobei der Einlaßanschluß in die Bohrung entlang eines Pfades eintritt, der eine spiralförmige Strö mungsmittelströmung in unter Druck stehendem Strö mungsmittel in Richtung eines Auslaßanschlusses in duziert.

6. Strömungsmittelsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1, wobei der Einlaßanschluß in die Bohrung entlang eines Pfades eintritt, der im wesentlichen eine Kavitation des unter Druck stehenden Strömungsmittels verhindert.

7. Strömungsmittelsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1, wobei das Steuerelement einen Ventilschaft aufweist, der erste und zweite Endteile besitzt und wobei die Gleichgewichtsmittel erste und zweite Endoberflächen an den ersten bzw. zweiten Endteilen aufweisen, mit im wesentlichen gleichen effektiven Querschnitts flächen.

8. Strömungsmittelventil zum Steuern einer Strömung von unter Druck gesetztem Strömungsmittel, das folgendes aufweist:
einen Ventilkörper, der eine Bohrung dahindurch besitzt, einen Einlaßanschluß und einen Auslaßan schluß, wobei die Bohrung einer Bohrungsmittelachse und der Einlaßanschluß eine Einlaßanschlußmittel achse, und zwar an einem Schnittpunkt des Einlaß anschluß und der Bohrung besitzen, und wobei die Bohrungsmittelachse und eine gewisse oder bestimmte Linie, die mit der Einlaßanschlußmittelachse zu sammenfällt sich nicht schneiden und wobei eine Projektion der bestimmten Linie auf die Bohrungsmit telachse einen spitzen eingeschlossenen Winkel bildet, so daß eine Spiralströmung von unter Druck gesetztem Strömungsmittel in der Bohrung zwischen dem Einlaßanschluß und dem Auslaßanschluß induziert wird; und
ein Ventilhindernis bzw. Ventilmittel oder Rückschlagmittel, das in der Bohrung angeordnet ist und eine Ventilmittelmittelachse besitzt, die im wesentlichen mit der Bohrungsmittelachse zusam menfällt und ferner Mittel besitzt, die auf das unter Druck gesetzte Strömungsmittel ansprechen, um im wesentlichen Kräfte, die auf die Ventilmittel wirken, im wesentlichen gleich zu machen bzw. ins Gleichgewicht zu bringen.

9. Strömungsmittelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 8, wobei im wesentlichen die ganze Strömung von unter Druck stehendem Strömungsmittel durch den Einlaßanschluß in die Spiralströmung bzw. Schraubenlinienströmung der Bohrung geleitet bzw. gelenkt wird, so daß eine wesentliche Kavitation vermieden wird.

10. Strömungsmittelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 8, wobei das Strömungsmittelventil innerhalb einer Treibstoffein spritzvorrichtung angeordnet ist, wobei die Treib stoffeinspritzvorrichtung eine Zumeßöffnung bzw. Drossel aufweist und wobei das Strömungsmittelventil bewegbar ist, um die Strömung von unter Druck ste hendem Treibstoff durch die Zumeßöffnung zu steuern bzw. zu kontrollieren.

11. Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmittelsteuer vorrichtung, die folgendes aufweist: einen Einlaß durchlaß, eine Bohrung, ein Steuerelement in der Bohrung und einen Auslaßdurchlaß, wobei das Steu erelement Oberflächen aufweist, gegen die das unter Druck stehende Strömungsmittel wirkt, um entgegen gesetzt gerichtete Kräfte zu entwickeln, die im wesentlichen gleich und entgegegengesetzt in der Richtung sind- so daß das Steuerelement druckbalanciert oder -ausgeglichen bzw. im Druckgleichgewicht ist, das folgende Schritte aufweist:
Bewegen des Steuerelements zum Plazieren des Ein laßdurchlasses in Strömungsmittelverbindung mit der Bohrung und dem Auslaßdurchlaß; und
Einführen von Strömungsmittel in die Bohrung von dem Einlaßdurchlaß, und zwar entlang eines Pfades verschoben bzw. versetzt gegenüber einer longitudinalen Achse bzw. Längsachse des Steuerelements, so daß Strömungsmittel in einer spiralförmigen oder schraubenlinienförmigen Art um das Steuerelement und in den Auslaßdurchlaß strömt.