DE19914713A1 - Druckbeaufschlagte Stelleinrichtung - Google Patents
Druckbeaufschlagte StelleinrichtungInfo
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Abstract
Eine Stelleinrichtung mit einem Gehäuse, das einen Steuerraum zur Aufnahme eines Mediums und eine mit dem Steuerraum in Verbindung stehende Führungsbohrung zum Führen eines Stellglieds aufweist, wobei im Gehäuse ein zusätzlicher Ringkanal vorgesehen ist, der konzentrisch zur Führungsbohrung im an den Steuerraum anschließenden Bereich ausgebildet ist und mit dem Steuerraum in einer ständigen Druckverbindung steht.
Description
Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung mit einem Ge
häuse, das einen Steuerraum zur Aufnahme eines Mediums und
eine mit dem Steuerraum in Verbindung stehende Führungsboh
rung aufweist, und einem Stellglied, das in der Führungsboh
rung geführt ist und auf der dem Steuerraum zugewandten Flä
che von dem im Steuerraum befindlichen Medium druckbeauf
schlagt wird.
Solche Stelleinrichtungen werden z. B. in Kraftstoffinjek
toren als Steuermodule zum Öffnen und Schließen einer Ein
spritzdüse bzw. als Einspritzdüse selbst eingesetzt. Beim
Einsatz in einen Kraftstoffinjektor wird das Stellglied in
der Stelleinrichtung über den Steuerraum mit dem Kraftstoff
druck beaufschlagt. Um zu verhindern, daß eine Kraft
stoffleckage aus dem Steuerraum über die Führungsbohrung auf
tritt, sind das Stellglied und die Führungsbohrung so aufein
ander abgestimmt, daß nur ein geringer Dichtspalt bleibt. In
der Fahrzeugtechnik werden jedoch zunehmend Speicherein
spritzsysteme verwendet, bei denen mit einem sehr hohen
Kraftstoffdruck gearbeitet wird. Dieser hohe Kraftstoffdruck
kann dazu führen, daß sich der Dichtspalt zwischen Führungs
bohrung und Stellglied verbreitert, wodurch eine verstärkte
Kraftstoffleckage auftritt. Bei einem Kraftstoffdruck von
1500 bar wurden z. B. bei einem Gehäuse aus Chrom-Nickel ra
diale Verbreiterungen der Führungsbohrung bis zum 4-fachen
der ursprünglichen Spaltbreite festgestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stellein
richtung bereitzustellen, die auch bei einer Beaufschlagung
der Stellgliedführung mit hohem Druck für eine zuverlässige
Abdichtung der Führung gegen Leckage sorgt.
Diese Aufgabe wird durch eine Stelleinrichtung gemäß An
spruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den ab
hängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung weist in einem Ge
häuse einen Ringkanal auf, der konzentrisch zur Führungsboh
rung in einem sich an den Steuerraum anschließenden Bereich
angeordnet ist und mit dem Steuerraum in einer ständigen
Druckverbindung steht. Dieser Ringkanal sorgt dafür, daß am
druckbeaufschlagten Ende der Stellgliedführung die Führungs
bohrungswandung druckausgeglichen ausgelegt ist, so daß auch
beim Anlegen eines sehr hohen Drucks keine radiale Ausweitung
des Dichtspalts auftritt. Bei einer geeigneten Kanaltiefe und
einer entsprechend abgestimmten Dicke der Wandung kann zwi
schen Führungsbohrung und Ringkanal eine zusätzliche Verrin
gerung des Dichtspalts erreicht werden. Im Dichtspalt nimmt
der Druck mit zunehmenden Abstand vom Steuerraum ab, wodurch
sich eine Druckdifferenz gegenüber dem Druck im Ringkanal
einstellt, die dann dafür sorgt, daß die Wandung zwischen der
Führungsbohrung und dem Ringkanal nach innen gedrückt wird,
so daß sich der Dichtspalt verringert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen
beispielhaft näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung als Steuer
modul, wobei
Fig. 1A einen Querschnitt durch das gesamte Steuermodul,
Fig. 1B einen Ausschnitt des druckbeaufschlagten Steuermo duls,
Fig. 1C einen Querschnitt durch einen Führungsbereich ohne Stellglied und
Fig. 1D eine Draufsicht auf den Führungsbereich ohne Stellglied zeigen,
Fig. 1A einen Querschnitt durch das gesamte Steuermodul,
Fig. 1B einen Ausschnitt des druckbeaufschlagten Steuermo duls,
Fig. 1C einen Querschnitt durch einen Führungsbereich ohne Stellglied und
Fig. 1D eine Draufsicht auf den Führungsbereich ohne Stellglied zeigen,
Fig. 2 einen Vergleich der erfindungsgemäßen Steuermodule
mit herkömmlichen Steuermodulen in bezug auf die auftretende
Leckage und
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung als Kraft
stoffeinspritzdüse.
In den Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Stel
leinrichtung dargestellt, wie sie als Steuermodul in einem
Kraftstoffinjektor eingesetzt wird. Das Steuermodul dient da
bei als Servoventil zum hydraulischen Öffnen und Schließen
einer Einspritzdüse im Kraftstoffinjektor.
Wie Fig. 1A schematisch zeigt, weist das Steuermodul ein
zylindrisches Steuermodulgehäuse 1 auf, das zweiteilig ausge
legt ist. Der obere Gehäuseteil 11 dient als Steuerraumge
häuse und enthält einen Steuerraum 2, der über Verbindungs
bohrungen (nicht gezeigt) mit unter Druck stehendem Medium
gefüllt werden kann. Der untere Gehäuseteil 12 dient als Füh
rungsgehäuse und weist eine durchgehende zylindrische Füh
rungsbohrung 3 auf, die dreistufig ausgeführt ist, wobei die
beiden äußeren Bohrungsabschnitte 31, 33 einen größeren
Durchmesser als der mittlere Bohrungsabschnitt 32 besitzen.
Der obere Führungsbohrungsabschnitt 31, der sich an den Steu
erraum 2 anschließt, weist weiterhin im Übergangsbereich zum
mittleren Führungsbohrungsabschnitt 32 einen umlaufenden
Ringkanal 34 auf, so daß im Bereich der mittleren Führungs
bohrung 32, der sich an den oberen Führungsbohrungsabschnitt
31 anschließt, eine freistehende Wandung 13 ausgebildet ist.
In der Führungsbohrung 3 ist weiterhin ein als zylindri
scher Kolben ausgebildetes Stellglied 4 beweglich angeordnet,
das im mittleren Führungsbohrungsabschnitt 32 geführt wird,
wobei zwischen der Wandung der mittleren Führungsbohrung 32
und der Wandung des Kolbens 4 ein Führungsspiel vorgesehen
ist. Der Kolben 4 wird auf seiner oberen Stirnfläche 41 mit
dem im Steuerraum 2 herrschenden Druck des Mediums beauf
schlagt. Die untere, sich in dem unteren Führungsbohrungsab
schnitt 33 erstreckende Stirnfläche 42 des Kolbens 4 steht in
einer Wirkverbindung mit der Einspritzdüse (nicht gezeigt) im
Kraftstoffinjektor.
Bei dem in den Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Steuer
modul ist es Zielsetzung zu verhindern, daß eine Leckage von
Medium über das Führungsspiel zwischen dem Kolben 4 und der
Führungsbohrung 3, insbesondere dann, wenn das Medium unter
einem sehr hohen Druck steht, auftritt. Dies wird, wie insbe
sondere die Detailansicht in Fig. 1B zeigt, durch den Ringka
nal 34 erreicht, der über den oberen Führungsbohrungsab
schnitt 31 mit dem Steuerraum 2 in Verbindung steht, wodurch
der Ringkanal 34 mit Medium unter Systemdruck gefüllt wird.
Dies bewirkt einen Druckausgleich auf die freistehende Wan
dung 13, so daß eine Aufweitung des Führungsspiels aufgrund
des vom Medium ausgeübten Systemdrucks verhindert wird. Wei
terhin sorgt der Druck des Mediums im Ringkanal 34 für eine
zusätzliche Verengung des Führungsspiels zwischen der frei
stehenden Wandung 13 und dem Kolben 4 in einem Ansatzbereich
X der freistehenden Wandung 13. Grund hierfür ist, daß im
Spalt zwischen dem Kolben 4 und der freistehenden Wandung 13
der Druck mit zunehmendem Abstand vom Steuerraum 2 abnimmt,
so daß eine Druckdifferenz gegenüber dem im Ringkanal 34
herrschenden Druck entsteht. Diese Druckdifferenz sorgt da
für, daß die freistehende Wandung 13 im Bereich X nach innen
gedrückt wird, wodurch sich der Spalt zwischen dem Kolben 4
und der freistehenden Wandung 13 verengt.
Fig. 2 zeigt einen Vergleich der auftretenden Dauerleckage
bei einem herkömmlichen Steuermodul und einem erfindungsgemä
ßen Steuermodul bezogen auf den angelegten Systemdruck. Das
Modulgehäuse wurde dabei aus Chrom-Nickel gefertigt, wobei
beim herkömmlichen Steuermodul ein Kolben mit einem engen
Führungsspiel von 2,0 bis 2,5 µm eingesetzt wurde. Das erfin
dungsgemäße Steuermodul war mit einem Ringkanal in der in
Fig. 1 gezeigten Ausführung versehen und wies ein Führungs
spiel zwischen dem Steuerkolben und der Führungsbohrung von
3,5 bis 4 µm auf. Es wurde festgestellt, daß bei einem Sy
stemdruck von 1500 bar eine Ausweitung des Führungsspiels um
das 4-fache bei dem herkömmlichen Steuermodul auftrat, was zu
einem sehr hohen Dauerleckagestrom von über 120 ml/min führ
te. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Steuermoduls
konnte dieser Dauerleckagestrom auf 1/7 des Wertes des her
kömmlichen Steuermoduls vermindert werden.
Eine weitere Optimierung der Dauerleckage bei der in Fig.
1 gezeigten Ausführungsform des Steuermoduls kann dadurch er
reicht werden, daß im Ansatzbereich X der freistehenden Wan
dung 31 eine Reduzierung der Wandstärke ausgeführt wird, die
zu einem verstärkten Eindrücken dieses Ansatzbereichs auf
grund der Druckdifferenz zwischen dem Ringkanal 33 und dem
mittleren Führungsbohrungsabschnitt 32 und damit zu einer
verbesserten Abdichtung führt.
Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung kann auch, wie in
Fig. 3 gezeigt ist, als Einspritzdüse ausgeführt werden. In
dieser Ausführung weist die Einspritzdüse einen Düsenkörper
100 auf, in dem eine Führungsbohrung 300, ein Steuerraum 200
und eine Nadelschaftbohrung 210 ausgeführt sind. Der Steuer
raum 200 ist weiterhin über eine Zulaufbohrung 220 an eine
Kraftstoffversorgung angeschlossen. In der Führungsbohrung
300 wird ein Führungsschaft 410 einer Düsennadel 400 geführt.
An den Führungsschaft 410 der Düsennadel 400 schließt sich
über eine Druckschulter 420 ein Nadelschaft 430 an, der in
der Nadelschaftbohrung 210 angeordnet ist und an seinem vor
deren Ende einen Sitzkegel 440 trägt. Der Sitzkegel 440 der
Düsennadel 400 hat einen Sitz in einer konischen Düsenkuppe
110 des Düsenkörpers 100. In der Düsenkuppe 110 sind weiter
hin Kraftstoffeinspritzlöcher 230 ausgeführt. Die gezeigte
Einspritzdüse stellt eine sogenannte Sitzlochdüse dar.
Im Ruhezustand wird eine Haltekraft auf den Führungsschaft
410 der Düsennadel 400 ausgeübt, so daß der Sitzkegel 440 der
Düsennadel 400 auf der Düsenkuppe 110 aufsitzt und die Kraft
stoffeinspritzlöcher 230 verschließt. Zum Einspritzen wird
durch geeignete Ansteuerung die Haltekraft auf den Führungs
schaft 410 reduziert, so daß die im Steuerraum 210 vom Kraft
stoffdruck auf die Druckschulter 420 ausgeübte Kraft die Dü
sennadel 400 gegen die Haltekraft auf den Führungsschaft 410
verschiebt und so den Sitzkegel 440 von der Düsenkuppe 110
abhebt, wodurch Kraftstoff aus dem Steuerraum 200 über die
Nadelschaftbohrung 210 und die Kraftstoffeinspritzlöcher 230
in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt wer
den kann.
Um eine Kraftstoffleckage aus dem Steuerraum 200 über die
Führungsbohrung 300 zu verhindern, ist konzentrisch zur Füh
rungsbohrung ausgehend vom Steuerraum 200 ein Ringkanal 310
im Düsenkörper 100 ausgeführt. Hierdurch wird parallel zum
Führungsschaft 410 der Düsennadel 400 in einem an den Steuer
raum 200 anschließenden Bereich des Düsenkörpers 100 eine
freistehende Wandung 120 ausgebildet, die als eine Art Dicht
lippe wirkt. Der im Ringkanal 310 sich einstellende Kraft
stoffdruck sorgt dafür, daß es auch bei einem Kraftstoff
einspritzdruck bis über 1600 bar zu keiner Aufweitung des
Führungsspiels zwischen der Führungsbohrung 300 und dem Füh
rungsschaft 410 der Düsennadel 400 kommt. Statt dessen wird
die freistehende Wandung 120 an ihrem Ansatzbereich X durch
den Kraftstoffdruck nach innen gedrückt, so daß sich eine
Verringerung des Führungsspiels und eine verbesserte Ab
dichtung ergibt.
Claims (4)
1. Stelleinrichtung mit
einem Gehäuse (1, 100), das einen Steuerraum (2, 200) zur Aufnahme eines Mediums und eine mit dem Steuerraum in Verbin dung stehende Führungsbohrung (3, 300) aufweist, und
einem Stellglied (4, 400), das in der Führungsbohrung ge führt und auf der dem Steuerraum zugewandten Fläche (41, 420) von dem im Steuerraum befindlichen Medium druckbeaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse (1, 100) einen Ringkanal (33, 310) aufweist, der konzentrisch zur Führungsbohrung (3, 300) in einem sich an den Steuerraum anschließenden Bereich angeordnet ist und mit dem Steuerraum in einer ständigen Druckverbindung steht.
einem Gehäuse (1, 100), das einen Steuerraum (2, 200) zur Aufnahme eines Mediums und eine mit dem Steuerraum in Verbin dung stehende Führungsbohrung (3, 300) aufweist, und
einem Stellglied (4, 400), das in der Führungsbohrung ge führt und auf der dem Steuerraum zugewandten Fläche (41, 420) von dem im Steuerraum befindlichen Medium druckbeaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse (1, 100) einen Ringkanal (33, 310) aufweist, der konzentrisch zur Führungsbohrung (3, 300) in einem sich an den Steuerraum anschließenden Bereich angeordnet ist und mit dem Steuerraum in einer ständigen Druckverbindung steht.
2. Stelleinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei zwischen Ringka
nal (33, 310) und Führungsbohrung (3, 300) eine freistehende
Wandung (13, 120) mit einem Dichtungsbereich (X) ausgebildet
ist.
3. Stelleinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die als Steuer
modul in einem Kraftstoffinjektor zum Öffnen und Schließen
einer Einspritzdüse eingesetzt wird.
4. Stelleinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die als Ein
spritzdüse in einem Kraftstoffinjektor eingesetzt wird.
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DE1999114713 DE19914713C2 (de) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Druckbeaufschlagte Stelleinrichtung |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1999114713 DE19914713C2 (de) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Druckbeaufschlagte Stelleinrichtung |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |