DE3529576A1

DE3529576A1 - Control valve, in particular an electromagnetically actuated control valve

Info

Publication number: DE3529576A1
Application number: DE19853529576
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Mutterer
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1985-08-17
Filing date: 1985-08-17
Publication date: 1987-02-19

Abstract

The invention relates to a control valve with a spool (3) arranged in a housing (2) as the valve element. In a first position, the spool enters and closes off a connecting passage (5a, 5b, 5c) between a high-pressure chamber (7) and a relief chamber (6) and, in a second position, opens the connecting passage and relieves the high-pressure space (7). To obtain a sufficient length of sealing gap between the high-pressure chamber (7) and the relief chamber (6) for a small switching stroke, at least one further pressure chamber (8a, 8b) is to be arranged between the high-pressure chamber (7) and the relief chamber (6), this pressure chamber (8a, 8b) being connected by the connecting passage to the high-pressure chamber, on the one hand, and the relief chamber, on the other hand. In the first position, the spool (3) enters all the connecting sections (5a, 5b, 5c) between the individual chambers and seals them in a leak-tight manner. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to a control valve according to the Oberbe handle of claim 1.

Ein derartiges Steuerventil ist aus der DE-OS 20 26 665 bekannt. Es ist in der Druckleitung einer Einspritzpumpe zu einem Einspritzventil angeordnet und bestimmt durch Öffnen des Verbindungskanals zum Entlastungsraum das Ein spritzende. Der Kolbenschieber ist durch eine Feder in Öffnungsrichtung kraftbeaufschlagt und wird gegen die Kraft der Feder von einem Elektromagneten in Schließstel lung gebracht. Zur Erzielung kurzer Schaltzeiten ist ein kurzer Schalthub des Kolbenschiebers erforderlich. An dererseits treten durch die bei einem kurzen Schalthub auftretenden kurzen Dichtspaltlängen in Schließstellung des Kolbenschiebers erhebliche Leckmengen in den Entla stungsraum.Such a control valve is from DE-OS 20 26 665 known. It is in the pressure line of an injection pump arranged to an injection valve and determined by Opening the connection channel to the relief room on splashing. The spool is in by a spring Opening force is applied and is against the Force of the spring from an electromagnet in the locking device brought. To achieve short switching times, a short switching stroke of the spool required. On on the other hand, step through with a short switching stroke short sealing gap lengths occurring in the closed position the spool has considerable leakage in the discharge conference room.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der bekannten Art derart weiterzubilden, daß bei kurzem Schalthub die bei geschlossenem Ventil auftretenden Leck mengen minimiert sind.The invention has for its object a control valve the known type in such a way that at short Switching stroke the leak occurring when the valve is closed quantities are minimized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch mehrere hinter einander geschaltete Druckräume, die in Schließstellung gegeneinander abgedichtet sind, liegen zwischen dem Hoch druckraum und dem Entlastungsraum Kammern, deren Druck zum Entlastungsraum hin abnimmt. Bei einem minimalen Hub des Kolbenschiebers kann so die Dichtspaltlänge zur Erzielung einer ausreichenden Abdichtung beliebig erhöht werden, wo durch die Leckmengen bis auf ein Minimum reduziert werden können. Der Druckabbau vom Hochdruckraum zum Entlastungs raum kann beliebig fein gestuft vorgesehen werden. Somit ist bei großer Dichtspaltlänge und geringen Leckmengen ein kleiner Hub des Kolbenschiebers (Ventilglied) aufrechter halten, so daß das erfindungsgemäße Steuerventil kurze Schaltzeiten aufweist. Das erfindungsgemäße Steuerventil eignet sich daher insbesondere zur Verwendung in einer elektronischen Einspritzanlage, wie sie z. B. aus der DE-OS 20 26 665 bekannt ist.According to the invention, this object is characterized by the solved the features of claim 1. By several behind interconnected pressure rooms in the closed position are sealed against each other, are between the high pressure chamber and the relief chamber chambers, the pressure of which Relief space decreases. With a minimal stroke of the Piston spool can achieve the sealing gap length sufficient sealing can be increased wherever through the leakage quantities are reduced to a minimum can. The pressure reduction from the high pressure chamber to the relief space can be provided in any finely graded manner. Consequently is with a large sealing gap length and low leakage rates Small stroke of the spool (valve member) upright hold so that the control valve according to the invention short Has switching times. The control valve according to the invention is therefore particularly suitable for use in a electronic injection system, as z. B. from DE-OS 20 26 665 is known.

Vorteilhaft ist als Zwischenraum zwischen dem Hochdruck raum und dem Entlastungsraum ein Druckraum durch eine ra diale Erweiterung des Verbindungskanals geschaffen. Hier bei ist es zum einfachen Aufbau zweckmäßig, daß der Kol benschieber im Dichtbereich dem Durchmesser des Verbin dungskanals entspricht und zwischen den Dichtbereichen mit verringertem Durchmesser ausgebildet ist, so daß bei ge öffnetem Steuerventil große Strömungsquerschnitte erzielt sind.Is advantageous as a space between the high pressure space and the relief space a pressure space through a ra diale extension of the connecting channel created. Here it is useful for simple construction that the Kol slide in the sealing area to the diameter of the connector corresponds to the duct and between the sealing areas reduced diameter is formed so that at ge opened control valve large flow cross-sections achieved are.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weite ren Ansprüchen, sowie der folgenden Beschreibung, in der die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert sind. Es zeigt:Further features of the invention result from the wide ren claims, as well as the following description in the the embodiments shown in the drawing in individual are explained. It shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil, Fig. 1 shows a section through an inventive control valve,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Steuerventil gemäß Fig. 1 mit einem zusätzlichen Sitzventil. Fig. 2 shows a section through a control valve according to FIG. 1 with an additional seat valve.

In einem Gehäuse 2 des Steuerventils 1 ist ein Hochdruck raum 7 und ein Entlastungsraum 6 angeordnet. Der Entla stungsraum 6 steht mit einer Entlastungsbohrung 6 a in Ver bindung, die das in den Entlastungsraum einfließende Druckmittel weitgehend drucklos abführt.In a housing 2 of the control valve 1 , a high pressure chamber 7 and a relief chamber 6 is arranged. The discharge chamber 6 is connected to a relief bore 6 a in connection, which largely discharges the pressure medium flowing into the relief chamber without pressure.

Der Hochdruckraum 7 steht mit einem Zufluß 7 b in Verbin dung, der von einer Hochdruckpumpe gespeist ist. Über ei nen Abfluß 7 a wird vom Hochdruckraum 7 aus ein Verbrau cher, z. B. ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine gespeist.The high-pressure chamber 7 is connected to an inflow 7 b , which is fed by a high-pressure pump. About egg NEN drain 7 a from the high pressure chamber 7 from a consumer cher, z. B. fed an injection valve of an internal combustion engine.

Der Hochdruckraum 7 und der Entlastungsraum 6 sind über einen Verbindungskanal miteinander verbunden, der durch einen Abschnitt einer axial durch das Gehäuse 2 verlaufen den Bohrung 5 gebildet ist. In der Bohrung 5 ist axial verschiebbar ein Kolbenschieber 3 geführt, dessen Außen durchmesser etwa dem Bohrungsdurchmesser der Bohrung 5 entspricht. Der vom Entlastungsraum 6 nach außen führende Abschnitt der Bohrung 5 ist durch den Abschnitt 4 a des Kolbenschiebers abgedichtet, während der vom Hochdruckraum 7 nach außen führende Abschnitt der Bohrung 5 durch den Abschnitt 4 b des Kolbenschiebers 3 abgedichtet ist. Der durch die Bohrung 5 zwischen dem Hochdruckraum 7 und dem Entlastungsraum 6 gebildete Verbindungskanal ist an zwei Stellen radial erweitert und bildet voneinander getrennte Druckräume 8 a und 8 b als Zwischenräume. Der Druckraum 8 a ist über einen Verbindungsabschnitt 5 a mit dem Entla stungsraum 6 und einem Verbindungsabschnitt 5 b mit dem axial benachbarten weiteren Druckraum 8 b verbunden, der seinerseits über dem Verbindungsabschnitt 5 c mit dem Hoch druckraum 7 in Verbindung steht. Die Verbindungsabschnitte 5 a bis 5 c sind durch die nach der radialen Erweiterung verbliebenen Abschnitte der Bohrung 5 gebildet und haben einem dem Durchmesser des Kolbenschiebers 3 entsprechenden Durchmesser. The high-pressure chamber 7 and the relief chamber 6 are connected to one another via a connecting channel which is formed by a section of a bore 5 running axially through the housing 2 . In the bore 5 , a piston slide 3 is axially displaceable, the outer diameter of which corresponds approximately to the bore diameter of the bore 5 . The section of the bore 5 leading from the relief chamber 6 to the outside is sealed by the section 4 a of the spool, while the section of the bore 5 leading to the outside from the high-pressure chamber 7 is sealed by the section 4 b of the spool 3 . The connecting channel formed by the bore 5 between the high-pressure chamber 7 and the relief chamber 6 is radially expanded at two points and forms separate pressure chambers 8 a and 8 b as spaces. The pressure chamber 8 a is connected via a connection section 5 a to the discharge chamber 6 and a connection section 5 b to the axially adjacent further pressure chamber 8 b , which in turn is connected to the high pressure chamber 7 via the connection section 5 c . The connecting sections 5 a to 5 c are formed by the sections of the bore 5 remaining after the radial expansion and have a diameter corresponding to the diameter of the piston slide 3 .

Zwischen den Abschnitten 4 a und 4 b des Kolbenschiebers 3 weist dieser vier im Durchmesser verringerte Abschnitte 3 a bis 3 d auf. In der gezeigten ersten Stellung, in der der Kolbenschieber 3 den Verbindungskanal zwischen dem Hoch druckraum 7 und dem Entlastungsraum 6 verschließt, liegen die im Durchmesser verringerten Abschnitte etwa in den einzelnen Räumen 6, 7, 8 a und 8 b.Between the sections 4 a and 4 b of the piston slide 3 , this has four sections 3 a to 3 d with reduced diameter. In the first position shown, in which the piston valve 3 closes the connecting channel between the high pressure chamber 7 and the relief chamber 6 , the sections with reduced diameter are approximately in the individual rooms 6 , 7 , 8 a and 8 b .

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist zwischen den im Durchmesser verringerten Abschnitten 3 a bis 3 d jeweils ein Kolbenabschnitt 4 c bis 4 e angeordnet, der dem Durchmesser der Bohrung 5 entspricht und von denen jeweils einer einem Verbindungsabschnitt 5 a, 5 b und 5 c zugeordnet ist. Die axiale Länge eines Kolbenabschnittes 4 c bis 4 e entspricht etwa jeweils der axialen Länge des ihm zugeordneten Ver bindungsabschnitts 5 a bis 5 c. In der gezeigten geschlos senen Stellung des Steuerventils 1 sind die Kolbenab schnitte 4 c bis 4 e in die Verbindungsabschnitte 5 a bis 5 c eingetaucht und dichten diese über ihre Eintauchtiefe ab. Die Dichtlänge D des Kolbenschiebers 3 vom Hochdruckraum 7 zum Entlastungsraum 6 setzt sich somit aus den Einzel dichtlängen (Eintauchtiefen) d 1, d 2 und d 3 zusammen. Die Gesamtdichtlänge D gewährleistet eine ausreichende Abdich tung des Hochdruckraums 7 zum Entlastungsraum 6 bei sehr kleinen Leckmengen.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, a piston section 4 c to 4 e is arranged between the sections 3 a to 3 d with reduced diameter, which corresponds to the diameter of the bore 5 and one of which is a connecting section 5 a , 5 b and 5 c assigned. The axial length of a piston section 4 c to 4 e corresponds approximately to the axial length of the associated connecting section 5 a to 5 c . In the shown closed position of the control valve 1 , the piston sections 4 c to 4 e are immersed in the connecting sections 5 a to 5 c and seal them over their immersion depth. The sealing length D of the spool 3 from the high-pressure chamber 7 to the relief chamber 6 is thus composed of the individual sealing lengths (immersion depths) d 1 , d 2 and d 3 . The total sealing length D ensures a sufficient sealing device of the high-pressure chamber 7 to the relief chamber 6 with very small leakage quantities.

Wird der Kolbenschieber in Pfeilrichtung 9 in seine zweite Stellung (nicht dargestellt) um den Hub d 1=d 2=d 3 verscho ben, so wird bei einem kleinen Schaltweg die gesamte Dichtlänge D aufgehoben und eine Verbindung zwischen dem Hochdruckraum 7 und dem Entlastungsraum 6 hergestellt. Auf diese Weise weist das Steuerventil 1 bei hoher Abdichtung und kleinen Leckmengen einen kleinen Schalthub auf, so daß bei einem insbesondere elektromagnetisch betätigten Kol benschieber 3 sehr kurze Schaltzeiten erreichbar sind. Ein derartiges Steuerventil ist vorteilhaft bei elektronisch gesteuerten Einspritzvorgängen zur Steuerung des Ein spritzventils einsetzbar.If the spool is moved in the direction of arrow 9 into its second position (not shown) by the stroke d 1 = d 2 = d 3 , the entire sealing length D is canceled with a small switching travel and a connection between the high pressure chamber 7 and the relief chamber 6 produced. In this way, the control valve 1 with a high seal and small leakage amounts to a small switching stroke, so that with a particularly electromagnetically operated piston valve 3 very short switching times can be achieved. Such a control valve can advantageously be used in electronically controlled injection processes to control the injection valve.

Das erfindungsgemäße Steuerventil 1 kann durch Abstimmung der Dichtspaltlängen d und Dichtspaltspiele, der Kammer volumen der Druckräume 8 a und 8 b sowie der Anordnung der Dichtkanten zueinander zu einer Beeinflussung des Druck aufbaus und der Dämpfung herangezogen werden. Die Gesamt dichtlänge D kann in Abhängigkeit des Druckgefälles vom Hochdruckraum 7 zum Entlastungsraum 6 beliebig gestaltet werden, wobei eine Vielzahl von Druckräumen 8 a, 8 b in Axialrichtung hintereinander vorgesehen werden können.The control valve 1 according to the invention can be used by influencing the sealing gap lengths d and sealing gap clearances, the chamber volume of the pressure chambers 8 a and 8 b and the arrangement of the sealing edges to influence the pressure build-up and the damping. The total sealing length D can be designed as a function of the pressure gradient from the high-pressure chamber 7 to the relief chamber 6 , it being possible for a multiplicity of pressure chambers 8 a , 8 b to be provided one behind the other in the axial direction.

Vorzugsweise sind die Eintauchtiefen (Dichtlängen) d 1, d 2 und d 3 gleich gewählt. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Dichtlängen d unterschiedlich vorzusehen, wobei zu beachten ist, daß die größte Dichtlänge den Schalthub des Kolbenschiebers bestimmt.The immersion depths (sealing lengths) d 1 , d 2 and d 3 are preferably chosen to be the same. However, it can also be advantageous to provide the sealing lengths d differently, it being important to note that the greatest sealing length determines the switching stroke of the spool.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist bei ansonsten gleichem Aufbau wie das Steuerventil in Fig. 1 der Kolben abschnitt 4 c und der ihm zugeordnete Verbindungsabschnitt 5 a zum Entlastungsraum 6 als Sitzventil 53 ausgebildet. Um eine radiale Überdeckung des Kolbenabschnitts 4 c mit dem Bohrungsabschnitt 54 zu erzielen, ist dieser mit geringe rem Durchmesser ausgebildet als die übrige Bohrung 5. Der Durchmesser des Kolbenabschnitts 4 b ist entsprechend ver ringert und ist, den Bohrungsabschnitt 54 nach außen ab dichtend, vorzugsweise mit dem übrigen Kolbenschieber 3 ausgebildet. Der den Druckraum 8 a mit dem Entlastungsraum 6 verbindende Teil des Bohrungsabschnittes 54 weist auf seinem dem Kolbenabschnitt 4 c zugewandten Ende einen Ven tilsitz 51 auf, dem das ihm zugewandte Ende des Kolbenab schnitts - als Ventilglied 52 ausgebildet - zugeordnet ist. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the piston section 4 c and the connection section 5 a associated with it to the relief chamber 6 are designed as a seat valve 53 with the same structure as the control valve in FIG. 1. In order to achieve a radial overlap of the piston section 4 c with the bore section 54 , the latter is designed with a smaller diameter than the rest of the bore 5 . The diameter of the piston section 4 b is reduced accordingly and is, the bore section 54 to the outside from sealing, preferably formed with the rest of the piston valve 3 . The connecting the pressure chamber 8 a with the relief chamber 6 part of the bore section 54 has on its end facing the piston section 4 c a Ven valve seat 51 , to which the end of the piston section facing it - designed as a valve member 52 - is assigned.

Das Sitzventil 53 ist an einer Stelle im Steuerventil angeordnet, wo das geringste Druckgefälle auftritt. So wird zwischen dem letzten Durchraum 8 a und dem Entla stungsraum 6 - und damit zwischen dem Hochdrukraum 7 und dem Entlastungsraum 6 - ein fast leckagefreier Verschluß erzielt. Die Funktion des Sitzventils wird durch die zum Hochdruckraum vorgeschalteten Abdichtungen durch die axialen Dichtlängen der Schieberventile nicht beeinträch tigt. Vielmehr richten sich die axialen Dichtlängen der Schieberventile immer nach dem Dichtsitz des Sitzventils aus. Eine hochpräzise konstruktive Anpassung der Dichtven tile untereinander ist daher nicht erforderlich. Der Schalthub des Kolbenschiebers 3 ist weiterhin von der größten Dichtlänge d eines einzelnen Kolbenabschnitts 4 d bzw. 4 e abhängig. Da das Sitzventil 53 einen - bezogen auf das Druckgefälle zwischen Hochdruckraum 7 und Entlastungs raum 6 - relativ geringen Druckunterschied schaltet, kann es konstruktiv einfacher ausgebildet sein als ein hochge nau zu bearbeitendes Hochdrucksitzventil. Im übrigen ver schleißt das erfindungsgemäß angeordnete Sitzventil auf grund der niedrigen zu schaltenden Drücke kaum.The seat valve 53 is arranged at a point in the control valve where the smallest pressure drop occurs. Thus, between the last by a space 8 and the Entla stungsraum 6 - and thus between the Hochdrukraum 7 and the relief chamber 6 - achieved an almost leak-free closure. The function of the seat valve is not affected by the seals upstream of the high-pressure chamber due to the axial sealing lengths of the slide valves. Rather, the axial sealing lengths of the slide valves always align themselves with the seat of the seat valve. A high-precision design adjustment of the sealing valves among themselves is therefore not necessary. The switching stroke of the spool 3 is also dependent on the greatest sealing length d of an individual piston section 4 d or 4 e . Since the seat valve 53 switches a - based on the pressure drop between the high pressure chamber 7 and the relief chamber 6 - relatively small pressure difference, it can be structurally simpler than a high-precision valve seat to be machined. Otherwise, the seat valve arranged according to the invention hardly wears out due to the low pressures to be switched.

Claims

1. Control valve, in particular electromagnetically actuated control valve, with a piston ( 3 ) arranged in a housing ( 2 ) as a valve member, which in a first position seals in a connecting channel ( 5 ) between a high-pressure chamber ( 7 ) and a relief chamber ( 6 ) immersed and in a second position the connec tion channel for relieving the high pressure chamber ( 7 ) opens, characterized in that between the high pressure chamber ( 7 ) and the relief chamber ( 6 ) at least one further pressure chamber ( 8 a , 8 b) arranged as a space is connected via the connecting channel ( 5 c) on the one hand to the high-pressure chamber ( 7 ) and on the other hand to the relief chamber ( 6 ), and that the piston valve ( 3 ) in its first position (Figure) in all connecting sections ( 5 a , 5 b , 5 c) between the individual rooms ( 6 , 7 , 8 a , 8 b) and seals them.

2. Control valve according to claim 1, characterized in that the further pressure chamber ( 8 a , 8 b) is fen created by a radial expansion of the opening channel.

3. Control valve according to claim 1 or 2, wherein the Kol benschieber ( 3 ) coaxial to the connecting channel ( 5 ) is arranged, characterized in that the piston valve ( 3 ) in the sealing area with the diameter of the connecting channel ( 5 ) accordingly and between the sealing areas with reduced diameter is formed.

4. Control valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axial length of the Dichtbe ranges of the spool approximately the axial length of the United bingunsabschnitte ( 5 a , 5 b , 5 c) between the rooms ( 6 , 7 , 8 a , 8 b) corresponds.

5. Control valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the high pressure chamber ( 7 ) and the relief chamber ( 6 ) two further pressure chambers ( 8 a , 8 b ) are arranged.

6. Control valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that a seat valve ( 53 ) is arranged between the high pressure chamber ( 7 ) and the relief chamber ( 6 ).

7. Control valve according to claim 6, characterized in that the seat valve ( 53 ) between the relief chamber ( 6 ) and the adjacent pressure chamber ( 8 a) is arranged.

8. Control valve according to claim 7, characterized in that the connecting section ( 54 ) from the relief chamber ( 6 ) to the adjacent pressure chamber ( 8 a) is made smaller in diameter than the remaining connec tion channel ( 5 ).

9. Control valve according to claim 8, characterized in that the associated piston section ( 4 c) facing end of the connecting section ( 54 ) between the relief chamber ( 6 ) and the adjacent pressure chamber ( 8 a) as a valve seat ( 51 ) and the piston section ( 4th c) is designed as an associated valve member ( 52 ).