DE3619576A1 - Steuerventil mit einer daempfungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil, insbesondere ein elektromagnetisch betätigtes Steuerventil nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1, insbesondere nach Patent . . . (Patentanmeldung P 35 29 576.7).

In der älteren Patentanmeldung P 35 29 576.7 ist ein Steuerventil beschrieben, dessen Ventilglied als Kolben­ schieber ausgebildet ist, der einen Verbindungskanal zwischen einem Hochdruckraum und einem Entlastungsraum druckdicht verschließt. Um Druckstöße einerseits und ein leckagefreies Verschließen des Kanalabschnitts anderer­ seits zu gewährleisten, ist zwischen dem Hochdruckraum und dem Entlastungsraum mindestens ein Zwischenraum vorge­ sehen, dessen Verbindungen zum Hochdruckraum bzw. Ent­ lastungsraum durch eintauchende Kolbenabschnitte des Ven­ tilglieds verschlossen werden. Ein derartiges Steuerventil gewährleistet ein weitgehend leckagefreies Absperren zwischen dem Hochdruckraum und dem Entlastungsraum. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß das Öffnungs- und Schließverhalten des Ventilglieds am Ende eines Hubweges durch auftretende Rückprallbewegungen stark beeinträchtigt werden kann, wodurch das Schließverhalten nachteilig und unvorhersehbar beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Steuerventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubil­ den, daß ein reproduzierbares, vorgebbares Schließver­ halten geringer Streuung erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird nach den kennzeichenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch den Ventilbund und die Anschläge wird der Hub des Ventilglieds mechanisch begrenzt, wobei die Dämpfungsein­ richtung einen störungsfreien Übergang von der Schließ­ stellung in die Offenstellung und umgekehrt gewährleistet. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird ein reproduzier­ bares, überschwingfreies Öffnungs- und Schließverhalten des Steuerventils erzielt.

Mit einer konstruktiv einfachen mechanischen Dämpfung, wie sie in den Ansprüchen 5 und 6 niedergelegt ist, läßt sich ein befriedigendes Öffnungs und Schließverhalten erzielen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Ven­ tilbund als im Durchmesser erweiterter Abschnitt des Ven­ tilglieds vorgesehen und liegt in einer ersten Stellung am Gehäuse und in einer zweiten Stellung an einem am Gehäuse festgelegten Deckel an. Dieser Deckel verschließt vorteil­ haft die Bohrung und begrenzt zusammen mit dem Gehäuse einen Dämpfungsraum, der zum Druckabbau über eine axiale, durchgehende Bohrung im Ventilglied entlastet werden kann. Durch die Bohrung wird eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Ventilglieds erzielt.

Vorteilhaft ist im Bereich des Ventilbundes der Endab­ schnitt des Ventilglieds durch konstruktive Maßnahmen zu einem hydraulischen Dämpfer ausgebildet, wie dies in den Ansprüchen 8 bis 10 angegeben ist. Mit einer derartigen hydraulischen oder mechanischen Dämpfung ist das Steuer­ ventil auch in hochbelasteten Einspritzanlagen für Diesel­ brennkraftmaschinen einsetzbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben und werden in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung, der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch das Gehäuse eines Steuerventils mit ungeschnittenem Ventilglied,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine an einem Ende des Ventilglieds angeordnete Dämpfungseinrichtung,

Fig. 3 eine Dämpfungseinrichtung nach Fig. 2 in geänderter Ausführungsform.

In dem Gehäuse 2 des Steuerventils 1 ist ein Hochdruckraum 7 und ein Entlastungsraum 6 angeordnet. Der Entlastungs­ raum 6 steht mit einer Entlastungsbohrung 6 a in Verbin­ dung, die das in den Entlastungsraum 6 einströmende Druck­ mittel weitgehend drucklos abführt. Der Hochdruckraum 7 steht mit einem Druckkanal 7 b in Verbindung, der von einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe gespeist ist. Über eine Druckverbindung 7 a wird das Druckmittel vom Hochdruckraum 7 einem Verbraucher, z.B. einem Einspritz­ ventil einer Brennkraftmaschine zugeführt.

Der Hochdruckraum 7 und der Entlastungsraum 6 sind über einen Verbindungskanal miteinander verbunden, der durch den mittleren Abschnitt einer axial durch das Gehäuse 2 verlaufenden Bohrung 5 gebildet ist. In der Bohrung 5 liegt das als Kolbenschieber ausgebildete Ventilglied 3, das mit seinen axialen Endabschnitten 4 a, 4 b im Gehäuse 2 geführt ist. Der durch den Mittelteil der Bohrung 5 zwischen dem Hochdruckraum 7 und dem Entlastungsraum 6 ge­ bildete Verbindungskanal ist axial an zwei Stellen radial erweitert und bildet voneinander getrennte Druckräume 8 a und 8 b als Zwischenräume. Der Druckraum 8 a ist über den Kanalabschnitt 5 a mit dem Entlastungsraum 6 und über einen Kanalabschnitt 5 b mit dem axial benachbarten weiteren Druckraum 8 b verbunden, der seinerseits über den Kanalab­ schnitt 5 c mit dem Hochdruckraum 7 in Verbindung steht.

Das Ventilglied 3 hat einen maximalen äußeren Durchmesser, der dem lnnendurchmesser der Bohrung 5 entspricht. Zwischen seinen Endabschnitten 4 a und 4 b zeigt das Ventil­ glied 3 drei im Durchmesser verringerte Abschnitte 3 a bis 3 c, zwischen denen Dichtabschnitte 4 c und 4 d stehen. Der Abschnitt 3 a weist einen verringerten Durchmesser zwi­ schen dem Endabschnitt 4 a und dem Dichtabschnitt 4 c auf.

In der in Fig. 1 dargestellten Schließstellung sind die Ventilgliedabschnitte 4 c, 4 d und 4 b in die entsprechenden Kanalabschnitte 5 a, 5 b und 5 c eingetaucht. Diese Ein­ tauchtiefen d 1 und d 2 und d 3 können gleich sein. In vor­ teilhafter Weiterbildung der Erfindung werden diese Ein­ tauchtiefen jedoch unterschiedlich vorgesehen, um auf das Schließverhalten des Ventilglieds und somit des gesamten Steuerventils 1 Einfluß zu nehmen. Die in Fig. 1 darge­ stellte Schließstellung ist durch einen Ventilbund 10 be­ stimmt, der an einen entsprechenden Anschlag 10 a im Ge­ häuse 2 des Steuerventils 1 anläuft. Der Ventilbund 10 ist dabei als im Durchmesser erweiterter Abschnitt des Ventil­ glieds 3 ausgebildet.

Das dargestellte Ventilglied weist jeweils Flächenpaare zum Ausgleichen der hydraulischen Kräfte auf. lnsbesondere ist das Ventilglied 3 im Bereich des Hochdruckraums 7 mit konstantem Durchmesser ausgebildet, um Druckangriffs­ flächen zu vermeiden.

Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, ist der Ventilbund 10 zwischen zwei Anschlägen bewegbar, wobei der Ventilbund zusammen mit den Anschlägen eine Dämpfungseinrichtung 30 bzw. 30 a bildet. Diese Dämpfungseinrichtung 30 ist an das bzw. in das Gehäuse 2 integriert, wozu ein die Bohrung 5 verschließender Deckel 12 am Gehäuse 2 festgelegt ist.

In der in Fig. 2 gezeigten hydraulischen Dämpfungsein­ richtung 30 liegt der Ventilbund 10 mit radialem Spiel in dem durch das Gehäuse 2 und den Deckel 12 begrenzten Raum. Auf jeder seiner axialen Stirnseiten ist dem Ventilbund 10 ein im Durchmesser verringerter Abschnitt 10 b vorge­ lagert, der einteilig mit dem Ventilglied 3 bzw. dem Ven­ tilbund ausgebildet ist. Die den axialen Stirnseiten 17 des Ventilbundes 10 zugeordneten ringförmigen Anschlag­ flächen 19 und 20 weisen eine dem vorgelagerten Abschnitt 10 b entsprechende Ausnehmung 21 auf, deren axiale Tiefe größer ist, als die axiale Länge des Abschnitts 10 b. In der in Fig. 2 dargestellten zweiten Stellung des Ventil­ glieds 3 liegt das freie Ende des Endabschnitts 4 b radial in einer im Deckel 12 vorgesehenen Ausnehmung 16, vorzugs­ weise radial spielfrei. Der Ringabschnitt 10 b liegt des Ventilbundes 10 in der zugeordneten Ausnehmung 21, vor­ zugsweise ebenfalls spielfrei. Um ein weitgehend voll­ ständiges Einfahren des Ventilglieds 3 in den Deckel 12 zu gewährleisten, weist das Ventilglied 3 eine axial durch­ gehende Bohrung 11 auf, die auf den Stirnseiten des Ven­ tilglieds 3 mündet. Der Hub H des Ventilglieds 3 ist durch den Abstand der Anschlagfläche 19 zur zugewandten axialen Stirnfläche 17 des Ventilbundes 10 in der in Fig. 2 darge­ stellten zweiten Stellung bestimmt. Durch den dem Ventil­ bund 10 vorgelagerten Ringabschnitt 10 b wird eine hydrau­ lische Dämpfung erreicht, die ein weiches Anschlagen des Ventilgliedes 3 am Deckel 12 gewährleistet, wodurch beim elektromagnetischen Umschalten des Ventilglieds von der ersten in die zweite Stellung Rückprallbewegungen weit­ gehend vermieden sind.

Die mechanische Dämpfungseinrichtung 30 a nach Fig. 3 ist im wesentlichen gleich aufgebaut, wie die aus Fig. 2. Der Ventilbund 10 sowie das freie Ende des Endabschnitts 4 b liegen mit radialem Spiel in dem vom Gehäuse 2 und dem Deckel 12 begrenzten Raum. In den axialen Stirnflächen des Ventilbundes 10 zugeordneten Anschlagflächen 19 a und 20 a sind Ringnuten 13, 14 eingearbeitet, in denen Dämpfungs­ glieder 15 angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungs­ form sind die Dämpfungsglieder 15 aus einem torusförmigen Gummi gebildet, das aus der Ringnut 13 bzw. 14 axial her­ ausragt und beim Anlaufen des Ventilbundes 10 zu dessen Dämpfung verformt wird. Der Hub H der Dämpfungeinrichtung 30 a bestimmt den Hub des Ventilgliedes 3, wobei in der zweiten Stellung das freie Ende des Endabschnitts 4 b mit radialem Spiel in eine Ausnehmung 16 des Deckels 12 ein­ tritt. Auch bei dieser Ausführungsform der Dämpfungsein­ richtung 30 a weist das Ventilglied 3 eine durchgehende Bohrung 11 auf, die die axialen Stirnseiten des Ventil­ glieds 3 miteinander verbindet. Auch bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel dient die Bohrung 11 zum hydraulischen Aus­ gleich und zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Steuerventils.

Durch unterschiedliche Gestaltung der axialen Eintauch­ tiefen der Abschnitte 4 c, 4 d und 4 b in die entsprechen­ den Kanalabschnitte 5 a, 5 b und 5 c kann, insbesondere in Verbindung mit einer Dämpfungseinrichtung nach Fig. 2 oder 3 ein beliebig oft wiederholbares, vorgebbares Schließ- bzw. Öffnungsverhalten des Ventilglieds 3 erzielt werden. Dies ist insbesondere im Hinblick als elektromag­ netisches Ventil in Einspritzanlagen bei Dieselbrennkraft­ maschinen vorteilhaft.

Claims (9)

1. Steuerventil, insbesondere elektromagnetisch betä­ tigtes Steuerventil für eine Einspritzvorrichtung, mit einem in einem Gehäuse (2) angeordneten, als Kolben­ schieber ausgebildeten Ventilglied (3), das in einer er­ sten Stellung dichtend in einen Verbindungskanal (5) zwischen einem Hochdruckraum (7) und einem Entlastungsraum (6) eintaucht und in einer zweiten Stellung den Verbin­ dungskanal zur Entlastung des Hochdruckraums (7) öffnet, wobei das Ventilglied (3) an seinen axialen Endabschnitten 4 a, 4 b im Gehäuse (2) geführt ist und zwischen dem Hoch­ druckraum (7) und dem Entlastungsraum (6) mindestens einen Zwischenraum 8 a, 8 b angeordnet ist, der über den Verbin­ dungskanal einerseits mit dem Hochdruckraum (7) und ander­ erseits mit dem Entlastungsraum (6) verbunden ist, wobei der Kolbenschieber (3) in seiner ersten Stellung in alle Kanalabschnitte zwischen den einzelnen Räumen eingetaucht ist und diese verschließt, insbesondere nach Patent . . . (Patentanmeldung P 35 29 576.7), dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (3) an einem Endabschnitt 4 b einen Ventilbund (10) aufweist, der zwischen zwei Anschlägen (19; 19 a, 20; 20 a) bewegbar ist und die Anschläge (19; 19 a, 20; 20 a) zusammen mit dem Ven­ tilbund (10) eine Dämpfungseinrichtung (30, 30 a) bilden.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilbund (10) als im Durchmesser erweiterter Abschnitt des Ventilglieds (3) ausgebildet ist und in einer ersten Stellung am Gehäuse und in einer zweiten Stellung an einem am Gehäuse festge­ legten Deckel (12) anliegt.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (12) die Bohrung (5) verschließt.

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (3) eine axi­ ale, durchgehende Bohrung (11) zum Druckabbau aufweist.

5. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilbund (10) und das freie Ende des Endabschnitts (4 b) mit radialem Spiel in dem vom Gehäuse (2) und Deckel (12) begrenzten Raum liegen.

6. Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den axialen Stirnseiten (17) des Ventilbundes (10) je eine ringförmige Anschlagfläche (19 a, 20 a) zugeordnet ist, in die ein elastisches Dämpfungsglied (15) eingelassen ist.

7. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilbund (10) an seinen axialen Stirnseiten (17) einen vorgelagerten Abschnitt (10 b) kleineren Durchmessers aufweist, der jeweils in ent­ sprechende Ausnehmungen (21) der zugeordneten Anschlag­ flächen (19, 20) eintaucht.

8. Steuerventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Endab­ schnitts (4 b) des Ventilglieds (3) in einer Ausnehmung (16) des Deckels (12) liegt.

9. Steuerventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vom Gehäuse (2) und Deckel (12) begrenzten Raum eine hydraulische Flüssigkeit vorgesehen ist.