DE3741526A1 - Sitzventil - Google Patents
SitzventilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Sitzventil, insbesondere in
Verwendung als Überströmventil zur Steuerung des
Förderbeginns und -endes von Kraftstoffeinspritzpumpen, der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Solche elektrisch gesteuerten Sitzventile werden als
Überströmventile bevorzugt bei Kraftstoffeinspritzsystemen
zur Steuerung des Förderbeginns und des Förderendes der
Kraftstoffeinspritzung verwendet und hier insbesondere bei
sog. Pumpedüsen in Dieselmotoren. Solche Pumpedüsen, die in
einem gemeinsamen Gehäuse sowohl die mechanisch angetriebene
Kraftstoffeinspritzpumpe als auch die zugehörige
Einspritzdüse umfassen, werden direkt in den Zylinderkopf
des Dieselmotors eingebaut. Das stromlos offene Sitzventil
bestimmt durch seine Einschaltdauer die beim Förderhub des
Pumpenkolbens aus dem Pumpenarbeitsraum zur Einspritzdüse
verdrängte Kraftstoffmenge. Das Sitzventil ist in einem
Überströmkanal eingesetzt, der den unter Hochdruck stehenden
Pumpenarbeitsraum mit einem Niederdruck- oder
Entlastungsraum verbindet. Um hohe Schließkräfte und damit
verbunden eine große Ankermasse des Elektromagneten und hohe
elektrische Ansteuerleistungen für den Elektromagneten sowie
erhebliche Geräuschentwicklung beim Ventilschalten zu
vermeiden, sind die Sitzventile im geschlossenen Zustand
weitgehend druckausgeglichen ausgebildet, wozu das
Ventilglied eine vom Hochdruck in Ventilschließrichtung
beaufschlagte Steuerfläche trägt. Für den vorstehend
erwähnten Anwendungsweck ist es für solche Sitzventile auch
sehr wichtig, extrem kurze Ansprechzeiten, insbesondere beim
Ventilöffnen, zu besitzen und ziemlich große
Öffnungsquerschnitte möglichst schlagartig freizugeben,
damit das Förderende hochgenau eingehalten und damit die
Kraftstoffeinspritzmenge exakt dosiert werden kann.
Bei einem bekannten Überströmventil für
Kraftstoffeinspritzpumpen dieser Art (DE-OS 35 23 536) ist
das Ventilglied als eine nach innen, zum Hochdruckraum hin
öffnende Ventilnadel ausgebildet. Ihre konische
Schließfläche hat einen Kegelwinkel, der größer ist als der
Kegelwinkel der ebenfalls konischen Sitzfläche des
Ventilsitzes. Schließfläche und Sitzfläche bilden eine
Dichtkante, deren Durchmesser gleich oder geringfügig
kleiner als der Durchmesser des Führungsschaftes des
Ventilgliedes ist. Auf diese Weise ist das Sitzventil im
Schließzustand vollständig oder bis auf eine äußerst kleine
Druckstufe druckausgeglichen. Die Druckstufe ersetzt eine in
Öffnungsrichtung wirkende Druckfeder oder unterstützt die
Beschleunigung der Öffnungsbewegung der Ventilnadel.
Das erfindungsgemäße Sitzventil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch den
erfindungsgemäßen zweiten Ventilsitz und die zweite
Ventilschließfläche am Ventilglied das Sitzventil bei
unverändertem Hub, Durchmesser und Sitzwinkel einen
doppelten Schaltquerschnitt aufweist und so für einen
extremen Druckabfall beim Ventilöffnen und damit für ein
schlagartiges Einsetzen des Förderendes der
Kraftstoffeinspritzung sorgt. Herkömmliche, konventionelle
Ventile mit gleich großem Schaltquerschnitt wie das
erfindungsgemäße Sitzventil würden hingegen doppelt so große
bewegte Massen aufweisen mit den entsprechend hohen
Schaltzeiten, Kosten und größerem Verschleiß, sowie
erheblich größerem Schaltgeräusch. Die beiden Schließflächen
und Ventilsitze können beliebig exakt zueinander angeordnet
werden, wodurch eine Leckage im Sperrbetrieb, die bei
Kraftstoffeinspritzpumpen zu Fehlzumessungen der
Kraftstoffeinspritzmenge führt, minimiert werden.
Werden die Durchmesser der beiden Ventilsitze gleich groß
gewählt, so ist das Sitzventil im Schließzustand vollkommen
druckausgeglichen. Aus fertigungstechnischen Gründen,
insbesondere um eine Einteiligkeit von Ventilglied
einerseits und Sitzträger andererseits zu erzielen, wird der
zweite Ventilsitz im Durchmesser geringfügig kleiner
gemacht. Infolge der dadurch entstehenden äußerst geringen
Druckstufe in Ventilöffnungsrichtung wird zugleich eine die
Öffnungsbewegung des Ventilglieds unterstützende
hydraulische Kraft gewonnen, die ausreicht, das Sitzventil
schnell zu öffnen. Dadurch braucht die Magnetwicklung nur
für eine Betätigungsrichtung des Elektromagneten, und zwar
in Ventilschließrichtung, erregt zu werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Anspruch 1 angegebenen Sitzventils möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sitzventils werden
die beiden Entlastungsräume über kurze Kanäle mit großem
Querschnitt miteinander und mit der Ventilumgebung
verbunden. Damit wirken auf verschieden große Flächen des
Ventilglieds stets dynamisch gleich große Drücke, und beim
Auftreten von Druckschwingungen, die kürzer als die kürzeste
Einschaltzeit sind, wird die Erzeugung von Kräften auf das
Ventilglied unterdrückt, die ansonsten zu nicht konstanten
Schaltzeiten führen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das
Ventilglied in einer mit dem Ventilkörper einstückigen
Führungshülse über nahe seiner beiden Stirnenden angeordnete
Gleitflächen axial verschieblich geführt. Dadurch erhält das
Ventilglied eine exakt definierte Achslage, und die Schließ
und Sitzflächen von Ventilglied und Ventilsitze können als
Kegel ausgeführt werden. Allerdings wirken sich die
Reibungskräfte der als Gleitzylinder ausgeführten
Gleitflächen nachteilig auf die Schaltzeit des Sitzventils
aus.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur
Vermeidung solcher Reibkräfte das Ventilglied über nahe
seiner beiden Stirnenden befestigte Membranfedern im
Ventilgehäuse axial verschieblich aufgehängt. Die
Membranfedern besitzen ein sehr steifes Widerstandsmoment in
Radialrichtung, da die Membranen hier in der Hochkantachse
beansprucht werden. Das Widerstandsmoment in Achsrichtung
ist dagegen sehr niedrig, insbesondere wenn die Membranen
nur wenig aus der planen Lage ausgelenkt werden. Die
Schaltzeiten sind damit extrem niedrig. Durch das Vorsehen
zweier Membranfedern, die einen möglichst großen Abstand
voneinander aufweisen, ist das Ventilglied auch weitgehend
gegen Auslenkung aus der Achsrichtung versteift. Die
Zwei-Feder-Aufhängung bietet auch die Möglichkeit der
Justierung der Senkrechtlage des Ventilglieds, was bei
komplizierten Magnetanordnungen, die in zwei Richtungen
Kräfte erzeugen, sehr vorteilhaft ist. Werden die
Sitzflächen und Schließflächen von Ventilglied und
Ventilsitze als Kugelabschnitte ausgebildet, so ist das
Sitzventil auch bei schiefer Achslage des Ventilglieds
absolut dicht.
Die vorgenannte Ausführungsform des Sitzventils bietet
außerdem noch die Möglichkeit die axiale Länge des
Sitzträgers relativ gering zu halten, so daß die Sitzflächen
der Ventilsitze leicht zugänglich sind und damit präzise
bearbeitet und zuverlässig mit Hartstoffen beschichtet
werden können.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines elektrisch betätigten
Sitzventils, und zwar in einer Schnittführung
gemäß Linie III-III in Fig. 4,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts
des Sitzventils in Fig. 1,
Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 eines
Sitzventils gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 einen Querschnitt des Sitzventils in Fig. 3
gemäß Schnittlinie IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 ausschnittweise einen Längsschnitt eines
Sitzventils gemäß einem dritten Ausführungs
beispiel,
Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts VI
in Fig. 5 eines Ventilgliedes nach einem
weiteren Ausführungsbeispiel.
Das in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte elektrisch
gesteuerte Überströmventil für eine Pumpedüse eines
Kraftstoffeinspritzsystems als Beispiel eines Sitzventils
weist ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse 10 auf, das auf
seiner einen Stirnseite von einem Ventilkörper 11 und auf
seiner anderen Stirnseite von einem Ventildeckel 12
abgeschlossen ist. Im Ventilgehäuse 10 ist ein Ventilraum 13
gebildet, der in einen mit einer Hochdruckbohrung 14
verbundenen Hochdruckraum 15 und in einen mit einer
Entlastungsbohrung 16 verbundenen Entlastungsraum 17
unterteilt ist. Die Hochdruckbohrung 14 durchläuft zentral
den Ventilkörper 11, während die Entlastungsbohrung 16 mit
radialem Versatz parallel dazu durch Ventilkörper 11 und
einem Teil des Ventilgehäuses 10 hindurchgeht. Beide
Bohrungen 16, 17 verlaufen axial und münden in der Stirnseite
des Ventilkörpers 11. Die Unterteilung des Ventilraums 13 in
die beiden Raumabschnitte 15, 17 erfolgt mittels eines
Sitzträgers 18, der koaxial zu dem Ventilkörper 11 am Grunde
einer konischen Ausnehmung 19 im Ventilkörper 11 sitzt und
mit dem Ventilkörper 11 verschweißt ist. Die Schweißnaht ist
mit 20 angedeutet. Im Sitzträger 18 sind zwei Ventilsitze
21, 22 in Achsrichtung unmittelbar hintereinander angeordnet.
Jeder Ventilsitz 21 bzw. 22 umgibt mit seiner Sitzfläche
eine Ventilöffnung 23 bzw. 24 zwischen dem Hochdruckraum 15
und dem Entlastungsraum 17. Der Entlastungsraum 17 ist dabei
in zwei Raumabschnitte 17 a und 17 b unterteilt, die zwischen
sich den Hochdruckraum 15 einschließen, wobei die erste
Ventilöffnung 23 den Raumabschnitt 17 a und den Hochdruckraum
15 voneinander trennt und die zweite Ventilöffnung 24 den
Hochdruckraum 15 von dem Raumabschnitt 17 b des
Entlastungsraums 17 abteilt. Die beiden
Entlastungsraumabschnitte 17 a und 17 b sind miteinander
verbunden. Der Hochdruckraum 15 wird dabei von einer im
Querschnitt schlitzartigen Ringnut 51 gebildet, die in einem
spitzen Winkel zur Achse des Sitzträgers 18 bis hin zu einer
dem Ventilglied 28 zugekehrten Ausnehmung 52 im Sitzträger
18 verläuft und an ihrem anderen Ende über Axialbohrungen 25
mit einer zu der Hochdruckbohrung 14 koaxialen Ausnehmung 53
in der auf dem Ventilkörper 11 aufsitzenden Stirnfläche des
Sitzträgers 18 verbunden ist.
Die beiden Ventilsitze 21, 22 arbeiten mit zwei
Schließflächen 26, 27 zusammen, die an einem Ventilglied 28
wiederum in Achsrichtung hintereinander angeordnet sind. Das
Ventilglied 28 ist in Achsrichtung verschieblich gehalten
und mit einer Ankerplatte 29 eines Elektromagneten 30 zur
Betätigung des Ventilgliedes 28 starr verbunden. Der
Elektromagnet 30 besteht aus einem im Ventilgehäuse 10
gehaltenen Magnettopf 31, der stirnseitig von einem
ringförmigen Joch 32 abgeschlossen ist. Der Magnettopf 31
trägt einen zentralen hohlzylindrischen Zapfen 33, durch
welchen das Ventilglied 28 hindurchtritt, wobei das freie
Ende des Ventilgliedes 28 in den Sitzträger 18 hineinragt
und die mit dem anderen Ende des Ventilglieds 28 verbundene
Ankerplatte 29 unter Belassung von Luftspalten einerseits
zum Joch 32 und andererseits zur Stirnseite des Zapfens 33
unmittelbar vor dem Joch 32 liegt. Das Ventilglied 28 ist
endseitig an jeweils einer Membranfeder 34, 35 aufgehängt.
Die Membranfedern 34, 35 besitzen ein sehr steifes
Widerstandsmoment in Radialrichtung und ein sehr niedriges
Widerstandsmoment in Achsrichtung, so daß das Ventilglied 28
nahezu reibungslos axial bewegt werden kann.
Die Membranfeder 34 ist mit ihrem inneren Rand an dem
Ventilglied 28 befestigt, z. B. verschweißt, und mit ihrem
äußeren Rand zwischen dem Ventilkörper 11 und dem Magnettopf
31 eingespannt. Die Membranfeder 35 ist mit ihrem inneren
Rand an der Ankerplatte 29 befestigt, z. B. verschweißt, und
mit ihrem äußeren Rand mittels Klemmstücke 36 festgespannt.
Beide Membranfedern 34, 35 weisen querschnittsgroße
Durchbrüche 37 auf, so daß sie keinen hydraulischen
Widerstand darstellen. In dem Magnettopf 31 ist die
Erregerspule 38 des Elektromagneten 30 angeordnet, die auf
einem Spulenträger 39 sitzt. Die beiden Wicklungsanschlüsse
der Erregerspule 38 sind durch den Spulenträger 39 und
isoliert durch den Ventildeckel 12 hindurch auf
Anschlußstecker 40 geführt, die in einem auf der Oberseite
des Ventildeckels 12 befestigten Kunststoffteil 41 gehalten
sind. Von den beiden Anschlußsteckern 40 ist nur der eine
dargestellt. Der Elektromagnet 30 bewegt bei Bestromung der
Erregerspule 38 das Ventilglied 28 ausschließlich in
Ventilschließrichtung und hält dieses im Schließzustand des
Ventils gegen die Ventilsitze 21, 22 im Sitzträger 18
gepreßt. Der axiale Hub des Ventilgliedes 28 wird durch
einen am Ventildeckel 12 befestigten Hubanschlag 42
begrenzt. Die Membranfedern 34, 35 besitzen eine leichte
Vorspannkraft in Ventilöffnungsrichtung, um bei Wegfall der
Bestromung des Elektromagneten 30 das Ventilöffnen zu
beschleunigen.
Die Schließflächen 26, 27 am Ventilglied 28 sind auf die
Sitzflächen der Ventilsitze 21, 22 so abgestimmt, daß sie im
Ventilschließzustand die beiden Ventilöffnungen 23, 24
flüssigkeitsdicht absperren. Eine absolute Dichtheit wird
dann erzielt, wenn die Schließflächen 26, 27 und die
Sitzflächen der Ventilsitze 21, 22 als konzentrische
Kugelabschnitte mit gemeinsamem Mittelpunkt ausgebildet
sind. Bei exakter axialer Ausrichtung des Ventilgliedes 28
genügt auch eine kegelige Ausbildung der Schließflächen
26, 27 und Ventilsitze 21, 22. Das Ventilglied 28 hat eine
querschnittsgroße zentrale Sackbohrung 43, die stirnseitig
mündet und mit einer querschnittsgroßen Radialbohrung 44 im
Ventilglied 28 mit dem Raumabschnitt 17 b des
Entlastungsraums 17 verbunden ist. Da die Stirnseite des
Ventilglieds 28 den Raumabschnitt 17 b des Entlastungsraums
17 begrenzt, sind die beiden Entlastungsraumabschnitte 17 a
und 17 b durch querschnittsgroße Kanäle miteinander
verbunden.
Im Schließzustand ist das Sitzventil bis auf eine kleine, in
Öffnungsrichtung wirkende Druckdifferenz druckausgeglichen.
Zwischen den beiden schrägen, d. h. konischen oder
kalottenförmigen, Schließflächen 26, 27, die im gleichen
Axialabstand am Ventilglied 28 verlaufen wie die schrägen
Sitzflächen der Ventilsitze 21, 22 am Sitzträger 18, ergibt
sich eine vom inneren Durchmesser der ersten Schließfläche
26 bis zum äußeren Durchmesser der zweiten Schließfläche 27
verlaufende Steuerfläche 45, die vom Hochdruck p im
Hochdruckraum 15 beaufschlagt ist und eine Schließkraft
generiert, die annähernd so groß ist wie die von dem
Hochdruck p auf die erste Schließfläche 26 ausgeübte
Öffnungskraft. Eine völlige Druckausgeglichenheit wird
erreicht, wenn die Durchmesser der beiden Ventilsitze 21, 22,
genauer die Durchmesser der beiden Dichtkanten, welche die
Ventilsitze 21, 22 mit den beiden Schließflächen 26, 27
bilden, gleich groß sind. In diesem Fall muß aber eine in
Ventilöffnungsrichtung wirkende Ventilfeder an dem
Ventilglied 28 angreifen oder der Elektromagnet 30 das
Ventilglied 28 in beide Verschieberichtungen bewegen können.
Die Ventilsitze 21, 22 sind hochgenau bearbeitet und mit
Hartschichten beschichtet. Der Untergrund der Schichten kann
unmagnetisch und leicht bearbeitbar gewählt werden. Die
Hartschichten können so gewählt werden, daß sie
verschleißfester als Massivmaterialien sind und mit
Diamanten bearbeitet werden können. Insbesondere
Diamantdrehen hat den Vorteil, einer mit Schleifen kaum
erzielbaren Oberflächengüte und den Vorteil der niedrigen
Bearbeitungskosten.
Das in Fig. 3 im Längsschnitt ausschnittweise dargestellte
elektromagnetisch betätigte Sitzventil stimmt in seinem
prinzipiellen Aufbau mit zwei hintereinander angeordneten
Ventilsitzen und mit diesen zusammenwirkenden Schließflächen
am Ventilglied mit dem in Fig. 1 und 2 überein. Gleiche
Bauteile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen, die
jedoch zur Unterscheidung um 100 erhöht sind.
Abweichend von dem Sitzventil in Fig. 1 und 2 ist beim
Sitzventil gemäß Fig. 3 und 4 das Ventilglied 28 nicht über
Membranfedern im Ventilgehäuse aufgehängt, sondern in einer
mit dem Sitzträger 118 einstückigen Führungshülse 146 axial
verschieblich geführt. Hierzu weist das Ventilglied 128 zwei
im Axialabstand voneinander angeordnete Gleitzylinder
147, 148 in Form von radialen Ringvorsprüngen auf, die an
ihrem Umfang eine Gleitfläche tragen. Die Gleitzylinder
147, 148 sind einmal am freien Stirnende des Ventilglieds 128
und einmal im Bereich des freien Stirnendes der
Führungshülse 146 angeordnet. Der Gleitzylinder 147 ist mit
über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Axialnuten
149 versehen, die eine Verbindung von dem hinter dem zweiten
Ventilsitz 22 liegenden Entlastungsraumabschnitt 17 b zu der
freien Stirnseite des Ventilglieds 128 herstellen. Eine in
der Führungshülse 146 vorgesehene querschnittsgroße
Radialbohrung 150 verbindet das Innere der Führungshülse 146
mit dem hinter dem ersten Ventilsitz 21 liegenden
Entlastungsraumabschnitt 17 a. Da das Ventilglied 128 in
gleicher Weise wie zu Fig. 1 beschrieben wiederum die axiale
Sackbohrung 143 mit Radialbohrung 144 aufweist, sind die
beiden Raumabschnitte 17 a und 17 b des Entlastungsraums 17 in
gleicher Weise wie in Fig. 1 über querschnittsgroße kurze
Kanäle miteinander verbunden. Im übrigen stimmt das
beschriebene Sitzventil in Aufbau und Funktionsweise mit dem
Sitzventil nach Fig. 1 und 2 überein, so daß auf die dortige
Beschreibung verwiesen werden kann.
Um Fehlertoleranzen der einzelnen Bauteile in Achsrichtung
zu kompensieren und ein sicheres Schließen des Sitzventils
sicherzustellen, ist es von Vorteil, den Sitzträger 18 bzw.
118 nicht starr mit dem Ventilkörper 18 bzw. 118 zu
verbinden, sondern in Achsrichtung geringfügig nachgiebig
auszubilden. Beispielsweise könnte zwischen dem Sitzträger
18 bzw. 118 und dem Ventilkörper 11 bzw. 111 eine
Ausweichfeder angeordnet werden, deren Federkraft
geringfügig kleiner ist als die Schließkraft des
Elektromagneten 30.
Selbst bei dieser Ausbildung des Sitzventils mit federndem
Sitzträger muß für die Abstände zwischen den Ventilsitzen am
Sitzträger und/oder zwischen den Schließflächen am
Ventilglied mit einer Fertigungstoleranz von mindestens 1 µm
gerechnet werden, was dann einen Leckspalt von mindestens
2 µm zur Folge hat. Dadurch treten bei den hohen
Einspritzdrücken im Hochdruckraum von bis zu 700 bar
aufgrund der geringen Abdichtlängen im Ventilsitzbereich
stark unterschiedliche Leckmengen auf, die zu großen
Exemplarstreuungen bei der Einspritzung führen. Um dies zu
vermeiden, sind in einem in Fig. 5 dargestellten weiteren
Ausführungsbeispiel eines Sitzventils der erste Ventilsitz
221 am Sitzträger 218 einerseits und die zweite
Schließfläche 227 am Ventilglied 228 andererseits bezüglich
der ersten Schließfläche 226 am Ventilglied 228 bzw. dem
zweiten Ventilsitz 222 am Sitzträger 218 nachgiebig
ausgebildet. Am zweckmäßigsten wird dies durch elastisch
verformbare Ausbildung des ersten Ventilsitzes 221 und der
zweiten Schließfläche 227 erreicht. Selbstverständlich ist
auch die Umkehrung möglich, d. h. die elastische Ausbildung
von zweitem Ventilsitz 222 und erster Schließfläche 226.
Beim Schließen des Sitzventils werden die elastischen Teile
221, 227 dann so deformiert, daß beide Ventilöffnungen
223, 224 hermetisch abgedichtet sind. Der Deformationsgrad
hängt dabei von der geometrischen Gestaltung, der
Magnetkraft des Elektromagneten 230 und den
Werkstoffkonstanten ab. Bei entsprechender Dimensionierung
läßt sich ein Leckspalt von 2 µm kompensieren. Bei dem
erfindungsgemäßen Sitzventil ist es dabei vorteilhaft, daß
der im Hochdruckraum 215 sich aufbauende Einspritzdruck der
primären Deformation der elastischen Teile 221, 227
entgegenwirkt und damit die Verformung kompensiert. Dadurch
läßt sich eine günstigere Ausnützung der Werkstoffkonstanten
und bei richtiger Dimensionierung eine absolute Dichtheit
des Sitzventils erzielen.
Das in Fig. 5 abschnittweise dargestellte Sitzventil zeigt
eine günstige konstruktive Form von Sitzträger 218 und
Ventilglied 228 für die elastische Ausbildung jeweils eines
Ventilsitzes 221 am Sitzträger 218 und einer Schließfläche
227 am Ventilglied 228. Der erste Ventilsitz 221 ist dabei
auf einem etwa radial von dem Sitzträger 218 vorspringenden
Ringsteg 254 aus elastischem Material angeordnet, während
die zweite Schließfläche 227 an einem ebensolchen Ringsteg
255 am Ventilglied 228 angeordnet ist. Die jeweils damit
zusammenwirkende zweite Schließfläche 226 und der zweite
Ventilsitz 222 sind als steife Radialschultern am
Ventilglied 228 bzw. am Sitzträger 218 ausgebildet. Im
übrigen stimmt dieses Sitzventil in seinem Aufbau und seiner
Funktionsweise mit dem in Fig. 3 dargestellten und
vorstehend beschriebenen Sitzventil überein, so daß gleiche
Bauteile mit gleichen, auf 200 erhöhten Bezugszeichen
versehen sind.
Vorteilhaft bei dem in Fig. 5 dargestellten Sitzventil ist
- ebenso wie bei den Sitzventilen gemäß Fig. 2 und 3 - , daß
die beiden vom Hochdruckraum 215 abgetrennten beiden
Entlastungsraumabschnitte 217 a, 217 b auf in Verschieberichtung
des Ventilglieds 228 gegenüberliegenden Seiten des
Hochdruckraums 215 liegen. Dadurch und durch die im
Anfangsbereich, d. h. an den zugeordneten Ventilöffnungen
223, 224, ringkanalartige Ausbildung der
Entlastungsraumabschnitte 227 a, 227 b sind die Rücklaufströme
nach den Ventilsitzen 221, 222 einander entgegengerichtet.
Dadurch kompensieren sich die Strömungsimpulskräfte sowie
Kräfte aus Druckwellen auf das Ventilglied 228. Damit wird
die Schaltzeitstreuung in engen Grenzen gehalten.
Beim Ventilschließen und beim Ventilöffnen baut sich am
ersten Ventilsitz 221 infolge des Strömungsimpulses
grundsätzlich eine am Ventilglied 228 angreifende
Schließkraft auf. Um diese Schließkraft zu kompensieren ist
in einer in Fig. 6 dargestellten Ausführungsvariante des
Ventilgliedes 228′, die zweite Schließfläche 227 nahe dem
auf dem Ventilsitz 222 aufliegenden Flächenabschnitt konkav
ausgebildet. Dadurch wird eine gezielte Strömungsumlenkung
am zweiten Ventilsitz 222 erreicht, wodurch der
Strömungsimpuls am ersten Ventilsitz 221 kompensiert wird.
Dadurch werden außer den Druckkräften, was durch annähernd
gleiche Durchmesser der Ventilsitze 221, 222 erreicht wird,
auch die Strömungskräfte während des Bewegungsvorgangs des
Ventilglieds 228 ausgeglichen.
Claims (20)
1. Sitzventil, insbesondere in Verwendung als
Überströmventil zur Steuerung des Förderbeginns und
-endes von Kraftstoffeinspritzpumpen, mit einem in einem
Ventilgehäuse enthaltenen Ventilraum, mit einer
Ventilöffnung, die den Ventilraum in einen Hochdruckraum
und einen Entlastungsraum unterteilt, mit einem die
Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz, mit einem mit dem
Ventilsitz zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung
zusammenwirkenden Ventilglied, das im
Ventilschließzustand mit einer Schließfläche auf dem
Ventilsitz dicht aufliegt und dort vom Hochdruck in
Ventilöffnungsrichtung beaufschlagt wird und eine vom
Hochdruck in Ventilschließrichtung belastete
Steuerfläche trägt, und mit einem das Ventilglied
betätigenden elektrischen Stellglied, insbesondere
Elektromagneten, dadurch gekennzeichnet, daß im
Axialabstand von der ersten Ventilöffnung (23; 123; 223)
eine mit dieser koaxiale zweite Ventilöffnung
(24; 124; 224) mit umlaufendem zweiten Ventilsitz
(22; 122; 222) angeordnet ist, die vom Hochdruckraum
(15; 115; 215) einen weiteren Entlastungsraum
(17 b; 117 b; 217 b) abgrenzt, daß das Ventilglied
(28; 128; 228) eine dem weiteren Entlastungsraum
(17 b; 117 b; 217 b) zugekehrte zweite Schließfläche
(27; 127; 227) trägt, die im Ventilschließzustand auf dem
zweiten Ventilsitz (22; 122; 222) dicht aufliegt.
2. Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des zweiten Ventilsitzes (22; 122)
gleich oder wenig kleiner als der Durchmesser des ersten
Ventilsitzes (21; 121) gemacht ist.
3. Sitzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Entlastungsräume
(17 a, 17 b; 117 a, 117 b) über kurze Kanäle
(43, 44; 143, 144, 150) mit großem Querschnitt miteinander
und mit der Ventilumgebung in Verbindung stehen.
4. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß die in Verschieberichtung des
Ventilglieds (28; 128) hintereinander angeordneten
koaxialen Ventilsitze (21, 22; 121, 122) konisch
ausgebildet sind, daß die in Axialrichtung des
Ventilglieds (28; 128) an diesen hintereinander
angeordneten Schließflächen (26, 27; 126, 127), zumindest
im Auflagenbereich auf den Ventilsitzen (21, 22; 121, 122)
ebenfalls konisch verlaufen und voneinander einen
gleichen axialen Abstand wie die Ventilsitze
(21, 22; 121, 122) aufweisen und daß die vom Hochdruck
beaufschlagte Steuerfläche (45; 145) des Ventilglieds
(28; 128) als Kreisringfläche vom inneren Durchmesser der
ersten Schließfläche (26; 126) bis zum äußeren
Durchmesser der zweiten Schließfläche (27; 127) am
Ventilglied (28; 128) verläuft.
5. Sitzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ventilglied (28; 128) eine querschnittsgroße axiale
Sackbohrung (43, 143) trägt, die stirnseitig mit dem
weiteren Entlastungsraum (17 b; 117 b) in Verbindung steht
und über mindestens eine querschnittsgroße Radialbohrung
(44; 144, 150) mit dem an einem Entlastungsanschluß
(16; 116) liegenden ersten Entlastungsraum (17 a; 117 a)
verbunden ist.
6. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventilsitze
(21, 22; 121, 122; 221, 222) an einem Sitzträger (18; 118; 218)
angeordnet sind, der starr oder zum Toleranzausgleich in
Verschieberichtung des Ventilgliedes (28; 128; 228) unter
der Wirkung der Ventilschließkraft geringfügig federnd
mit dem Ventilgehäuse (10) oder einem damit verbundenen
Ventilkörper (11; 111; 211) verbunden ist.
7. Sitzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Ventilsitz (221) am Sitzträger (218) und jeweils die
nicht mit diesem korrespondierende Schließfläche (227)
am Ventilglied (228) zumindest in ihrem Auflagebereich
auf dem mit ihr korrespondierenden Ventilsitz (222, 226) in
Verschieberichtung des Ventilglieds (228) federnd
nachgiebig ausgebildet sind.
8. Sitzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die federnde Nachgiebigkeit durch federelastische
Verformbarkeit von Ventilsitz (221) und Schließfläche
(227) realisiert ist.
9. Sitzventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sitzträger (118) eine mit ihm
einstückige Führungshülse (146) aufweist, in welcher das
Ventilglied (128) über im Axialabstand voneinander
angeordnete Gleitflächen (147, 148) axial verschieblich
geführt ist.
10. Sitzventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventilglied (28) über im
Axialabstand voneinander angordnete Membranfedern
(34, 35) im Ventilgehäuse (10) axial verschieblich
aufgehängt ist und der Sitzträger (18) eine extrem
geringe axiale Ausdehnung aufweist.
11. Sitzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Membranfedern (34, 35) an ihrem inneren Membranrand
am Ventilglied (28) befestigt, z. B. punktverschweißt
oder verlötet, sind und am äußern Membranrand am
Ventilgehäuse (10) eingespannt sind und
querschnittsgroße Durchbrüche (37) aufweisen.
12. Sitzventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Membranfedern (34, 35) eine
leichte Vorspannkraft in Ventilöffnungsrichtung
aufweisen.
13. Sitzventil nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventilsitze (21; 22) am
Sitzträger (18) und die Schließflächen (26, 27) zumindest
in dem Auflagenbereich auf den Ventilsitzen (21, 22) als
konzentrische Kugelabschnitte mit gemeinsamem
Mittelpunkt ausgebildet sind.
14. Sitzventil nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sitzträger (18) eine Ausnehmung
(52) aufweist, daß von der Innenwand der Ausnehmung (52)
her eine Ringnut (51) in den Sitzträger (18) mit unter
einem Neigungswinkel zur Sitzträgerachse verlaufender
Nutachse eingebracht ist, daß am ausnehmungsseitigen
Ende einer jeden Nutflanke jeweils ein Ventilsitz
(21, 22) angeordnet ist und daß die Ringnut (51) über
mindestens eine im Sitzträger (18) axial verlaufende
Bohrung (25) mit dem Hochdruckanschluß (14) verbunden
ist.
15. Sitzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sitzflächen der Ventilsitze (21, 22) mit
Hartschichten beschichtet sind.
16. Sitzventil nach einem der Ansprüche 8-13, dadurch
gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare Ventilsitz
(221) an einem vom Sitzträger (218) radial
vorspringenden Ringsteg (254) aus elastischem Werkstoff
und die elastisch verformbare Schließfläche (227) an
einem vom Ventilglied (228) radial vorspringenden
Ringsteg (255) aus elastischem Werkstoff angeordnet ist
und daß die bzw. der mit diesen korrespondierenden
Schließfläche (226) und Ventilsitz (222) von steifen
Radialschultern am Ventilglied (228) und Sitzträger
(218) gebildet sind.
17. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch
gekennzeichnet, daß die vom Hochdruckraum (215)
abgetrennten beiden Entlastungsräume (217 a, 217 b) auf in
Verschieberichtung des Ventilglieds (228)
gegenüberliegenden Seiten des Hochdruckraums (215)
liegen und vorzugsweise zumindest in dem den
Ventilsitzen (221, 222) naheliegenden Bereich kanalartig
ausgebildet sind.
18. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (30; 130; 230) das
Ventilglied (28; 128; 228) in Ventilschließrichtung
beaufschlagt.
19. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventilglied (28; 128; 228) mit
einem Anker (29; 129; 229) des Elektromagneten
(30; 130; 230) starr verbunden ist, der unter Ausbildung
mindestens eines Luftspaltes im Magnetkreis des
Elektromagneten (30, 130; 230) angeordnet ist.
20. Sitzventil nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch
gekennzeichnet, daß ein den Öffnungshub des
Ventilgliedes (28; 128; 228) begrenzender Hubanschlag
(42; 142; 242) im Ventilgehäuse (10) vorgesehen ist.
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