DE3741526C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Doppelsitzventil, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Solche elektrisch gesteuerten Ventile werden als Überströmventile 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 Ventil bestimmt durch seine Einschaltdauer die beim Förderhub des Pumpenkolbens aus dem Pumpenarbeitsraum zur Einspritzdüse verdrängte Kraftstoffmenge. Das Ventil 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, ist das Ventil 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 Ventil 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 Ventil 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.

Es besteht jedoch der Wunsch, einen vergrößerten Öffnungsquerschnitt bei unverändertem Hub und Durchmesser zu erhalten. Dazu kann, wie die Druckschriften DE-OS 29 34 181 und DE-OS 35 00 802 zeigen, ein zweiter Ventilsitz in axialem Abstand angeordnet werden. Bei diesen Ventilen kann das Ventilglied nicht einstückig ausgeführt werden, weil es sonst nicht durch die beiden Ventilsitze hindurchgesteckt werden kann. Dazu müßte ein Ventilteiler wesentlich kleiner als die Ventilöffnung des anderen Ventiltellers ausgeführt werden, wie es die Druckschriften DE-PS 6 78 978 und Ch 54 369 zeigen.

Solche Ventile gemäß dem Stand der Technik weisen eine vergleichsweise hohe Masse auf, die mit entsprechend höherer Leistung bei schnellen Schaltvorgängen bewegt werden muß. Dies ist besonders nachteilig, wenn der Elektromagnet des Stellglieds vom Bordnetz eines Kraftfahrzeugs versorgt werden muß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für Brennkraftmaschinen mit sehr kurzen Schaltzeiten und großem Entlastungsquerschnitt zu schaffen.

Das erfindungsgemäße Doppelsitzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch den großen Schaltquerschnitt und die geringe bewegte Masse ein extremer Druckabfall beim Ventilöffnen und damit ein schlagartiges Einsetzen des Förderendes der Kraftstoffeinspritzung möglich ist. Herkömmliche, konventionelle Ventile mit gleich großem Schaltquerschnitt weisen im Vergleich höhere Schaltzeiten, Kosten und größeren Verschleiß, sowie erheblich größeres Schaltgeräusch auf. Die beiden Schließflächen und Ventilsitze können sehr 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 Ventil 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 Ventil 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 Ventils möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform des im folgenden als Sitzventil bezeichneten Doppelventils 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. 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 kann das Sitzventil auch bei schiefer Achslage des Ventilglieds absolut dicht sein.

Die vorgenannte Ausführungsform des Ventils 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 nach 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 nach 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 und in Fig. 2 im Ausschnitt dargestellte elektrisch gesteuerte Überströmventil für eine Pumpedüse eines Kraftstoffeinspritzsystems 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 in Fig. 2 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 Durchströmung 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, als Sackbohrung ausgeführte Innenbohrung 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 (16)

1. Elektromagnetisch betätigtes Doppelsitzventil zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für Brennkraftmaschinen mit einem im Ventilgehäuse angeordneten Hochdruckraum, der über zwei koaxial zueinander, hintereinanderliegende von je einem Ventilsitz begrenzte Ventilöffnung mit je einem Entlastungsraum verbindbar ist, der radial die jeweilige Ventilöffnung umgibt, wobei die Entlastungsräume über große, nicht drosselnde Verbindungsquerschnitte miteinander verbunden sind und das Ventil ein von einem elektromagnetischen Stellglied betätigbares Ventilglied hat, das koaxial hintereinander in Stellrichtung des Ventilglieds angeordnete, zu je einem Ventilsitz parallel verlaufende, ringförmige Schließflächen aufweist und durch den auf eine an die eine der Schließflächen zum Hochdruckraum hin angrenzende Fläche in Öffnungsrichtung und auf eine an die andere der Schließflächen zum Hochdruckraum hin angrenzende Fläche in Schließrichtung wirkenden Fluiddruck belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (28, 128) aus einem rohrförmigen Körper mit einer Innenbohrung (43, 143) besteht, der an seinem einen Ende mit dem Stellglied (29) verbunden ist und an dem anderen Ende an seinem Außenumfang die Schließflächen (26, 27; 126, 127) aufweist, wobei die Schließflächen und die Ventilsitze (21, 22; 121, 122) sich zum anderen Ende hin verjüngend ausgebildet sind und die vom Stellglied abgewandte Schließfläche (27, 127) einen äußeren Durchmesser aufweist, der gleich oder wenig kleiner ist als der innere Durchmesser des der anderen Schließfläche (26, 126) zugeordneten Ventilsitzes (21, 121) und zwischen den Ventilsitzen als Hochdruckraum eine mit einem Druckanschluß des Sitzventils verbundene Ringnut (51) vorgesehen ist und der eine der Entlastungsräume (17 b, 117 b, 217 b) sich stirnseitig an das andere Ende des Ventilgliedes (28, 128, 228) anschließt, über dessen Innenbohrung (43, 143, 243) und eine Verbindungsöffnung (44, 144, 244) der eine mit dem anderen der Entlastungsräume ständig verbunden ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze (21, 22; 121, 122; 221, 222) starr oder zum Toleranzausgleich in Verschieberichtung des Ventilgliedes (28; 128; 228) unter der Wirkung der Ventilschließkraft geringfügig federnd an einem Sitzträger (18; 118; 218) angeordnet sind, der mit dem Ventilgehäuse (10) oder einem damit verbundenen Ventilkörper (11; 111; 211) verbunden ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Ventilsitz (221) am Sitzträger (218) und die nicht mit diesem korrespondierende Schließfläche (227) am Ventilglied (228) zumindest in ihrem Auflagebereich auf der mit ihm korrespondierenden Schließfläche (226), beziehungsweise auf dem mit ihr korrespondierenden Ventilsitz (222) in Verschieberichtung des Ventilglieds (228) federnd nachgiebig ausgebildet sind.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Nachgiebigkeit durch federelastische Verformbarkeit von Ventilsitz (221) und Schließfläche (227) realisiert ist.

5. Ventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzträger (118, 218) eine mit ihm einstückige Führungshülse (146, 246) aufweist, in welcher das Ventilglied (128, 228) über im Axialabstand voneinander angeordnete Gleitflächen (147, 148, 247, 248) axial verschieblich geführt ist.

6. Ventil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (28) über im Axialabstand voneinander angeordnete Membranfedern (34, 35) im Ventilgehäuse (10) axial verschieblich aufgehängt ist und der Sitzträger (18) eine extrem geringe axiale Ausdehnung aufweist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfedern (34, 35) an ihrem inneren Membranrand am Ventilglied (28) befestigt, z. B. punktverschweißt oder verlötet, sind und am äußeren Membranrand am Ventilgehäuse (10) eingespannt sind und querschnittsgroße Durchbrüche (37) aufweisen.

8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfedern (34, 35) eine leichte Vorspannkraft in Ventilöffnungsrichtung aufweisen.

9. Ventil nach einem der Ansprüche 6-8, 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.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitzträger (18) eine Ausnehmung (52) aufweist, daß von der Innenwand der Ausnehmung (52) her eine kegelmantelförmige Ringnut (51) in den Sitzträger (18) 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.

11. Sitzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzflächen der Ventilsitze (21, 22) mit Hartschichten beschichtet sind.

12. Sitzventil nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare Ventilsitz (221) an einem vom Sitzträger (218) radial nach innen vorspringenden Ringsteg (254) aus elastischem Werkstoff und die elastisch verformbare Schließfläche (227) an einem vom Ventilglied (228) radial nach außen 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.

13. Ventil nach einem der Ansprüche 1-12, 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 zylindrisch ausgebildet sind.

14. Ventil nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (30; 130; 230) das Ventilglied (28; 128; 228) in Ventilschließrichtung beaufschlagt.

15. Ventil nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (28; 128; 228) mit einer Ankerplatte (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.

16. Ventil nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Öffnungshub des Ventilgliedes (28; 128; 228) begrenzender Hubanschlag (42; 142; 242) im Ventilgehäuse (10) vorgesehen ist.