EP1252426A2 - Ventil zum steuern von flüssigkeiten - Google Patents

Ventil zum steuern von flüssigkeiten

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EP1252426A2 EP01909461A EP01909461A EP1252426A2 EP 1252426 A2 EP1252426 A2 EP 1252426A2 EP 01909461 A EP01909461 A EP 01909461A EP 01909461 A EP01909461 A EP 01909461A EP 1252426 A2 EP1252426 A2 EP 1252426A2
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention relates to a valve for controlling liquids according to the preamble of claim 1.
  • EP 0 477 400 AI describes a valve which is customary today.
  • an actuating piston of the valve member is slidably arranged in a part of the stepped bore with a small diameter in a stepped bore of the valve housing.
  • a larger piston movable by a piezo actuator is arranged in part of the stepped bore with a larger diameter.
  • a hydraulic pressure chamber filled with a pressure medium is formed between the two pistons, so that a hydraulic translation of a movement of the piezo actuator takes place. This means that when the larger piston is moved by the piezo actuator by a certain distance, the actuating piston of the valve member increases the ratio of the piston diameters
  • a hydraulically operated fuel injector with an injector housing which has a hydraulic fluid inlet and a needle control chamber.
  • a hydraulic unit inside the injector supplies fuel to the injector housing under pressure.
  • the hydraulic unit includes an electromagnetically actuated control valve for the hydraulic fluid and can open and close the hydraulic fluid inlet.
  • a needle valve element includes a hydraulic closure surface exposed to the pressure of the needle control chamber.
  • a needle control valve that uses the electromagnet is provided, which is mounted in the injector housing and connects the needle control chamber to a high-pressure fluid source or can shut it off.
  • the slow response behavior of the hydraulic fluid control valve enables direct control of the fast-responding needle valve by the only fast-acting electromagnet used.
  • an injector is known from Bosch, which is equipped with a servo 3/2-seat slide valve.
  • valve according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that a 3/2-seat valve can be used instead of the known 3/2-seat slide valve, the seats and guides do not have to run to each other.
  • the provision of the second seat enables a hard seal against a slide with a small stroke.
  • the first valve body is designed with a socket in which the second valve body can engage. This ensures a tight interaction between the two valve bodies in a structurally simple form.
  • the second valve body is essentially designed as a ball, which can sealingly engage in the socket of the first valve body.
  • the ball is preferably formed with a cylindrical extension, which takes over the guidance of the second valve body.
  • the cylindrical extension is advantageously formed with a ring at its end region facing away from the ball.
  • a clamping element acts on the ring in such a way that the ball in the pan is pressed for a tight engagement.
  • the first and second valve bodies act as a unit and can be used in a one-piece housing.
  • the guide of the first valve body and the guide of the second valve body are separated from one another, and it is not necessary for the two guides to run relative to one another.
  • valve according to the invention is used in a fuel injection system in which the injection pump and the injection nozzle form a unit (so-called pump nozzle unit (PDE)).
  • PDE pump nozzle unit
  • the injection valve 1 consists of a decentralized pump unit, not shown, and a control unit, not shown.
  • the control unit comprises a piezo actuator, not shown, arranged in a housing, not shown, with a piston 2, which controls a control valve 4 by means of hydraulic transmission 3.
  • the control valve 4 consists of a first body 5, which has a so-called pan 6 at its lower end in the attached figure. This pan 6 is followed by the second valve body 7 in the attached figure.
  • the second valve body consists of a ball " 8, which engages tightly in the pan 6, and a cylindrical extension 9.
  • the cylindrical extension 9 is here guided separately from the first valve body 5 and has a ring 10 formed on the outer circumference of the cylindrical extension 9 at its lower end region in the attached figure.
  • a spring 11 engages the ring 10, which presses the ring 10 and thus the second valve body 7 with the ball 8 against the socket 6 of the first valve body 5.
  • control valve 4 is formed with a first seat 12 and a second seat 13, with which the first valve body 5 and the second valve body 7 come into contact.
  • valve 1 The operation of the valve 1 according to the invention is described below. If pressure is exerted on the piston 2 due to a piezo actuator (not shown) when the piezo actuator is energized, this pressure is transmitted to the first valve body 5 by means of the hydraulic translator 3 in accordance with a predetermined transmission ratio.
  • a piezo actuator not shown
  • this pressure is transmitted to the first valve body 5 by means of the hydraulic translator 3 in accordance with a predetermined transmission ratio.
  • the ball 8 of the second valve body 6 can run a maximum of one stroke H when the control valve 5 is activated or the control valve 5 is deactivated.
  • the stroke is dimensioned in the order of approximately 0.3 mm.
  • the interacting valve bodies 5, 7 each comprise a socket 6 or a ball 8 for an adequate interaction
  • other mutually coordinated geometric shapes than the socket 6 and the ball 8 are of course also conceivable.

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Abstract

Es wird ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten vorgeschlagen, welches ein über einen Übersetzer (3) betätigbares Ventilglied (4) aufweist, wobei der Übersetzer (3) durch den Hub eines Piezoaktors gesteuert wird. Das erfindungsgemässe Ventil (1) zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventilglied (4) ein Doppelsitzventil aufweist, in welchem zwei getrennte Ventilkörper (5, 7) geführt sind.

Description

Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß der Gattung des Patentanspruches 1.
In der EP 0 477 400 AI ist ein heute übliches Ventil beschrieben. Dort ist in einer Stufenbohrung des Ventilgehäuses ein Betätigungskolben des Ventilgliedes in einem Teil der Stufenbohrung mit kleinem Durchmesser verschiebbar angeordnet. Ein durch einen Piezoaktor bewegbarer größerer Kolben ist in einem Teil der Stufenbohrung mit größerem Durchmesser angeordnet. Zwischen den beiden Kolben ist ein mit einem Druckmedium gefüllter hydraulischer Druckraum ausgebildet, so daß eine hydraulische Übersetzung einer Bewegung des Piezoaktors erfolgt. Das heißt, wenn der größere Kolben durch den Piezoaktor um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird, macht der Betätigungskolben des Ventilgliedes einen um das Übersetzungverhältnis der Kolbendurchmesser vergrößerten
Hub, da der Kolben des Piezoaktors eine größere Fläche als der Betätigungskolben des Ventilgliedes auf eist. Dabei liegen das Ventilglied, der Betätigungskolben des Ventilgliedes, der durch den Piezoaktor bewegte Kolben und der Piezoaktor auf einer gemeinsamen Achse hintereinander. Ferner ist aus der Druckschrift US 5,738,071 ein hydraulisch betätigter Kraftstoffinjektor mit einem Injektorgehäuse bekannt, welcher einen Hydraulikfluideinlaß sowie eine Nadel-Steuerkammer aufweist. Eine hydraulische Einheit innerhalb des Injektors führt Kraftstoff dem Injektorgehäuse unter Druck zu. Die Hydraulikeinheit umfaßt ein elektromagnetisch betätigtes Steuerventil für das Hydraulikfluid und kann den Hydraulikfluideinlaß öffnen und schließen. Ein Nadelventilelement umfaßt eine dem Druck der Nadel-Steuerkammer ausgesetzte hydraulische Schließfläche. Zusätzlich ist ein den Elektromagneten einsetzendes Nadelsteuerventil vorgesehen, welches im Injektorgehäuse montiert ist und die Nadel-Steuerkammer mit einer Hochdruckfluidquelle verbindet bzw. davon absperren kann. Hierbei ermöglicht das langsame Ansprechverhalten des Hydraulikfluid-Steuerventils eine direkte Steuerung des schnell ansprechenden Nadelventils durch den einzig eingesetzten schnellwirkenden Elektromagneten.
Schließlich ist aus dem Hause Bosch ein Injektor bekannt, der mit einem Servo-3/2-Sitz-Schieber-Ventil ausgerüstet ist .
Bei diesen bekannten Systemen hat es sich als nachteilig herausgestellt, daß die Schieber eine sehr kurze Überdeckung aufweisen, so daß sie für PK -Anwendungen mit Ventilhüben um ca. 0,3mm ungeeignet sind. Anstelle der bei diesen Systemen verwendeten Sitz-Schieber-Ventilen könnten zwar bekannte Doppelsitzventile die Problematik der kurzen Überdeckung in Verbindung mit Ventilhüben um ca. 0,3mm überwinden, jedoch sind die bekannten Doppelsitzventile nicht in der Praxis einsetzbar, da durch den nötigen Kraftausgleich zwei Sitze zu zwei Führungen in zumindest einem zweigeteilten Gehäuse führen würden. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß anstelle der bekannten 3/2-Sitz-Schieber- Ventile ein 3/2-Doppelsitz-Ventil einsetzbar ist, wobei die Sitze und Führungen nicht zueinander laufen müssen. Zusätzlich ist durch das Vorsehen des zweiten Sitzes eine harte Abdichtung gegenüber einem Schieber bei kleinem Hub möglich.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der erste Ventilkörper mit einer Pfanne ausgebildet, in die der zweite Ventilkörper eingreifen kann. Hierdurch wird in konstruktiv einfacher Form ein dichtes Zusammenwirken zwischen den beiden Ventilkörpern gewährleistet.
Vorteilhafterweise ist der zweite Ventilkörper im wesentlichen als Kugel ausgebildet, welche in die Pfanne des ersten Ventilkörpers dichtend eingreifen kann.
Hierbei ist bevorzugt die Kugel mit einem zylindrischen Fortsatz ausgebildet, welcher die Führung des zweiten Ventilkörpers übernimmt. Führungen von zylindrischen
Elementen sind sowohl bei niedrigen als auch hohen Drücken einfach erzielbar, und es kann auf bekannte, im Handel gängige Konstruktionen zurückgegriffen werden.
Vorteilhaft ist der zylindrische Fortsatz an seinem der Kugel abgewandten Endbereich mit einem Ring ausgebildet.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten greift ein Spannelement derart am Ring an, daß die Kugel in die Pfanne für einen dichten Eingriff gepreßt wird. Hierdurch wirken der erste und zweite Ventilkörper als eine Einheit und können in einem einstückigen Gehäuse eingesetzt werden. Zudem sind die Führung des ersten Ventilkörpers und die Führung des zweiten Ventilkörpers voneinander getrennt, und es ist nicht erforderlich, daß die beiden Führungen zueinander verlaufen.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das Ausführungsbeispiel wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die beigefügte Figur zeigt schematisch eine Ansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel findet das erfindungsgemäße Ventil Anwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem die Einspritzpumpe und die Einspritzdüse eine Einheit bilden (sogenannte Pumpe- Düse-Einheit (PDE) ) . In Figur 1 wurden jedoch die bekannten Bauteile des Kraftstoffeinspritzsystems weggelassen.
Insofern ist Figur 1 lediglich auf die erfindungsgemäße Neuerung fokusiert .
Das Einspritzventil 1 besteht aus einer nicht dargestellten dezentralen Pumpeneinheit und einer nicht dargestellten Steuereinheit. Hierbei umfaßt die Steuereinheit einen in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordneten nicht dargestellten Piezoaktor mit einem Kolben 2, der mittels hydraulischer Übersetzung 3 ein Steuerventil 4 ansteuert. Das Steuerventil 4 besteht aus einem ersten Körper 5, welcher an seinem in der beigefügten Figur unteren Ende eine sogenannte Pfanne 6 aufweist. An diese Pfanne 6 schließt sich in der beigefügten Figur der zweite Ventilkörper 7 an. Der zweite Ventilkörper besteht aus einer Kugel" 8, die in die Pfanne 6 dicht eingreift, sowie einem zylindrischen Fortsatz 9.
Der zylindrische Fortsatz 9 ist hierbei separat vom ersten Ventilkörper 5 geführt und weist an seinem in der beigefügten Figur unteren Endbereich einen am äußeren Umfang des zylindrischen Fortsatzes 9 ausgebildeten Ring 10 auf. An dem Ring 10 greift eine Feder 11 an, welche den Ring 10 und damit den zweiten Ventilkörper 7 mit der Kugel 8 gegen die Pfanne 6 des ersten Ventilkörpers 5 preßt.
Schließlich ist das Steuerventil 4 mit einem ersten Sitz 12 und einem zweiten Sitz 13 ausgebildet, mit welchen jeweils der erste Ventilkörper 5 bzw. der zweite Ventilkörper 7 in Anlage gelangen.
Wirkungsweise
Im folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ventils 1 beschrieben. Wird aufgrund eines nicht dargestellten Piezoaktors bei Bestromung des Piezoaktors Druck auf den Kolben 2 ausgeübt, wird dieser Druck mittels des hydraulischen Übersetzers 3 entsprechend einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis auf den ersten Ventilkörper 5 übertragen. Hierbei ist der erste
Ventilkörper aufgrund der Kombination aus Feder 11 und zweitem Ventilkörper 7 im Ruhezustand bzw. unbestromten Zustand des Ventils 1 in den ersten Sitz 12 des Steuerventils 4 vorgespannt. Daher wird, wenn der vom hydraulischen Übersetzer 3 weitergegebene Druck die Druckkraft der Feder 11 übersteigt, der erste und zweite Ventilkörper 5, 7 in der Darstellung der beigefügten Figur nach unten bewegt bis die Kugel 8 des zweiten Ventilkörpers 7 in Anlage mit dem zweiten Ventil 13 gelangt. Gleichzeitig kann Kraftstoff vom Zulauf Z durch das Steuerventil 4 zur nicht dargestellten Düse mittels des Ablaufes A strömen.
Wird nunmehr die Bestromung des nicht dargestellten Piezoaktors unterbrochen, werden sowohl der zweite als auch erste Ventilkörper 5, 7 durch die Feder 11 in der
Darstellung gemäß der beigefügten Figur nach oben gedrückt, bis der erste Ventilkörper 5 mit dem ersten Ventilsitz 12 in Eingriff gelangt. Hierdurch wird der Kraftstoffzulauf Z zum Ablauf A unterbrochen und andererseits der Lecköl-Ablauf LA geöffnet, so daß sich der im Steuerventil 4 befindliche Druck durch den Lecköl-Ablauf LA entspannen kann.
Es ist anzumerken, daß die Kugel 8 des zweiten Ventilkörpers 6 maximal einen Hub H bei Ansteuerung des Steuerventils 5 bzw. Deaktivierung des Steuerventils 5 durchlaufen kann. Hierbei ist der Hub in einer Größenordnung von ca. 0,3mm dimensioniert .
Obgleich bei obiger Beschreibung eines Ausführungsbeispieles die zusammenwirkenden Ventilkörper 5, 7 jeweils eine Pfanne 6 bzw. eine Kugel 8 für ein adäquates Zusammenwirken umfassen, sind natürlich auch andere aufeinander abgestimmte geometrische Formen als die Pfanne 6 und die Kugel 8 denkbar .
Die vorliegenden Erfindung kann selbstverständlich auch bei anders ausgestalteten Ventilen mit hydraulischen aber auch mechanischen Übersetzern verwendet werden. Die vorhergehende Beschreibung des Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zur Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, um den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem über einen Übersetzer (3) betätigbaren Ventilglied (4), wobei der Übersetzer (3) durch den Hub eines Piezoaktors gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (4) ein Doppelsitzventil aufweist, in welchem zwei getrennte Ventilkörper (5, 7) geführt sind.
2. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilkörper (5) mit einer Pfanne (6) ausgebildet ist, in die der zweite Ventilkörper (7) eingreifen kann.
3. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilkörper (7) im wesentlichen als Kugel (8) ausgebildet ist.
4. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (8) mit einem zylindrischen Fortsatz (9) ausgebildet ist.
5. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Fortsatz (9) an seinem der Kugel abgewandten Endbereich mit einem Ring (10) ausgebildet ist.
6. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannelement (11) derart am Ring (10) angreift, daß die Kugel (8) in die Pfanne (6) für einen dichten Eingriff vorgespannt ist.
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