EP1319127B1 - Ventilausbildung für steuerventile - Google Patents

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EP1319127B1
EP1319127B1 EP01978375A EP01978375A EP1319127B1 EP 1319127 B1 EP1319127 B1 EP 1319127B1 EP 01978375 A EP01978375 A EP 01978375A EP 01978375 A EP01978375 A EP 01978375A EP 1319127 B1 EP1319127 B1 EP 1319127B1
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EP
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valve
valve configuration
bore
seat
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Wolfgang Scheibe
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LOrange GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a valve design for control valves according to the preamble of claim 1 (JP-A-1 269 780).
  • Ventilausbüdungen of the aforementioned type are known in practice. According to the very high pressures to be controlled in injection systems for internal combustion engines, in particular accumulator pressure injection systems up to the order of 2000 bar also arise for the control valves growing problems, as lying between high and low pressure side valves with their flowing from the high pressure side locking members very high stresses are exposed. In particular, the pressure gradient between the high and low pressure side in the throttle point leads to high flow velocities with the tendency of the cavitation of the flow with increasing pressure drop in the exit region on the locking member, which results in a pressure increase again when hitting the locking member because of the associated deflections and flow delays.
  • the invention has for its object to improve a valve training of the type mentioned in terms of the problems addressed and in particular to reduce the risk of cavitation erosion in such valve training.
  • the locking member may be an independent component within the scope of the invention, or be associated with the associated Stellbäwegungsübertrager, which can serve as Stelliolosübertrager pressure stamp with respect to their length relatively small diameter, so that the mutual alignment does not affect the seat over the plunger becomes.
  • locking members can be used in the context of the invention solid balls, spherical segments or in the direction of the seat tapered valve body, in particular for spherical, and especially for vollkugelige locking members a guide is appropriate.
  • throttled connections of the respective locking member at least partially bounding receiving space to the low pressure side valve seats in spherical or dome-shaped training or in conical training, especially in flachkegeliger training prove to be appropriate, so that different throttle paths, possibly also combined, let realize, and this regardless of the particular type of training of the leadership forming part, which may optionally be designed as a panel.
  • the seating surface and the guide part following the seat part can be assigned to separate components, for example to associate the guide part with a cover plate in the sense of the abovementioned panel or in the sense of a cylindrical guide, which adjoins a valve plate containing the valve seat. wherein between the cover plate and valve plate optionally serving as throttling channel connections can be arranged.
  • the invention also makes it possible with simple means to make the throttle area of the delimited by the leadership space from the stroke of the locking member, ie to create a hub dependent variable in cross-section throttle connection, the corresponding cross-sectional changes by appropriate shaping for the positioning transformer in the form of an actuating plunger or plunger and / or the locking member can be realized.
  • FIG. 1 illustrates the control valve 1 of an injection injector, not shown, via which the injection injector associated injection valve is controlled.
  • the high-pressure side inlet connection to the control valve 1 is illustrated by the arrow 2.
  • the inlet takes place via a bore 4 provided in a valve plate 3, which opens out via a throttle point 5 onto a valve seat 6.
  • the valve seat 6 tapers in the direction of the bore 4, ie counter to the direction of flow according to arrow 2 and the valve seat 6 is associated with a locking member 7, the hubbeweglich (arrow 8) is supported.
  • the support of the locking member 7 takes place in the embodiment ( Figure 1) via a Stellambasübertrager 9, which is designed as a diameter rod-shaped, thin actuating plunger and applied relative to the control valve 1 to the direction of flow arrow 2 opposite across a not shown here magnetic actuator of the injection injector and is adjustable.
  • FIG. 1 seen, continues in transverse channels 12, which lie between the valve plate 3 and the housing 13 of the control valve 1, wherein in the embodiment, the valve plate 3 is centered and fixed against the housing 13 via a clamping ring 14.
  • FIG. 3 illustrates that in the embodiments formed as a ball segment locking member 7 has a diameter matched to the bore 11, such that in the plane parallel to the seat contact zone 10 center plane 15 of the locking member 7 results in a radial guide through the bore 11, although the Hubbewegige - according to the arrow 8 - the locking member 7 in terms of a low-friction sliding permits, due to serving as a gap seal but downstream of the seat 10 delimits a space 16 from which the connection to the low pressure side throttled follows.
  • This throttled connection is illustrated in FIG. 3 by bores 17, which open onto the space 14 adjacent to the valve seat 6 and extend radially relative to the lifting axis 18 of the positioning motion transformer 9.
  • the centering guide function for the locking member 7 proves to be useful when the locking member 7 is fixedly connected to the actuating movement transformer 9, or, without centering connection to this, is acted upon by this only. Furthermore, the guide function proves to be expedient in connection with vollkugeligen locking members, or designed as a ball segment locking members, wherein in the embodiment, a ball segment is provided as a locking member 7. Instead of spherical locking members 7 may also be provided in the direction of the valve seat tapered, in particular conical or tapered locking members 7.
  • FIGS 5 and 6 illustrate solutions that functionally correspondingly, which has been explained with reference to Figures 3 and 4. In the structural design, they differ from the solution according to Figures 3 and 4 by the way the realization of the connection of the throttle chamber 16 to low pressure side via corresponding throttle holes or throttle channels, wherein in the embodiment of Figure 5 throttle channels 20 are provided, starting from the throttle chamber 16 5, the throttle channels are formed by the fact that a valve plate 21 is provided, which is associated with a cover plate 22, valve plate 21 and cover plate 22 between their facing surfaces channels 20 which form in the Cover plate 22, are incorporated in the valve plate 21 or in both plates and extending in the division plane 23 of the two plates.
  • the division plane 23 corresponds to the sectional plane between the bore 11 and the conical valve seat 6, so that the bore 11 extends in the cover plate 22 and the valve seat 6 is incorporated in the valve plate 21. Overall, this leads to a simplified structure.
  • FIG. 6 again assumes a division into valve plate 24 and cover plate 25, as has been explained with reference to FIG.
  • the valve seat 26 is also incorporated here in the valve plate 24, the bore 11 is assigned to the cover plate 25 and passes through this, opening out within the diameter of the valve seat 26 on this.
  • the valve seat 26 widening in the direction of flow according to arrow 2 has a radial overlap area to the cover plate 25, wherein the part plane between valve plate 24 and cover plate 25 is designated 27 and offset against the direction of flow 2 to the median plane 15 of the locking member 7, which is axially in the area the bore 11 is located, so that even in this solution, the guide for the locking member 7 in the region of the bore 11, in Figure 5 in the region of the cover plate 22, in Figure 6 in the cover plate 25 is located.
  • the throttle chamber 28 is partially covered by the valve plate 24 facing side of the cover plate 25, so that the throttle plate 28, the cover plate 25th axially permitting throttle bores 30 can open.
  • the invention thus shows a variety of connection options of the respective throttle chamber 16 and 28 to the low pressure side, so that corresponding design requirements in the context of the invention can be taken into account.
  • FIGS. 7 and 8 A further possibility of the throttling connection to the low-pressure side is shown in FIGS. 7 and 8, whereby here too an initial situation is given, as corresponds in principle to that of FIGS. 3 to 6.
  • the valve plate 31 has as a high-pressure side inlet according to arrow 2 in turn a bore 4, which opens via a throttle point 5 centric on the valve seat 6, which is covered in the closed position of the locking member 32 via this.
  • the median plane 15 is parallel to the seat contact surface 10 and axially displaceably guided in the region of the median plane 15 and sealingly abuts the wall of the bore 33, which serves as a guide bore for the locking member 32 to the seat 6 adjoins and the seat surface 6 together with the locking member 32 delimits the throttle chamber 34.
  • Supported is the locking member 32 in this case via a positioning transformer 9, which is liftable according to the arrow 8. As FIG.
  • the connection of the throttle space 34 to the low-pressure side takes place over the circumference of the bore 33 provided, axially extending recesses, which are designated 35 and which extend in Hubziscardi (arrow 8) on either side of the median plane 15, such that, analogous to the throttle bores 17 and the throttle channels 20 or the throttle bores 28, regardless of the respective stroke position the blocking member 32 is a throttling connection of the space 34 to the low pressure side.
  • the actuating movement carrier 9 designed as a punch or as an actuating rod to be smaller in diameter than the blocking member 32, so that the incorporation of further channels or bores is unnecessary.
  • FIGS. 9 and 10 show an embodiment in which a locking member 36 is used, which in the region of its center plane parallel to the seat contact zone 10 adjoins the wall of the bore 38 Guide for the locking member 36 is used and compared to the and the subsequent valve seat 6, the locking member 36 delimits the throttle chamber 37. These are assigned in the direction of the low pressure side opening outflow cross sections, which are dependent as throttle cross-sections in the size of their cross-sectional area of the stroke position of the locking member 36. These variable-displacement throttle cross-sections are formed by recesses 40 in the periphery of the throttle bore 39, which can be designed according to the desired throttle behavior. Thus, an embodiment is illustrated in Figures 9 and 10 as an example in which in the closed position of the locking member 36, the recesses 40 are at least largely removed via the locking member 36 and released only with increasing opening stroke.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventilausbildung für Steuerventile gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 (JP-A-1 269 780).
  • Ventilausbüdungen der vorgenannten Art sind aus der Praxis bekannt. Entsprechend den bei Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, insbesondere Speicherdruck-Einspritzsystemen zu beherrschenden, sehr hohen Drücken bis in die Größenordnung von 2000 bar ergeben sich auch für die Steuerventile wachsende Probleme, da die zwischen Hoch- und Niederdruckseite liegenden Ventile mit ihren von der Hochdruckseite angeströmten Sperrgliedern sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Insbesondere führt das Druckgefälle zwischen Hoch- und Niederdruckseite in der Drosselstelle zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten mit der Tendenz der Kavitation der Strömung mit zunehmendem Druckabfall im Austrittsbereich auf das Sperrglied, wobei sich beim Auftreffen auf das Sperrglied wegen der damit verbundenen Umlenkungen und Strömungsverzögerungen wieder ein Druckanstieg ergibt. Dieser begünstigt ein Implodieren der Kavitationsblasen im Sitzkontaktbereich des Sperrgliedes und der Sitzfläche des Ventilsitzes und verursacht entsprechende Kavitationserosion. Betroffen sind hiervon mit dem Sperrglied und dem Ventilsitz jene Bereiche, die funktionsbedingt auch höchsten mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, so beispielsweise durch schlagartige Beaufschlagung beim Auftreffen des Sperrgliedes auf den Ventilsitz und durch die Ausrichtung des Sperrgliedes gegenüber der Sitzfläche bei der mit dem Schließvorgang verbundenen Zentrierung des Sperrgliedes gegenüber der Sitzfläche.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilausbildung der eingangs genannten Art hinsichtlich der angesprochenen Probleme zu verbessern und insbesondere die Gefahr der Kavitationserosion bei derartigen Ventilausbildungen zu reduzieren.
  • Gemäß der Erfindung wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht, wobei von dem Gedanken Gebrauch gemacht wird, durch gestuften Druckabbau die Voraussetzungen für die Kavitation weitgehend zu beseitigen. Hierzu ist vorgesehen, dass, bezogen auf die Schließlage des Sperrgliedes, dem Sperrglied angrenzend an die Sitzkontaktzone ein gegen die Niederdruckseite abgegrenzter und zur Niederdruckseite in gedrosselter Verbindung stehender Aufnahmeraum zugeordnet wird. Die Begrenzung dieses Raumes gegenüberliegend zur Sitzkontaktzone ist gleichzeitig eine Führung für das Sperrglied und kann als Drosselstelle dienen, so dass sich die angestrebte gestufte Drosselung auch baulich mit einfachen Mitteln und mit geringem Aufwand realisieren lässt.
  • Das Sperrglied kann im Rahmen der Erfindung ein unabhängiges Bauteil sein, oder auch mit dem ihm zugeordneten Stellbäwegungsübertrager verbunden sein, wobei als Stellbewegungsübertrager Druckstempel mit bezogen auf ihre Länge verhältnismäßig geringem Durchmesser dienen können, so dass die wechselseitige Ausrichtung auf die Sitzfläche über den Druckstempel nicht beeinträchtigt wird.
  • Dient die der Sitzfläche gegenüberliegende Raumabgrenzung des zweiten, ablaufseitigen Drosselbereiches gleichzeitig als Führung für das Sperrglied, so kann damit auch eine Stabilisierung der Strömungsverhältnisse im Übergang von der ersten Drosselstrecke auf das Sperrglied erreicht werden, die sich ebenfalls auf die Verminderung oder Vermeidung der Kavitation der Strömung bzw. der Kavitationserosion als zweckmäßig erweist.
  • Als Sperrglieder können im Rahmen der Erfindung Vollkugeln, Kugelsegmente oder auch sich in Richtung auf die Sitzfläche verjüngende Ventilkörper Verwendung finden, wobei insbesondere für kugelige, und vor allem für vollkugelige Sperrglieder eine Führung zweckmäßig ist.
  • Im Hinblick auf die Realisierung unterschiedlicher, gedrosselter Verbindungen des das jeweilige Sperrglied zumindest teilweise umgrenzenden Aufnahmeraumes zur Niederdruckseite können sich Ventilsitze in sphärischer bzw. kalottenförmiger Ausbildung oder auch in kegeliger Ausbildung, insbesondere in flachkegeliger Ausbildung als zweckmäßig erweisen, so dass sich verschiedene Drosselwege, gegebenenfalls auch kombiniert, realisieren lassen, und dies unabhängig von der jeweiligen Art der Ausbildung des die Führung bildenden Teiles, wobei dies gegebenenfalls auch als Blende gestaltet sein kann.
  • Konstruktiv kann es hierfür zweckmäßig sein, Sitzfläche und auf die Sitzfläche folgenden Führungsteil getrennten Bauelementen zuzuordnen, so beispielsweise den Führungsteil, im Sinne der vorstehend angesprochenen Blende oder auch im Sinne einer zylindrischen Führung, einer Deckplatte zuzuordnen, die an eine den Ventilsitz enthaltende Ventilplatte anschließt, wobei zwischen Deckplatte und Ventilplatte gegebenenfalls als Drosselstellen dienende Kanalverbindungen angeordnet werden können.
  • Die Erfindung ermöglicht es mit einfachen Mitteln auch, den Drosselquerschnitt des durch die Führung abgegrenzten Raumes vom Hub des Sperrgliedes abhängig zu machen, also eine hubabhängig im Querschnitt veränderliche Drosselverbindung zu schaffen, wobei die entsprechenden Querschnittsveränderungen auch durch entsprechende Formgebung für den Stellbewegungsübertrager in Form eines Betätigungsstößels oder Druckstempels und/oder das Sperrglied realisiert werden können.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    in schematisierter Schnittdarstellung das Steuerventil eines Einspritzinjektors, zwischen dessen Düsenteil und einem gegenüberliegend zu diesem angeordneten Magnetsteller das Steuerventil liegt, wobei der Magnetsteller am Steuerventil einen hubbeweglichen Stellbewegungsübertrager für das Sperrglied beaufschlagt, das einen gedrosselten Zulauf von einem Druckraum steuert, mit dem die hochdruckseitig über das Einspritzmedium in Öffnungsrichtung beaufschlagte Düsennadel der Einspritzdüse mit einer Beaufschlagungsfläche in Verbindung steht, über die bei im Druckraum anstehenden Druck die Düsennadel ergänzend zur Schließfeder in Schließrichtung belastet ist,
    Figur 2
    eine Ausschnittsvergrößerung A eines Bereiches der Figur 1, die den das Sperrglied beaufschlagenden Stellbewegungsübertrager und den zugehörigen Bereich des Ventilsitzes zeigt,
    Figur 3
    eine der Figur 2 entsprechende, erfindungsgemäße Ausgestaltung von Sperrglied und zugeordnetem Ventilsitzbereich,
    Figur 4
    einen Schnitt gemäß IV-IV in Figur 3 in schematisierter Darstellung,
    Fig. 5 und 6
    weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen in einer der Figur 4 entsprechenden Darstellung, wobei analog zu Figur 4 das Sperrglied zwischen zugehöriger Sitzfläche und axial beabstandeter Führung einen Drosselraum mit vom Sitzflächenbereich des Stellgliedes abzweigenden Drosselbohrungen oder Drosselkanälen aufweist,
    Figur 7
    eine weitere Ausgestaltung gemäß der Erfindung, bei der die Drosselquerschnitte in den radialen Führungsbereich des axial beweglichen Sperrgliedes gelegt sind,
    Figur 8
    eine Schnittdarstellung gemäß Linie VII-VII,
    Figur 9
    eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung, bei der die Drosselquerschnitte in Abhängigkeit vom Hub des Sperrgliedes veränderlich sind, und
    Figur 10
    eine schematisierte Schnittdarstellung gemäß Linie X-X in Figur 9.
  • In Figur 1 ist das Steuerventil 1 eines nicht weiter dargestellten Einspritzinjektors veranschaulicht, über das das dem Einspritzinjektor zugehörige Einspritzventil angesteuert ist. Die hochdruckseitige Zulaufverbindung auf das Steuerventil 1 ist durch den Pfeil 2 veranschaulicht. Der Zulauf erfolgt über eine in einer Ventilplatte 3 vorgesehene Bohrung 4, die über eine Drosselstelle 5 auf einen Ventilsitz 6 ausmündet.
  • Der Ventilsitz 6 verjüngt sich in Richtung auf die Bohrung 4, also entgegen der Anströmrichtung gemäß Pfeil 2 und es ist dem Ventilsitz 6 ein Sperrglied 7 zugeordnet, das hubbeweglich (Pfeil 8) abgestützt ist. Die Abstützung des Sperrgliedes 7 erfolgt im Ausführungsbeispiel (Figur 1) über einen Stellbewegungsübertrager 9, der als im Durchmesser stabförmiger, dünner Betätigungsstößel ausgebildet ist und der bezogen auf das Steuerventil 1 zur Anströmrichtung gemäß Pfeil 2 gegenüberliegend über einen hier nicht dargestellten Magnetsteller des Einspritzinjektors beaufschlagt und verstellbar ist.
  • In der Schließlage sitzt das Sperrglied 7 in einer Sitzkontaktzone 10 auf dem Ventilsitz 6 auf, an den niederdruckseitig eine Bohrung 11 in der Ventilplatte 3 anschließt, in die das über den Stellbewegungsübertrager 9 abgestützte Sperrglied 7 eintaucht und die, bezogen auf Figuren 1 und 2, einen Teil des niederdruckseitigen Abströmweges bildet, der, wie in
  • Figur 1 ersichtlich, sich in Querkanälen 12 fortsetzt, die zwischen Ventilplatte 3 und Gehäuse 13 des Steuerventiles 1 liegen, wobei im Ausführungsbeispiel die Ventilplatte 3 gegen das Gehäuse 13 über einen Spannring 14 zentriert und fixiert ist.
  • In Verbindung mit den hochdruckseitig anstehenden hohen Drücken ergeben sich, bezogen auf die nicht dargestellte Öffnungslage des Sperrgliedes 7, beim Durchströmen der Drosselstelle 5 sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die mit dem Übertritt des Strömungsmediums auf die Niederdruckseite aufgrund des Druckabfalles eine Kavitation der Strömung nach sich ziehen können, wobei die Kavitationsblasen beim Auftreffen auf das Sperrglied 7 und die örtlich damit verbundene Umlenkung und Strömungsverzögerung implodieren können, was an Sperrglied 7 und Ventilsitz 6 zur Kavitationserosion führen kann.
  • Hier setzt die Erfindung an, wie sie anhand der nachstehenden Figuren 3 bis 9 erläutert ist, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung finden.
  • Figur 3 veranschaulicht, dass das in den Ausführungsbeispielen als Kugelsegment ausgebildete Sperrglied 7 einen auf die Bohrung 11 abgestimmten Durchmesser aufweist, derart, dass sich in der zur Sitzkontaktzone 10 parallelen Mittelebene 15 des Sperrgliedes 7 eine radiale Führung durch die Bohrung 11 ergibt, die zwar die Hubbeweglichkeit - entsprechend dem Pfeil 8 - des Sperrgliedes 7 im Sinne einer reibungsarmen Gleitführung zulässt, infolge der als Spaltdichtung dienenden Führung aber nachgeordnet zur Sitzfläche 10 einen Raum 16 abgrenzt, von dem aus die Verbindung zur Niederdruckseite gedrosselt folgt. Diese gedrosselte Verbindung ist in Figur 3 über Bohrungen 17 veranschaulicht, die angrenzend an den Ventilsitz 6 auf den Raum 14 ausmünden und die zur Hubachse 18 des Stellbewegungsübertragers 9 radial verlaufen.
  • Im Übergang von der Hochdruckseite (Pfeil 2) zur Niederdruckseite - symbolisiert in Figur 3 durch die Pfeile 19 - folgen somit zwei Drosselstellen aufeinander, so dass sich ein gestufter Druckabbau mit entsprechend geringerem Druckgefälle an der Drosselstelle 5 in der Anströmung auf das Sperrglied 7 ergibt, wodurch die Verhältnisse im Hinblick auf das Auftreten von Kavitationserosion wesentlich entschärft werden.
  • Die vorgesehene Axialführung für das Sperrglied 7, durch die der Drosselraum 16 zwischen Sitzfläche 10 bzw. Drosselstelle 5 und nachgeordneten Drosselbohrungen 17 abgegrenzt wird, trägt des weiteren auch dazu bei, dass das Sperrglied 7 auch in seiner vom Ventilsitz 6 abgehobenen Lage eine seiner Sperrlage entsprechende Zentrierung beibehält, was zur Stabilisierung der Anströmverhältnisse auf das Sperrglied 7 und der Umströmungsverhältnisse bezüglich des Sperrgliedes 7 beiträgt und auch die mechanischen Beanspruchungen zwischen Sperrglied 7 und Ventilsitz 6 dadurch reduziert, dass Abweichungen in der Achslage zumindest weitgehend vermieden werden.
  • Die zentrierende Führungsfunktion für das Sperrglied 7 erweist sich als zweckmäßig, wenn das Sperrglied 7 mit dem Stellbewegungsübertrager 9 fest verbunden ist, oder, ohne zentrierende Verbindung zu diesem, über diesen nur beaufschlagt ist. Ferner erweist sich die Führungsfunktion als zweckmäßig in Verbindung mit vollkugeligen Sperrgliedern, oder auch als Kugelsegment ausgebildeten Sperrgliedern, wobei im Ausführungsbeispiel ein Kugelsegment als Sperrglied 7 vorgesehen ist. Anstelle kugeliger Sperrglieder 7 können auch sich in Richtung auf den Ventilsitz verjüngende, insbesondere konische oder kegelige Sperrglieder 7 vorgesehen sein.
  • Figuren 5 und 6 stellen Lösungen dar, die funktional dementsprechend, was anhand der Figuren 3 und 4 erläutert wurde. Im konstruktiven Aufbau unterscheiden sie sich von der Lösung gemäß Figuren 3 und 4 durch die Art der Realisierung der Verbindung des Drosselraumes 16 zu Niederdruckseite über entsprechende Drosselbohrungen oder Drosselkanäle, wobei in der Ausgestaltung gemäß Figur 5 Drosselkanäle 20 vorgesehen sind, die ausgehend vom Drosselraum 16 auf die Niederdruckseite (Pfeil 19) ausmünden, wobei in Figur 5 die Drosselkanäle dadurch gebildet sind, dass eine Ventilplatte 21 vorgesehen ist, der eine Deckplatte 22 zugeordnet ist, wobei Ventilplatte 21 und Deckplatte 22 zwischen ihren einander zugewandten Flächen Kanäle 20 bilden, die in die Deckplatte 22, in die Ventilplatte 21 oder auch in beide Platten eingearbeitet sind und die in der Teilungsebene 23 der beiden Platten verlaufen. Die Teilungsebene 23 entspricht der Schnittebene zwischen der Bohrung 11 und dem konischen Ventilsitz 6, so dass die Bohrung 11 in der Deckplatte 22 verläuft und der Ventilsitz 6 in die Ventilplatte 21 eingearbeitet ist. Dies führt insgesamt zu einem vereinfachten Aufbau.
  • Figur 6 geht wiederum von einer Aufteilung in Ventilplatte 24 und Deckplatte 25 aus, wie sie anhand der Figur 5 erläutert wurde. Der Ventilsitz 26 ist auch hier in die Ventilplatte 24 eingearbeitet, die Bohrung 11 ist der Deckplatte 25 zugeordnet und durchsetzt diese, innerhalb des Durchmessers des Ventilsitzes 26 auf diesen ausmündend. Dementsprechend hat der sich in Anströmrichtung gemäß Pfeil 2 aufweitende Ventilsitz 26 einen radialen Überdeckungsbereich zur Deckplatte 25, wobei die Teilebene zwischen Ventilplatte 24 und Deckplatte 25 mit 27 bezeichnet ist und entgegen der Anströmrichtung 2 zur Mittelebene 15 des Sperrgliedes 7 versetzt ist, die axial im Bereich der Bohrung 11 liegt, so dass auch bei dieser Lösung die Führung für das Sperrglied 7 im Bereich der Bohrung 11, in Figur 5 im Bereich der Deckplatte 22, in Figur 6 in der Deckplatte 25 liegt. Dadurch, dass der Durchmesser der Bohrung 11 kleiner als der Durchmesser des konischen Ventilsitzes 26 im Bereich der Teilebene 27 ist, wird der Drosselraum 28 teilweise durch die der Ventilplatte 24 zugewandte Seite der Deckplatte 25 überdeckt, so dass auf den Drosselraum 28 die die Deckplatte 25 axial durchsetzenden Drosselbohrungen 30 ausmünden können. Die Erfindung zeigt also verschiedenste Anschlussmöglichkeiten des jeweiligen Drosselraumes 16 bzw. 28 zur Niederdruckseite, so dass entsprechenden konstruktiven Anforderungen im Rahmen der Erfindung Rechnung getragen werden kann.
  • Eine weitere Möglichkeit der drosselnden Verbindung zur Niederdruckseite zeigen die Figuren 7 und 8, wobei auch hier eine Ausgangssituation gegeben ist, wie sie im grundsätzlichen Aufbau jener gemäß Figuren 3 bis 6 entspricht. Die Ventilplatte 31 weist als hochdruckseitigen Zulauf gemäß Pfeil 2 wiederum eine Bohrung 4 auf, die über eine Drosselstelle 5 zentrisch auf den Ventilsitz 6 ausmündet, der in der Schließlage des Sperrgliedes 32 über dieses abgedeckt ist. Als Sperrglied 32 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel ein Kugelsegment vorgesehen, dessen Mittelebene 15 zur Sitzkontaktfläche 10 parallel verläuft und das im Bereich der Mittelebene 15 axial verschieblich geführt und dichtend an der Wandung der Bohrung 33 anliegt, die als Führungsbohrung für das Sperrglied 32 an die Sitzfläche 6 anschließt und zur Sitzfläche 6 zusammen mit dem Sperrglied 32 den Drosselraum 34 abgrenzt. Abgestützt ist das Sperrglied 32 auch in diesem Fall über einen Stellbewegungsübertrager 9, der entsprechend dem Pfeil 8 hubbeweglich ist. Wie Figur 8 veranschaulicht, erfolgt die Verbindung des Drosselraumes 34 zur Niederdruckseite über im Umfang der Bohrung 33 vorgesehene, axial verlaufende Ausnehmungen, die mit 35 bezeichnet sind und die sich in Hubbewegungsrichtung (Pfeil 8) beiderseits der Mittelebene 15 erstrecken, derart, dass, analog zu den Drosselbohrungen 17 bzw. den Drosselkanälen 20 oder den Drosselbohrungen 28, unabhängig von der jeweiligen Hubstellung des Sperrgliedes 32 eine drosselnde Verbindung des Raumes 34 zur Niederdruckseite besteht. Hierzu kann es zweckmäßig sein, den als Stempel oder als Stellstange ausgebildeten Stellbewegungsübertrager 9 im Durchmesser kleiner als das Sperrglied 32 auszuführen, so dass sich die Einarbeitung weiterer Kanäle oder Bohrungen erübrigt.
  • Ausgehend von einer Grundgestaltung gemäß Figuren 7 und 8 zeigen Figuren 9 und 10 eine Ausbildung, bei der wiederum mit einem als Kugelsegment ausgebildeten Sperrglied 36 gearbeitet wird, das im Bereich seiner zur Sitzkontaktzone 10 parallelen Mittelebene 15 an die Wand der Bohrung 38 angrenzt, die als Führung für das Sperrglied 36 dient und gegenüber der und dem anschließenden Ventilsitz 6 das Sperrglied 36 den Drosselraum 37 abgrenzt. Diesem sind in Richtung auf die Niederdruckseite sich öffnende Abströmquerschnitte zugeordnet, die als Drosselquerschnitte in der Größe ihrer Querschnittsfläche von der Hubstellung des Sperrgliedes 36 abhängig sind. Diese hubveränderlichen Drosselquerschnitte sind durch Ausnehmungen 40 im Umfang der Drosselbohrung 39 gebildet, welche entsprechend dem gewünschten Drosselverhalten gestaltet sein können. So ist in den Figuren 9 und 10 als Beispiel eine Ausgestaltung veranschaulicht, bei der in der Schließlage des Sperrgliedes 36 die Ausnehmungen 40 über das Sperrglied 36 zumindest weitgehend abgesteuert sind und erst mit zunehmendem Öffnungshub freigegeben werden.
  • Im Rahmen der Erfindung sind somit vielfältige Möglichkeiten gegeben, einen gestuften Drosselübergang von der Hoch- zur Niederdruckseite bei Steuerventilen der beschriebenen Art zu realisieren, wobei sowohl im Hinblick auf Kavitationserosionen wie auch im Hinblick auf die mechanische Abnutzung von Sperrglied und Ventilsitz Lösungen geschaffen sind, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Steuerventiles verbessern.

Claims (29)

  1. Ventilausbildung für Steuerventile, insbesondere für Steuerventile von Einspritzinjektoren von mit Diesel oder Schweröl betriebenen und mit Speicherdruck-Einspritzung arbeitenden, bevorzugt großvolumigen Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilsitz, der zwischen einem Hochdruckzulauf und einem niederdruckseitigen Sperrglied liegt, das, in seiner Schließlage zum in Schließrichtung sich verjüngenden Ventilsitz über seine Sitzkontaktzone zentriert, entgegen der Anströmrichtung über einen hubbeweglichen Stellbewegungsübertrager in Richtung auf seine Schließlage beaufschlagt ist, und dem hochdruckseitig im Zulauf auf den Ventilsitz eine Drosselstrecke gegenüber liegt, wobei das Sperrglied (7; 32; 36), bezogen auf die Schließlage, in einem an die Sitzkontaktzone (10) angrenzenden und zur Niederdruckseite in gedrosselter Verbindung stehenden Raum (16; 28; 34; 37) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (16; 28; 34; 37) durch eine zum Ventilsitz (6) zentrische, der Sitzkontaktzone (10) gegenüberliegende Führung für das Sperrglied (7; 32; 36) gegenüber der Niederdruckzone abgegrenzt ist.
  2. Ventilausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (7; 32; 36) ein vom Stellbewegungsübertrager (9) unabhängiges Bauteil bildet.
  3. Ventilausbildung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (7; 32; 36) ein mit dem Stellbewegungsübertrager (9) verbundenes Bauteil bildet.
  4. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrglied (7; 32; 36) eine Ventilkugel vorgesehen ist
  5. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrglied (7; 32; 36) ein Kugelsegment mit dem Stellbewegungsübertrager (9) zugeordneter Flachseite vorgesehen ist.
  6. Ventilausbitdung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperrglied (7; 32; 36) ein sich in Schließrichtung konisch verjüngender Ventilkörper vorgesehen ist.
  7. Ventilausbildung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper in Gegenrichtung zu seiner konischen Verjüngung zylindrisch ausläuft.
  8. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (6; 26) im Bereich der Sitzfläche sphärisch, insbesondere kalottenförmig ausgebildet ist.
  9. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (6; 26) im Bereich der Sitzfläche kegelförmig, insbesondere als flacher Kegelstumpf ausgebildet ist.
  10. Ventilausbildung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Führung auf den Ventilsitz niederdruckseitig folgend ein zylindrischer Führungsteil (Bohrung 11; 33; 38) vorgesehen ist.
  11. Ventilausbildung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Führungsteil (Bohrung 11; 38) an die Fläche des Ventilsitzes (6) anschließt.
  12. Ventilausbildung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (26) den zylindrischen Führungsteil (Bohrung 11) radial nach außen übergreift.
  13. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsteil (Bohrung 11) einstückig zum Ventilsitz (6) ausgebildet ist.
  14. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass einer den Ventilsitz (6) enthaltenden Ventilplatte (21) eine Deckplatte (22) zugeordnet ist, die den Führungsteil (Bohrung 11) enthält.
  15. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Führung zur Sitzkontaktzone (10) abgegrenzte Raum (16) einen radialen Anschluss (Bohrung 17; Kanal 20) zur Niederdruckseite aufweist.
  16. Ventilausbildung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Anschluss durch wenigstens einen radialen, durch Ventilplatte (21) und Deckplatte (22) begrenzten Drosselkanal (20) gebildet ist.
  17. Ventilausbildung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Anschluss durch wenigstens eine radiale Drosselbohrung (17) gebildet ist.
  18. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Führung abgegrenzte Raum (16) einen axialen Anschluss (Bohrung 28; Ausnehmung 35; 40) zur Niederdruckseite aufweist.
  19. Ventilausbildung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschluss durch eine zur Führung (Bohrung 11) radial versetzte Axialbohrung (28) gebildet ist.
  20. Ventilausbildung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbohrung (28) in der Deckplatte (25) vorgesehen ist.
  21. Ventilausbildung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschluss eine im Umfang der Führung (Bohrung 33) vorgesehene Ausnehmung (35) umfasst.
  22. Ventilausbildung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschluss durch im Umfang der Führung (Bohrung 33) in regelmäßiger Anordnung vorgesehene Ausnehmungen (35) gebildet ist.
  23. Ventilausbildung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschluss durch im Umfang des der Führung zugeordneten Bereiches des Sperrgliedes vorgesehene Ausnehmungen und/oder Abflachungen gebildet ist.
  24. Ventilausbildung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Führung abgegrenzte Raum (39) eine vom Hub des Sperrgliedes (36) im Querschnitt abhängige Drosselverbindung (Ausnehmung 40) zur Niederdruckseite aufweist.
  25. Ventilausbildung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt abhängige Drosselverbindung durch im Umfang der Führung vorgesehene Ausnehmungen (40) gebildet ist.
  26. Ventilausbildung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (40) einen in Hubrichtung zur Niederdruckseite sich erweiternden Querschnitt aufweist.
  27. Ventilausbildung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt abhängige Drosselverbindung durch im Umfang des Sperrgliedes vorgesehene Ausnehmungen und/oder Abflachungen gebildet ist.
  28. Ventilausbildung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung sich im Querschnitt in Hubrichtung zur Hochdruckseite hin erweitert.
  29. Ventilausbildung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt in Hubrichtung veränderlichen Ausnehmungen von einer im Bereich des Führungsquerschnittes liegenden Querschnittsebene ausgehen.
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