EP2681441A1 - Ventileinrichtung zum schalten oder zumessen eines fluids - Google Patents

Ventileinrichtung zum schalten oder zumessen eines fluids

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EP2681441A1
EP2681441A1 EP12700461.2A EP12700461A EP2681441A1 EP 2681441 A1 EP2681441 A1 EP 2681441A1 EP 12700461 A EP12700461 A EP 12700461A EP 2681441 A1 EP2681441 A1 EP 2681441A1
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EP
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valve device
valve
sealing
baffle
flow channel
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Heiko Roth
Dominik Brunner
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member

Definitions

  • valve devices such as quantity control valves of a fuel system of an internal combustion engine, are known from the market. Often, such valve devices have a valve body which abut against a sealing section against a housing-side sealing seat and thus close the valve means.
  • the sealing seat is formed, for example, flat, cylindrical, spherical or conical. In the closed state of the valve device can in the connected to the valve device hydraulic
  • the invention is based on the consideration that a high
  • Sealing portion and a sealing seat formed sealing area on the one hand, and a high flow coefficient of the valve device on the other hand, can be conflicting requirements. Although it is possible by means of the sealing area upstream immediately upstream chamfers or curves
  • valve device Flow coefficient of the valve device - with unchanged valve lift - to increase.
  • closed valve means a wedge-like cross-section gap between the sealing portion and the sealing seat.
  • the bubbles of the fluid formed as a result of cavitation effects-depending on the particular pressure-are decayed last in this gap and thus comparatively quickly, as a result of which erosion of the sealing section and / or of the sealing seat can occur.
  • the valve device in a flow channel immediately upstream of the sealing area when closed
  • a boundary wall of the decomposition space is formed by a baffle, which adjoins the sealing area, wherein the baffle is at least partially tilted against the direction normal to the sealing region with an angle of at most 15 ° in the flow direction to a maximum of 60 ° against the flow direction.
  • a further boundary wall of the decomposition space runs, for example, approximately parallel to the sealing region, so that an upstream shoulder results upstream of the sealing region.
  • An embodiment of the invention provides that the baffle wall at least partially opposite to the sealing region normal with an angle of at most 5 ° in the flow direction to a maximum of 20 ° against the
  • Flow direction is tilted, more preferably that the baffle at least partially opposite to the sealing region normal with a Wnkel of a maximum of 2 ° in the flow direction to a maximum of 10 ° against the
  • baffle is at least partially disposed at right angles with respect to the sealing area.
  • areas for a spatial orientation of the baffle are described in which a particularly favorable ratio of low cavitation erosion on the one hand, and a high
  • the invention provides that the baffle wall is formed on a housing and / or on a valve body of the valve device.
  • the decomposition space can also be designed alternatively or even simultaneously on the housing or on the valve body.
  • the valve device can be designed constructively in many ways.
  • the flow coefficient of the valve device can be improved if a boundary wall of the flow channel upstream of and close to the baffle wall has a rounding or chamfer. This can be the
  • Flow rate in the sealing area can be further increased without the cavitation erosion increases.
  • a boundary wall of the flow channel immediately upstream of the rounding has an angle with respect to a longitudinal axis of the flow channel of a maximum of +/- 15 ° degrees.
  • an undercut is present.
  • the valve device When the valve device is closed, the hydraulic end of the upstream fluid region and thus the location of the disintegration of the cavitation bubbles can be kept away from the sealing region.
  • valve body is plate-shaped, cylindrical, spherical or conical or it is a conical-cone valve.
  • the invention can be used advantageously.
  • the manufacture of the valve device can be simplified and cheapened if the housing is multi-part in the baffle wall.
  • the above-described diverse geometries of the valve device upstream of the sealing region can optionally be produced by separate elements and thus simpler.
  • FIG. 1 is a simplified schematic of a Kraftstoffsytems with a
  • FIG. 2 is a simplified sectional view of a first embodiment of the valve device of Figure 1 in the open state;
  • FIG. 3 shows the valve device of FIG. 2 in the closed state;
  • Figure 4 is a simplified sectional view of a second embodiment of the valve device;
  • Figure 5 is a simplified sectional view of a third embodiment of
  • Valve means is a simplified sectional view of a fourth embodiment of the valve device;
  • Figure 7 is a simplified sectional view of a fifth embodiment of
  • Figure 8 is a simplified sectional view of a sixth embodiment of the valve device.
  • Figure 9 is a simplified sectional view of a seventh embodiment of the valve device.
  • FIG. 10 is a simplified sectional view of an eighth embodiment of the valve device.
  • Figure 1 1 is a simplified sectional view of a ninth embodiment of the valve device.
  • Figure 12 is a simplified sectional view of a tenth embodiment of the valve device.
  • FIG. 1 shows a fuel system 10 of an internal combustion engine in a greatly simplified representation. From a fuel tank 12 is fuel via a suction line 14, by means of a prefeed pump 16, via a low pressure line 18, and via an actuatable by an electromagnet 20 valve means
  • High pressure pump 24 is connected via a high pressure line 26 to a high pressure accumulator 28.
  • Other elements, such as outlet valves of the high-pressure pump 24, are not shown in FIG. It is understood that the valve device 22 and the quantity control valve 22 as a unit with the High pressure pump 24 may be formed. For example, that can
  • Quantity control valve 22 may be an inlet valve of the high-pressure pump 24.
  • Actuating device as the electromagnet 20 for example, a piezoelectric actuator or a hydraulic actuator.
  • the prefeed pump 16 delivers fuel from the fuel tank 12 into the low-pressure line 18
  • Quantity control valve 22 the delivery chamber of the high pressure pump 24 supplied amount of fuel.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the valve device 22 of Figure 1 in a simplified sectional view.
  • the elements of the valve device 22 shown in the drawing are designed substantially rotationally symmetrical about a longitudinal axis 29 and comprise a housing 30 with a
  • Sealing seat 32 on which a sealing portion 34 of a valve body 36 may rest when the valve device 22 is closed.
  • FIG 2 is the figure 2
  • Valve device 22 however, open, that is, the valve body 36 is lifted from the sealing seat 32 axially.
  • a flow channel 38 is formed, through which in the open position shown fluid - present
  • the sealing seat 32 and the sealing portion 34 are flat and parallel to each other and together form a sealing region 42. Upstream of the sealing region 42 is by means of a step-like recess in the housing
  • a decay space 44 is formed, which is bounded by an extending from the sealing region 42 and its plane at right angles extending baffle 46.
  • Two dashed lines 48 along the flow channel 38 define a cross section of the flow channel 38 with a particularly high
  • the distance between the two dashed lines 48 is characterized by a measure 50 downstream of the sealing region 42.
  • the fuel flows substantially from left to right in the drawing of FIG. 2, the flow first extending approximately horizontally and then being deflected radially outward in front of the valve body 36.
  • the deflection of the flow takes place downstream of a Edge 52 comparatively early and low loss by means of the hydraulic action of the decomposition space 44.
  • the dimension 50 is only slightly smaller than the axial distance between the sealing seat 32 and the sealing portion 34, so that the fuel can flow relatively quickly through the sealing region 42 and the flow coefficient of Valve device 22 is correspondingly good.
  • FIG. 3 shows the valve device 22 of FIG. 2 in the closed state.
  • the valve body 36 abuts with the sealing portion 34 on the sealing seat 32, so that a flow of fluid substantially does not take place.
  • Valve body 36 is a region of vapor bubbles 54 shown, which have formed due to cavitation effects as a result of pressure pulsations.
  • the vapor bubbles 54 rest against or are at least closely adjacent to the valve body 36 with a comparatively large area.
  • valve device 22 in a vicinity of the vapor bubble 54, no narrowing (wedge-like) space sections, which may be particularly prone to cavitation erosion.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the valve device 22, the disintegration space 44 being widened by an undercut 56. In this way, the imploding vapor bubble (s) 54 can still further from
  • Sealing area 42 kept away and thus the risk of cavitation erosion at the sealing seat 32 and the sealing portion 34 are further reduced.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the valve device 22, the baffle 46 being opposite a sealing region 42 or its plane
  • Normal 58 is tilted by a Wnkel W1 of 15 ° in the flow direction.
  • the angle W1 can also be less than 15 °, whereby the valve device 22 can be even more resistant to cavitation erosion.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the valve device 22, wherein the baffle wall 46 is tilted counter to the flow direction with respect to the normal to the sealing region 42 by an angle W2 of 15 °. This can further reduce the risk of cavitation erosion.
  • the Wnkel W2 can also be up to 60 °. This is not shown in FIG.
  • Figure 7 shows a further embodiment of the valve means 22, wherein a boundary wall of the flow channel 38 upstream of and close to the baffle 46 in place of the edge 52 has a rounding 60 with a radius R1.
  • the baffle 46 may also be tilted at a maximum of 15 ° in the flow direction or alternatively at most 60 ° counter to the direction of flow relative to the sealing region 42 normal 58. Both alternatives are indicated in FIG. 7 by auxiliary lines.
  • Rounding 60 may be tilted with respect to the longitudinal axis 29 by a W3 W3 of +/- 15 °.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the valve device 22, wherein a boundary wall of the flow channel 38 upstream of and close to the
  • Baffle 46 instead of the edge 52 has a chamfer 62.
  • the baffle wall 46 can also be tilted with respect to the sealing area by a wedge W1 or by a wedge W2 (compare FIGS. 5, 6 and 7).
  • FIG. 9 shows an embodiment comparable to FIG. 8
  • Valve device 22 wherein the housing 30 in the region of the baffle 46 is made of several parts.
  • the chamfer 62 is arranged on a housing element 64.
  • FIG. 10 shows a first variant of a second group of embodiments of the valve device 22, in which the baffle wall 46 is formed on the valve body 36. This is done by the decomposition space 44 at the
  • Valve body 36 is made by means of a recess (no reference numeral). Similar to FIG. 7, the boundary wall of the flow channel 38 has a rounding 60 upstream of and close to the baffle 46.
  • One Angle W4 in a corner of the boundary wall of the flow channel 38 and the baffle 46 is 90 °, whereby a wedge-like end portion of the
  • the angle W4 can also be between 75 ° and 105 ° and / or the rounding 60 can be replaced by a chamfer 62. This is not shown in FIG.
  • Figure 1 1 shows a second variant of the second group of embodiments, wherein an undercut 66 is disposed in the valve body 36. This results in similar flow characteristics as in the embodiment of FIG. 4.
  • An upstream upstream edge 52 on the housing 30 is dispensable in the valve device 22 of FIG.
  • FIG. 12 shows the valve device 22 in a design as a conical-cone valve.
  • this embodiment is similar to that of FIGS. 2 and 3, respectively.
  • the baffle 46 is oriented approximately at right angles with respect to the sealing portion 34.
  • the planes of the sealing seat 32 and the sealing portion 34 and the baffle 46 in comparison to the figure 2 and 3, however, by a certain angle - in this case approximately at 45 ° - tilted against the longitudinal axis 29. Accordingly, the angle at the edge 52 is approximately 135 °.
  • valve body 36 can be plate-shaped or cone-shaped. Alternatively, however, the valve body 36 may also be cylindrical or spherical, from which further variants of the valve device 22 may result.

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Abstract

Es wird eine Ventileinrichtung (22) zum Schalten oder Zumessen eines Fluids beschrieben, mit einem Gehäuse (30), einem Strömungskanal (38) und einem in dem Strömungskanal (38) angeordneten Ventilkörper (36), der einen Dichtabschnitt (34) aufweist, der bei geschlossener Ventileinrichtung (22) an einem gehäuseseitigen Dichtsitz (32) anliegt, wobei Dichtabschnitt (34) und Dichtsitz (32) zusammen einen Dichtbereich (42) bilden, und wobei unmittelbar stromaufwärts von dem Dichtbereich (42) in dem Strömungskanal (38) bei geschlossener Ventileinrichtung (22) ein Zerfallraum (44) vorhanden ist, der von einer Prallwand (46) begrenzt wird, wobei die Prallwand (46) gegenüber der zum Dichtbereich (42) Normalen (58) mit einem Winkel von maximal um 15° in Strömungsrichtung bis maximal um 60° entgegen der Strömungsrichtung gekippt ist.

Description

Beschreibung
Titel
Ventileinrichtung zum Schalten oder Zumessen eines Fluids Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Mengensteuerventil nach dem nebengeordneten Patentanspruch. Ventileinrichtungen, beispielsweise Mengensteuerventile eines Kraftstoff Systems einer Brennkraftmaschine, sind vom Markt her bekannt. Häufig weisen solche Ventileinrichtungen einen Ventilkörper auf, der an einem Dichtabschnitt gegen einen gehäuseseitigen Dichtsitz anschlagen und die Ventileinrichtung somit schließen kann. Der Dichtsitz ist beispielsweise flach, zylinderförmig, kugelförmig oder kegelförmig ausgebildet. In geschlossenem Zustand der Ventileinrichtung können in den an die Ventileinrichtung angeschlossenen hydraulischen
Leitungen Druckpulsationen auftreten, wodurch im Bereich des Dichtabschnitts bzw. des Dichtsitzes ein Flüssigkeitsdampf ("Dampfblasen") entstehen kann. Bei der Implosion dieser Dampfblasen ergibt sich eine so genannte
Kavitationserosion an umliegenden Abschnitten des Gehäuses und/oder des
Ventilkörpers.
Offenbarung der Erfindung Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Ventileinrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Mengensteuerventil nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung hat den Vorteil, dass die
Widerstandsfähigkeit im Bereich eines Dichtsitzes und/oder eines Dichtabschnitts der Ventileinrichtung gegen Kavitationserosion verbessert wird. Dabei bleiben der Durchflussbeiwert bzw. der Druckabfall längs eines Strömungskanals, sowie der Ventilhub, die Ventilschaltzeit und die Dauerfestigkeit der Ventileinrichtung im Wesentlichen unverändert.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine hohe
Widerstandsfähigkeit gegen Kavitationserosion in einem durch einen
Dichtabschnitt und einen Dichtsitz gebildeten Dichtbereich einerseits, und ein hoher Durchflussbeiwert der Ventileinrichtung andererseits, gegensätzliche Anforderungen sein können. Zwar ist es möglich, mittels dem Dichtbereich stromaufwärts unmittelbar vorgelagerter Fasen oder Rundungen den
Durchflussbeiwert der Ventileinrichtung - bei unverändertem Ventilhub - zu erhöhen. Doch ergibt sich dadurch bei geschlossener Ventileinrichtung ein im Querschnitt keilartiger Spalt zwischen dem Dichtabschnitt und dem Dichtsitz. Die aufgrund von Kavitationseffekten gebildeten Blasen des Fluids - abhängig von dem jeweiligen Druck - werden in diesem Spalt zuletzt und somit vergleichsweise schnell zerfallen, wodurch es zu einer Erosion des Dichtabschnitts und/oder des Dichtsitzes kommen kann. Erfindungsgemäß weist die Ventileinrichtung in einem Strömungskanal unmittelbar stromaufwärts von dem Dichtbereich bei geschlossener
Ventileinrichtung einen Zerfallraum auf. Dabei wird eine Begrenzungswand des Zerfallraums von einer Prallwand gebildet, welche an den Dichtbereich angrenzt, wobei die Prallwand wenigstens bereichsweise gegenüber der zum Dichtbereich Normalen mit einem Winkel von maximal um 15° in Strömungsrichtung bis maximal um 60° entgegen der Strömungsrichtung gekippt ist. Eine weitere Begrenzungswand des Zerfallraums verläuft beispielsweise in etwa parallel zu dem Dichtbereich, so dass sich stromaufwärts von dem Dichtbereich ein vorgelagerter Absatz ergibt. Bei geöffneter Ventileinrichtung kann die Strömung bereits im Bereich des Zerfallraums in etwa parallel zum Dichtabschnitt bzw. zum Dichtsitz umgelenkt werden, so dass der Dichtbereich nahezu in seinem gesamten Querschnitt durchströmt wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Prallwand wenigstens bereichsweise gegenüber der zum Dichtbereich Normalen mit einem Winkel von maximal um 5° in Strömungsrichtung bis maximal um 20° entgegen der
Strömungsrichtung gekippt ist, stärker bevorzugt, dass die Prallwand wenigstens bereichsweise gegenüber der zum Dichtbereich Normalen mit einem Wnkel von maximal um 2° in Strömungsrichtung bis maximal um 10° entgegen der
Strömungsrichtung gekippt ist, noch stärker bevorzugt, dass die Prallwand wenigstens bereichsweise in Bezug auf den Dichtbereich rechtwinklig angeordnet ist. Damit werden Bereiche für ein räumliche Ausrichtung der Prallwand beschrieben, bei denen ein besonders günstiges Verhältnis von geringer Kavitationserosion einerseits, und einer hohen
Strömungsgeschwindigkeit bzw. geringem Druckabfall längs des
Strömungskanals andererseits, erreicht wird. In den genannten Wnkelbereichen ist die von der Erfindung beabsichtigte Wirkung also besonders hoch.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass die Prallwand an einem Gehäuse und/oder an einem Ventilkörper der Ventileinrichtung ausgebildet ist. Dadurch kann auch der Zerfallraum alternativ - oder sogar zugleich - am Gehäuse oder am Ventilkörper ausgebildet sein. Somit kann die Ventileinrichtung auf vielfältige Weise konstruktiv ausgeführt sein.
Der Durchflussbeiwert der Ventileinrichtung kann verbessert werden, wenn eine Begrenzungswand des Strömungskanals stromaufwärts von und nahe zu der Prallwand eine Rundung oder eine Fase aufweist. Damit kann die
Strömungsgeschwindigkeit im Dichtbereich weiter erhöht werden, ohne dass die Kavitationserosion zunimmt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Begrenzungswand des Strömungskanals unmittelbar stromaufwärts von der Rundung einen Winkel gegenüber einer Längsachse des Strömungskanals von maximal +/- 15° Grad aufweist. Dadurch wird eine besonders geeignete Geometrie der Ventileinrichtung beschrieben. Die Kavitationserosion kann weiter vermindert werden, wenn in einer
Begrenzungswand des Strömungskanals stromaufwärts von und nahe zu der Prallwand und/oder in der Prallwand ein Hinterschnitt vorhanden ist. Bei geschlossener Ventileinrichtung kann das hydraulische Ende des stromaufwärts gelegenen Fluidbereichs und somit der Ort des Zerfalls der Kavitationsblasen besonders weit von dem Dichtbereich ferngehalten werden. Je größer und/oder je tiefer der Hinterschnitt angelegt ist, um so geringer ist im Allgemeinen die Kavitationserosion.
Weitere Ausgestaltungen sehen vor, dass der Ventilkörper plattenförmig, zylindrisch, kugelförmig oder kegelförmig ausgebildet ist oder es sich um ein Kegel-Kegel-Ventil handelt. Für diese Geometrien des Ventilkörpers bzw. der Ventileinrichtung kann die Erfindung vorteilhaft verwendet werden. Die Herstellung der Ventileinrichtung kann vereinfacht und verbilligt werden, wenn das Gehäuse im Bereich der Prallwand mehrteilig ist. Dadurch können die oben beschriebenen vielfältigen Geometrien der Ventileinrichtung stromaufwärts des Dichtbereichs gegebenenfalls durch separate Elemente und damit einfacher hergestellt werden.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 ein vereinfachtes Schema eines Kraftstoffsytems mit einer
Kraftstoffpumpe und einer Ventileinrichtung ;
Figur 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Ventileinrichtung von Figur 1 in geöffnetem Zustand; Figur 3 die Ventileinrichtung von Figur 2 in geschlossenem Zustand;
Figur 4 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Ventileinrichtung; Figur 5 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der
Ventileinrichtung; Figur 6 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform der Ventileinrichtung; Figur 7 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer fünften Ausführungsform der
Ventileinrichtung;
Figur 8 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer sechsten Ausführungsform der Ventileinrichtung;
Figur 9 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer siebten Ausführungsform der Ventileinrichtung;
Figur 10 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer achten Ausführungsform der Ventileinrichtung;
Figur 1 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer neunten Ausführungsform der Ventileinrichtung; und
Figur 12 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer zehnten Ausführungsform der Ventileinrichtung.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt ein Kraftstoff System 10 einer Brennkraftmaschine in einer stark vereinfachten Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16, über eine Niederdruckleitung 18, und über eine von einem Elektromagneten 20 betätigbare Ventileinrichtung
22 - welche vorliegend ein Mengensteuerventil 22 ist - einer (hier nicht weiter erläuterten) Hochdruckpumpe 24 zugeführt. Stromabwärts ist die
Hochdruckpumpe 24 über eine Hochdruckleitung 26 an einen Hochdruckspeicher 28 angeschlossen. Sonstige Elemente, wie beispielsweise Auslassventile der Hochdruckpumpe 24, sind in der Figur 1 nicht gezeichnet. Es versteht sich, dass die Ventileinrichtung 22 bzw. das Mengensteuerventil 22 als Baueinheit mit der Hochdruckpumpe 24 ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann das
Mengensteuerventil 22 ein Einlassventil der Hochdruckpumpe 24 sein.
Außerdem kann das Mengensteuerventil 22 auch eine andere
Betätigungseinrichtung als den Elektromagneten 20 aufweisen, beispielsweise einen Piezoaktor oder eine hydraulische Betätigung.
Beim Betrieb des Kraftstoff Systems 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Dabei bestimmt das
Mengensteuerventil 22 die dem Förderraum der Hochdruckpumpe 24 zugeführte Kraftstoffmenge.
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Ventileinrichtung 22 von Figur 1 in einer vereinfachten Schnittdarstellung. Die in der Zeichnung dargestellten Elemente der Ventileinrichtung 22 sind im Wesentlichen rotationsymmetrisch um eine Längsachse 29 ausgeführt und umfassen ein Gehäuse 30 mit einem
Dichtsitz 32, an dem ein Dichtabschnitt 34 eines Ventilkörpers 36 bei geschlossener Ventileinrichtung 22 anliegen kann. In der Figur 2 ist die
Ventileinrichtung 22 jedoch geöffnet, das heißt, der Ventilkörper 36 ist von dem Dichtsitz 32 axial abgehoben. In der Ventileinrichtung 22 ist ein Strömungskanal 38 ausgebildet, durch den in der gezeigten Offenstellung Fluid - vorliegend
Kraftstoff - entlang von Pfeilen 40 strömt.
Der Dichtsitz 32 und der Dichtabschnitt 34 sind flächig und parallel zueinander ausgeführt und bilden gemeinsam einen Dichtbereich 42. Stromaufwärts von dem Dichtbereich 42 ist mittels einer stufenartigen Ausnehmung in dem Gehäuse
30 ein Zerfallraum 44 gebildet, der von einer sich vom Dichtbereich 42 bzw. dessen Ebene rechtwinklig erstreckenden Prallwand 46 begrenzt wird. Zwei gestrichelte Linien 48 entlang des Strömungskanals 38 umgrenzen einen Querschnitt des Strömungskanals 38 mit besonders hoher
Strömungsgeschwindigkeit. Der Abstand der beiden gestrichelten Linien 48 ist stromabwärts des Dichtbereichs 42 durch ein Maß 50 charakterisiert.
Man erkennt, dass entsprechend den Pfeilen 40 der Kraftstoff in der Zeichnung der Figur 2 im Wesentlichen von links nach rechts strömt, wobei die Strömung zuerst in etwa horizontal verläuft und danach vor dem Ventilkörper 36 radial nach außen umgelenkt wird. Die Umlenkung der Strömung erfolgt stromabwärts einer Kante 52 vergleichsweise frühzeitig und verlustarm mittels der hydraulischen Wirkung des Zerfallraums 44. Das Maß 50 ist nur wenig kleiner als der axiale Abstand zwischen dem Dichtsitz 32 und dem Dichtabschnitt 34, so dass der Kraftstoff vergleichsweise schnell durch den Dichtbereich 42 strömen kann und der Durchflussbeiwert der Ventileinrichtung 22 entsprechend gut ist.
Figur 3 zeigt die Ventileinrichtung 22 von Figur 2 in geschlossenem Zustand. Der Ventilkörper 36 liegt mit dem Dichtabschnitt 34 an dem Dichtsitz 32 an, so dass ein Durchströmen von Fluid im Wesentlichen nicht stattfindet. In einem
Endbereich des Strömungskanals 38 in der Zeichnung links von dem
Ventilkörper 36 ist ein Bereich mit Dampfblasen 54 dargestellt, welche sich aufgrund von Kavitationseffekten als Folge von Druckpulsationen gebildet haben. Die Dampfblasen 54 liegen mit einer vergleichsweise großen Fläche an dem Ventilkörper 36 an oder sind diesem zumindest eng benachbart.
Beim Implodieren der Dampfblasen 54 verteilt sich die dabei entstehende Beanspruchung auf eine relativ große Fläche des Ventilkörpers 36
beziehungsweise der Prallwand 46, wodurch die Kavitationserosion deutlich reduziert wird. Insbesondere weist die Ventileinrichtung 22 in einer Umgebung der Dampfblase 54 keine sich verengenden (keilartigen) Raumabschnitte auf, welche gegebenenfalls besonders anfällig für Kavitationserosion sind.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ventileinrichtung 22, wobei der Zerfallraum 44 durch einen Hinterschnitt 56 erweitert ist. Auf diese Weise kann bzw. können die implodierende(n) Dampfblase(n) 54 noch weiter vom
Dichtbereich 42 ferngehalten und somit die Gefahr der Kavitationserosion am Dichtsitz 32 und am Dichtabschnitt 34 noch weiter vermindert werden.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ventileinrichtung 22, wobei die Prallwand 46 gegenüber einer zum Dichtbereich 42 bzw. dessen Ebene
Normalen 58 um einen Wnkel W1 von 15° in Strömungsrichtung gekippt ist. Dadurch ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten, um die Strömung des Fluids zu lenken und die Gefahr von Kavitationserosion zu vermindern. Der Wnkel W1 kann auch weniger als 15° betragen, wodurch die Ventileinrichtung 22 noch widerstandsfähiger gegen Kavitationserosion sein kann. Dies ist in der Figur 5 jedoch nicht gezeigt. Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ventileinrichtung 22, wobei die Prallwand 46 gegenüber der zum Dichtbereich 42 Normalen 58 um einen Winkel W2 von 15° entgegen der Strömungsrichtung gekippt ist. Dadurch kann die Gefahr von Kavitationserosion noch weiter vermindert werden. Der Wnkel W2 kann auch bis zu 60° betragen. Dies ist in der Figur 6 jedoch nicht gezeigt.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ventileinrichtung 22, wobei eine Begrenzungswand des Strömungskanals 38 stromaufwärts von und nahe zu der Prallwand 46 an Stelle der Kante 52 eine Rundung 60 mit einem Radius R1 aufweist.
Die Prallwand 46 kann auch gegenüber der zum Dichtbereich 42 Normalen 58 maximal um 15° in Strömungsrichtung oder alternativ maximal um 60° entgegen der Strömungsrichtung gekippt sein. Beide Alternativen sind in der Figur 7 durch Hilfslinien angedeutet. Eine Begrenzungswand 61 unmittelbar stromaufwärts der
Rundung 60 kann in Bezug auf die Längsachse 29 um einen Wnkel W3 von +/- 15° gekippt sein.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ventileinrichtung 22, wobei eine Begrenzungswand des Strömungskanals 38 stromaufwärts von und nahe zu der
Prallwand 46 an Stelle der Kante 52 eine Fase 62 aufweist. Dabei kann die Prallwand 46 gegenüber dem Dichtbereich ebenfalls um einen Wnkel W1 beziehungsweise um einen Wnkel W2 gekippt sein (vergleiche die Figuren 5, 6 und 7).
Figur 9 zeigt eine zu der Figur 8 vergleichbare Ausführungsform der
Ventileinrichtung 22, wobei das Gehäuse 30 im Bereich der Prallwand 46 mehrteilig ausgeführt ist. Vorliegend ist die Fase 62 an einem Gehäuseelement 64 angeordnet.
Figur 10 zeigt eine erste Variante einer zweiten Gruppe von Ausführungsformen der Ventileinrichtung 22, bei denen die Prallwand 46 an dem Ventilkörper 36 ausgebildet ist. Dies erfolgt dadurch, dass der Zerfallraum 44 an dem
Ventilkörper 36 mittels einer Ausnehmung (ohne Bezugszeichen) hergestellt ist. Ähnlich zu der Figur 7 weist die Begrenzungswand des Strömungskanals 38 stromaufwärts von und nahe zu der Prallwand 46 eine Rundung 60 auf. Ein Winkel W4 in einer Ecke der Begrenzungswand des Strömungskanals 38 und der Prallwand 46 beträgt 90°, wodurch ein keilartiger Endbereich des
Strömungskanals 38 vermieden wird. Alternativ kann der Winkel W4 auch zwischen 75° und 105° betragen und/oder die Rundung 60 kann durch eine Fase 62 ersetzt sein. Dies ist in der Figur 10 jedoch nicht gezeigt.
Figur 1 1 zeigt eine zweite Variante der zweiten Gruppe von Ausführungsformen, wobei ein Hinterschnitt 66 in dem Ventilkörper 36 angeordnet ist. Es ergeben sich daraus ähnliche Strömungseigenschaften wie in der Ausführungsform von Figur 4. Eine stromaufwärts vorgelagerte Kante 52 am Gehäuse 30 ist in der Ventileinrichtung 22 der Figur 11 entbehrlich.
Figur 12 zeigt die Ventileinrichtung 22 in einer Ausführung als Kegel-Kegel- Ventil. In einer Umgebung des Dichtbereichs 42 ist diese Ausführungsform jener von Figur 2 bzw. 3 ähnlich. Insbesondere ist die Prallwand 46 in Bezug auf den Dichtabschnitt 34 in etwa rechtwinklig ausgerichtet. In der Figur 12 sind die Ebenen des Dichtsitzes 32 und des Dichtabschnitts 34 sowie die Prallwand 46 im Vergleich zu der Figur 2 bzw. 3 jedoch um einen bestimmten Winkel - vorliegend in etwa um 45° - gegen die Längsachse 29 gekippt. Entsprechend beträgt auch der Wnkel an der Kante 52 in etwa 135°.
Die in den Figuren 2 bis 12 dargestellten Ausführungen sind zumindest teilweise miteinander kombinierbar und ermöglichen somit eine Vielzahl von Varianten der Ventileinrichtung 22. Wie dargestellt kann der Ventilkörper 36 plattenförmig oder kegelförmig ausgebildet sein. Alternativ kann der Ventilkörper 36 jedoch auch zylindrisch oder kugelförmig ausgebildet sein, woraus sich nochmals weitere Varianten der Ventileinrichtung 22 ergeben können.

Claims

Ansprüche
1. Ventileinrichtung (22) zum Schalten oder Zumessen eines Fluids, mit einem Gehäuse (30), einem Strömungskanal (38) und einem in dem
Strömungskanal (38) angeordneten Ventilkörper (36), der einen
Dichtabschnitt (34) aufweist, der bei geschlossener Ventileinrichtung (22) an einem gehäuseseitigen Dichtsitz (32) anliegt, wobei Dichtabschnitt (34) und Dichtsitz (32) zusammen einen Dichtbereich (42) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar stromaufwärts von dem Dichtbereich (42) in dem Strömungskanal (38) bei geschlossener Ventileinrichtung (22) ein Zerfallraum (44) vorhanden ist, der von einer Prallwand (46) begrenzt wird, wobei die Prallwand (46) wenigstens bereichsweise gegenüber der zum Dichtbereich (42) Normalen (58) mit einem Winkel von maximal um 15° in Strömungsrichtung (40) bis maximal um 60° entgegen der
Strömungsrichtung (40) gekippt ist.
2. Ventileinrichtung (22) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Prallwand (46) wenigstens bereichsweise gegenüber der zum Dichtbereich (42) Normalen (58) mit einem Winkel von maximal um 5° in
Strömungsrichtung (40) bis maximal um 20° entgegen der
Strömungsrichtung (40) gekippt ist, stärker bevorzugt, dass die Prallwand
(46) wenigstens bereichsweise gegenüber der zum Dichtbereich (42) Normalen (58) mit einem Winkel von maximal um 2° in Strömungsrichtung (40) bis maximal um 10° entgegen der Strömungsrichtung (40) gekippt ist, noch stärker bevorzugt, dass die Prallwand (46) wenigstens bereichsweise in Bezug auf den Dichtbereich (42) rechtwinklig angeordnet ist.
3. Ventileinrichtung (22) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallwand (46) am Gehäuse (30) und/oder am Ventilkörper (36) ausgebildet ist. Ventileinrichtung (22) nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungswand des Strömungskanals (38) stromaufwärts von und nahe zu der Prallwand (46) eine Rundung (60) oder eine Fase (62) aufweist.
Ventileinrichtung (22) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzungswand (61) des Strömungskanals (38) unmittelbar stromaufwärts von der Rundung (60) einen Winkel (W3) gegenüber einer Längsachse (29) des Strömungskanals (38) von maximal +/- 15° Grad aufweist.
Ventileinrichtung (22) nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Begrenzungswand des Strömungskanals (38) stromaufwärts von und nahe zu der Prallwand (46) und/oder in der Prallwand (46) ein Hinterschnitt (56, 66) vorhanden ist.
Ventileinrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (36) plattenförmig, zylindrisch, kugelförmig oder kegelförmig ausgebildet ist oder es sich um ein Kegel- Kegel-Ventil handelt.
Ventileinrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (30) im Bereich der Prallwand (46) mehrteilig ist. 9. Mengensteuerventil eines Kraftstoff Systems einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Ventileinrichtung (22) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
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