WO2001096733A1 - Ventil zum steuern von flüssigkeiten - Google Patents

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WO2001096733A1
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piston
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Dieter Kienzler
Stefan Schuerg
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Robert Bosch Gmbh
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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 present invention relates to a valve for controlling liquids according to the preamble of patent claim 1.
  • FIG. 3 shows a valve 1 for controlling liquids, which has a hydraulic intensifier 2, which has a first piston 3, a second piston 4 and a pressure chamber 5 arranged between the two pistons 3, 4.
  • the first piston 3 can be actuated via an actuating piston by means of a piezo element (not shown).
  • the second piston 4 is connected to a valve member 6 via a tappet 11.
  • the valve member 6 is pressed against a first valve seat 7 by means of a leaf spring 9.
  • Plunger 11 lifts valve member 6 from first valve seat 7, thereby providing a pressure increase in an injection area of a valve needle to lift the valve needle from an injection opening and inject fuel into a combustion chamber (not shown).
  • the elements of the valve described above are arranged in a holder 16, a valve piece 17 and an intermediate disk 18.
  • the intermediate disk 18 has a throttle device 14 and a second valve seat 8, on which the valve member 6 abuts via the leaf spring 9.
  • the position fixing between the first valve seat 7 and the second valve seat 8 must be carried out very precisely.
  • the valve piece 17 and the intermediate plate 18 are connected to one another by means of dowel pins.
  • the valve stroke of the valve is adjusted via the diameter of the ball. Since there are slight deviations in the position of the first valve seat 7 from the second valve seat 8 due to the manufacturing tolerances, valve members with different diameters must be kept available. Since the valve stroke is generally only 50 ⁇ m, a relatively large number of balls with different diameters and high tolerance requirements must be kept in stock.
  • a stepped through hole is necessary in the valve piece 17 in order to allow the individual elements of the valve, i.e. the second piston 4, the plunger 11 and the valve member 6 to receive. Therefore, several steps are necessary to produce the stepped bore, which makes the manufacture of the valve complex and expensive.
  • the valve according to the invention for controlling liquids with the features of claim 1 has the advantage that it has a separate setting element to adjust the stroke of the valve. This enables a through hole with a constant diameter can be provided and thus can be dispensed with the complex, graduated bore in the prior art. Since the valve stroke is adjusted using a separate setting element, the valve seat diameter always remains constant. Therefore, valve balls with different diameters no longer have to be kept in stock to set the valve stroke, since the same valve ball can be used in each valve. According to the valve lift is set by the separate setting element. Because of the constant
  • valve according to the invention can thus be manufactured significantly more cost-effectively.
  • the separate adjusting element is preferably designed as an adjusting ring. This enables a particularly simple and inexpensive construction.
  • the valve lift is adjusted by the height of the setting ring in the direction of the valve axis.
  • the valve according to the invention has a separate ring on which the first valve seat is arranged.
  • a second piston, the separate ring and the valve member in the valve piece are preferably arranged together in a through bore with a constant diameter.
  • a separate positioning element is preferably also provided.
  • the positioning element is preferably used to position the separate adjusting element in the bore of the valve piece.
  • the separate positioning element particularly preferably has a second valve seat. This makes it possible to dispense with an intermediate plate in the valve and thus to reduce the number of parts of the valve.
  • a return element in particular a coil spring or a plate spring or a leaf spring, is preferably provided. Because of the simple design of the through bore, it is in particular possible to mount the restoring element either on the second piston or on
  • valve member attack This results in additional degrees of freedom in the design of the valve and, depending on the intended use, the valve can be designed accordingly.
  • the valve member is preferably spherical, hemispherical or essentially mushroom-shaped. This ensures according to the invention that the ball or hemisphere of the valve member only has to have a diameter, so that in particular the costs for storing different valve members with different diameters can be eliminated.
  • connection between the separate ring and the bore of the valve piece and / or the connection between the positioning element and the bore is preferably designed as an interference fit. This eliminates the need for further assembly steps such as applying adhesive or connecting using screws. drawing
  • FIG. 1 shows a valve for controlling liquids according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 2 shows a valve for controlling liquids according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 3 shows a valve for controlling liquids according to the prior art.
  • the valve 1 comprises a holder 16, a valve piece 17 and a nozzle body (not shown), which e.g. are connected to each other by means of a nozzle clamping nut. Furthermore, the valve 1 comprises a hydraulic booster 2, which has a first piston 3, a second piston 4 and a pressure chamber 5 arranged between the two pistons 3, 4. The first piston 3 is actuated via a piezo element (not shown) which is arranged in the axial direction of the piston 3 on the side facing away from the pressure chamber 5.
  • the valve according to the invention has a valve member 6.
  • the valve member 6 is essentially mushroom-shaped and is formed by a hemisphere 6a and a cylindrical extension 6b.
  • the cylindrical extension 6b has a smaller diameter than the hemisphere 6a and has a spherical section at its end.
  • the valve member 6 rests with the hemisphere 6a in a first valve seat 7.
  • the first valve seat 7 is formed on a ring 12 which is arranged between the valve member 6 and the second piston 4.
  • the second piston 4 is connected to the valve member 6 via a tappet 11 and lifts the valve member 6 from the first valve seat 7 when actuated by the piezo actuator.
  • the ring 12 has a through hole through which the plunger 11 is guided.
  • a through bore 15 with a constant diameter is formed in the valve piece 17.
  • the ring 12 is positioned in the through hole 15 by means of an interference fit.
  • a positioning element 13 is arranged in the bore 15, which has a throttle device 14 and a second valve seat 8. The positioning element 13 is also introduced into the bore 15 by means of an interference fit.
  • the valve member 6 can be brought into contact with the spherical end section of the cylindrical extension 6b with the second valve seat 8.
  • an adjusting ring 10 is arranged between the ring 12 and the positioning element 13.
  • This adjusting ring 10 has a small tolerance, in particular in the axial direction of the valve, so that it provides an exact position fixing of the two valve seats 7, 8 with respect to one another.
  • a spring element 9 designed as a helical spring is provided, which is held in a spring seat 19 in the positioning element 13.
  • the spring element 9 in ⁇ ti rö iH
  • the first piston 3 of the hydraulic translator is arranged in a holder 16 and the second piston 4 is arranged in a valve piece 17.
  • a stepped through bore 15 is provided in the valve piece 17 in the second embodiment.
  • a first valve seat 7 is formed on an area of the through bore 15 with a small diameter.
  • a simply designed valve ball 6 is provided as the valve member.
  • a second valve seat 8 is formed on a positioning element 13.
  • the positioning element 13 is fastened in the bore 15 by means of an interference fit.
  • an adjusting ring 10 is arranged between the two valve seats. Depending on the height of the adjusting ring 10 in the axial direction of the valve, the valve has a corresponding valve lift of the valve member 6.
  • valve member 6 is not directly connected to the spring element 9.
  • a spring seat 19 is formed in the valve piece 17 such that the spring element 9 presses against the second piston 4 of the hydraulic booster 2. This makes it possible, in particular, to arrange a different starting position of the valve member and it is not necessary to provide a spring seat on the valve member.
  • the present invention relates to a valve for controlling liquids with a piezo actuator and a hydraulic booster 2, which has a first piston 3, a second piston 4 and one between the has two pistons arranged pressure chamber 5.
  • a valve member 6 is connected to the second piston 4 and can be brought into contact with at least one first valve seat 7.
  • a separate adjusting element 10 is provided as a single component.

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Abstract

Die vorliegende Erfingung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Piezoaktor und einem hydraulischen Übersetzer (2), welcher einen ersten Kolben (3), einen zweiten Kolben (4) und einen zwischen den beiden Kolben angeordneten Druckraum (5) aufweist. Ein Ventilglied (6) ist mit dem zweiten Kolben (4) verbunden und ist mit mindestens einem ersten Ventilsitz (7) in Kontakt bringbar. Um einen Hub des Ventilgliedes (6) einzustellen, ist ein separates Einstellelement (10) als einzelnes Bauteil vorhanden.

Description

Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ventile zum Steuern von Flüssigkeiten sind in verschiedensten Ausgestaltungsformen bekannt. Beispielsweise ist in Figur 3 ein Ventil 1 zum Steuern von Flüssigkeiten gezeigt, welches einen hydraulischen Übersetzer 2 aufweist, der einen ersten Kolben 3, einen zweiten Kolben 4 sowie ein zwischen den beiden Kolben 3, 4 angeordneten Druckraum 5 auf eist . Der erste Kolben 3 ist über einen Betätigungskolben mittels eines Piezoelements (nicht dargestellt) betätigbar. Der zweiten Kolben 4 steht über einem Stößel 11 mit einem Ventilglied 6 in Verbindung. Das Ventilglied 6 wird mittels einer Blattfeder 9 an einen ersten Ventilsitz 7 gedrückt. Bei einer Betätigung des Piezoaktors wird über den hydraulischen Übersetzer 2 und den
Stößel 11 das Ventilglied 6 vom ersten Ventilsitz 7 abgehoben, wodurch ein Druckanstieg in einem Einspritzbereich einer Ventilnadel bereitgestellt wird, um die Ventilnadel von einer Einspritzöffnung abzuheben und Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einzuspritzen (nicht gezeigt) . Wie in Figur 3 gezeigt, sind die oben beschriebenen Elemente des Ventils in einem Halter 16, einem Ventilstück 17 sowie einer Zwischenscheibe 18 angeordnet. Die Zwischenscheibe 18 weist eine Drosseleinrichtung 14 sowie einen zweiten Ventilsitz 8 auf, an welchem das Ventilglied 6 über die Blattfeder 9 anliegt.
Um eine verläßliche Funktion des Ventils bereitzustellen, muß insbesondere die Lagefixierung zwischen dem ersten Ventilsitz 7 und dem zweiten Ventilsitz 8 sehr genau ausgeführt sein. Hierzu werden das Ventilstück 17 und die Zwischenscheibe 18 mittel Paßstiften miteinander verbunden. Der Ventilhub des Ventils wird dabei über den Durchmesser der Kugel eingestellt. Da aufgrund der Herstellungs- toleranzen jeweils geringfügige Abweichungen der Lage des ersten Ventilsitzes 7 zum zweiten Ventilsitz 8 auftreten, müssen Ventilglieder mit unterschiedlichen Durchmessern vorgehalten werden. Da der Ventilhub im allgemeinen nur 50 μm beträgt, muß eine relativ große Anzahl von Kugeln mit unterschiedlichen Durchmessern und hohen Toleranzanforderungen vorgehalten werden. Weiterhin ist im Ventilstück 17 eine gestufte Durchgangsbohrung notwendig, um die einzelnen Elemente des Ventils, d.h. den zweiten Kolben 4, den Stößel 11 und das Ventilglied 6, aufzunehmen. Daher sind mehrere Arbeitsschritte zur Herstellung der gestuften Bohrung notwendig, wodurch die Herstellung des Ventils aufwendig und teuer wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß es ein separates Einstellement aufweist, um den Hub des Ventils einzustellen. Dies ermöglicht es, daß am Ventilstück eine Durchgangsbohrung mit einem gleichbleibenden Durchmesser vorgesehen werden kann und somit auf die aufwendige, abgestufte Bohrung im Stand der Technik verzichtet werden kann. Da der Ventilhub über ein separates Einstellelement eingestellt wird, bleibt der Sitzdurchmesser des Ventils immer konstant. Daher müssen auch keine Ventilkugeln mit unterschiedlichen Durchmessern mehr vorgehalten werden, um den Ventilhub einzustellen, da in jedes Ventil die gleiche Ventilkugel eingesetzt werden kann. Erfindungsgemäß wird der Ventilhub durch das separate Einstellelement eingestellt. Aufgrund des konstanten
Sitzdurchmessers des Ventilglieds am Ventilsitz ist auch die Einstellung des Ventilhubes deutlich vereinfacht. Insgesamt kann somit das erfindungsgemäße Ventil deutlich kostengünstiger hergestellt werden.
Vorzugsweise ist das separate Einstellelement als Einstellring ausgebildet . Dies ermöglicht einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau. Der Ventilhub wird dabei durch die Höhe des Einstellrings in Richtung der Ventilachse eingestellt.
Um ein einen einfachen Aufbau bereitzustellen, weist das erfindungsgemäße Ventil einen separaten Ring auf, an dem der erste Ventilsitz angeordnet ist.
Vorzugsweise sind ein zweiter Kolben, der separate Ring und das Ventilglied im Ventilstück gemeinsam in einer Durchgangsbohrung mit einem konstanten Durchmesser angeordnet . Somit können die oben genannten Einzelteile im Ventilstück des Ventils angeordnet werden, wobei im Ventilstück nur eine Bohrung mit einem konstanten Durchmesser notwendig ist, welche einfach herstellbar ist.
Vorzugsweise ist weiter ein separates Positionierungselement vorgesehen. Das Positionierungselement dient vorzugsweise dazu, das separate Einstellelement in der Bohrung des Ventilstücks zu positionieren.
Besonders bevorzugt weist das separate Positionierungs- element einen zweiten Ventilsitz auf. Dadurch ist es möglich, auf eine Zwischenscheibe im Ventil zu verzichten und somit die Teileanzahl des Ventils zu verringern.
Um das Ventilglied nach jeder Betätigung jeweils wieder in eine definierte Ausgangsposition zurückzustellen, ist vorzugsweise ein Rückstellelement, insbesondere eine Schraubenfeder oder eine Tellerfeder oder eine Blattfeder vorgesehen. Aufgrund der einfachen Ausgestaltung der Durchgangsbohrung ist es insbesondere möglich, das Rückstellelement entweder am zweiten Kolben oder am
Ventilglied angreifen zu lassen. Dadurch ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Gestaltung des Ventils und das Ventil kann je nach Einsatzzweck diesem entsprechend ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das Ventilglied kugelförmig, halbkugelförmig oder im wesentlichen pilzförmig ausgebildet. Hierbei ist erfindungsgemäß sichergestellt, daß die Kugel bzw. Halbkugel des Ventilgliedes nur einen Durchmesser aufweisen muß, so daß insbesondere die Kosten für eine Lagerhaltung von unterschiedlichen Ventilgliedern mit verschiedenen Durchmessern entfallen kann.
Um eine einfach und schnelle Montage zu ermöglichen, ist die Verbindung zwischen dem separaten Ring und der Bohrung des Ventilstückes und/oder die Verbindung zwischen dem Positionierungselement und der Bohrung vorzugsweise als Presspassung ausgebildet. Dadurch kann auf weitere Montageschritte wie z.B. Auftragen von Kleber oder Verbinden mittels Schrauben verzichtet werden. Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
Figur 3 ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß dem Stand der Technik.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ventil 1 zum Steuern von Flüssigkeiten dargestellt, welches als
Kraftstoffeinspritzventil verwendet wird. Das Ventil 1 umfaßt einen Halter 16, ein Ventilstück 17 und einen Düsenkörper (nicht dargestellt), welche z.B. mittels einer Düsenspannmutter miteinander verbunden sind. Weiter umfaßt das Ventil 1 einen hydraulischen Übersetzer 2, welcher einen ersten Kolben 3 , einen zweiten Kolben 4 und einen zwischen den beiden Kolben 3, 4 angeordneten Druckraum 5 auf eist. Der erste Kolben 3 wird über ein Piezoelement (nicht dargestellt) betätigt, welches in Axialrichtung des Kolbens 3 an der dem Druckraum 5 abgewandten Seite angeordnet ist.
Weiter weist das erfindungsgemäße Ventil ein Ventilglied 6 auf. Das Ventilglied 6 ist, wie in Figur 1 gezeigt, im wesentlichen pilzförmig ausgebildet und wird durch eine Halbkugel 6a sowie einen zylindrischen Fortsatz 6b gebildet. Der zylindrische Fortsatz 6b hat einen kleineren Durchmesser als die Halbkugel 6a und weist an seinem Ende einen Kugelabschnitt auf . Das Ventilglied 6 liegt mit der Halbkugel 6a in einem ersten Ventilsitz 7 an. Der erste Ventilsitz 7 ist an einem Ring 12 gebildet, welcher zwischen dem Ventilglied 6 und dem zweiten Kolben 4 angeordnet ist. Der zweite Kolben 4 steht über einen Stößel 11 mit dem Ventilglied 6 in Verbindung und hebt das Ventilglied 6 bei Betätigung über dem Piezoaktor vom ersten Ventilsitz 7 ab. Der Ring 12 weist eine Durchgangsbohrung auf, durch welche der Stößel 11 geführt wird.
Wie in Figur 1 gezeigt, ist im Ventilstück 17 eine Durchgangsbohrung 15 mit gleichbleibendem Durchmesser gebildet . Der Ring 12 ist in der Durchgangsbohrung 15 mittels einer Presspassung positioniert. Weiter ist in der Bohrung 15 ein Positionierungselement 13 angeordnet, welches eine Drosseleinrichtung 14 sowie einen zweiten Ventilsitz 8 aufweist . Das Positionierungselement 13 ist in die Bohrung 15 ebenfalls mittels einer Presspassung eingebracht. Das Ventilglied 6 ist mit dem kugelförmigen Endabschnitt des zylindrischen Fortsatzes 6b mit dem zweiten Ventilsitz 8 in Kontakt bringbar.
Um eine exakte Lagefixierung des ersten und zweiten
Ventilsitzes 7, 8 zu ermöglichen, ist zwischen dem Ring 12 und dem Positionierungselement 13 ein Einstellring 10 angeordnet. Dieser Einstellring 10 weist eine geringe Toleranz insbesondere in Axialrichtung des Ventils auf, so daß er eine exakte Lagefixierung der beiden Ventilsitze 7, 8 zueinander bereitstellt.
Weiter ist noch ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 9 vorgesehen, welches in einem Federsitz 19 im Positionierungselement 13 gehalten wird. Das Federelement 9 in ε ti rö iH
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aufweist. Der erste Kolben 3 des hydraulischen Übersetzers ist in einem Halter 16 angeordnet und der zweite Kolben 4 ist in einem Ventilstück 17 angeordnet.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel eine gestufte Durchgangsbohrung 15 im Ventilstück 17 vorgesehen. Dadurch ist ein erster Ventilsitz 7 an einem Bereich der Durchgangsbohrung 15 mit kleinem Durchmesser ausgebildet . Als Ventilglied ist eine einfach ausgebildete Ventilkugel 6 vorgesehen.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Ventilsitz 8 an einem Positionierungsungselement 13 ausgebildet . Das Positionierungselement 13 ist mittels einer Presspassung in der Bohrung 15 befestigt . Um die Lagefixierung zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilsitz 7, 8 zu gewährleisten, ist zwischen den beiden Ventilsitzen ein Einstellring 10 angeordnet . Abhängig von der Höhe des Einstellringes 10 in axialer Richtung des Ventils weist das Ventil einen entsprechenden Ventilhub des Ventilgliedes 6 auf.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist im zweiten Ausführungsbeispiel das Ventilglied 6 nicht direkt mit dem Federelement 9 in Verbindung. Wie in Figur 2 gezeigt, ist ein Federsitz 19 im Ventilstück 17 derart gebildet, daß das Federelement 9 gegen den zweiten Kolben 4 des hydraulischen Übersetzers 2 drückt. Dadurch wird insbesondere die Anordnung einer anderen Ausgangsstellung des Ventilglieds möglich und es muß kein Federsitz am Ventilglied vorgesehen werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Piezoaktor und einem hydraulischen Übersetzer 2, welcher einen ersten Kolben 3, einen zweiten Kolben 4 und einen zwischen den beiden Kolben angeordneten Druckraum 5 aufweist . Ein Ventilglied 6 ist mit dem zweiten Kolben 4 verbunden und ist mit mindestens einem ersten Ventilsitz 7 in Kontakt bringbar. Um einen Hub des Ventilgliedes 6 einzustellen, ist ein separates Einstellelement 10 als einzelnes Bauteil vorhanden.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu Illustrationszwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten umfassend einen Piezoaktor, einen hydraulischen Übersetzer (2) , welcher einen ersten Kolben (3) , einen zweiten Kolben (4) und einen zwischen den Kolben (3, 4) angeordneten Druckraum
(5) aufweist, und ein Ventilglied (6), welches mit dem zweiten Kolben (4) verbunden ist und mit mindestens einem ersten Ventilsitz (7) in Kontakt bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein separates Einstellelement (10) aufweist, um den Hub des
Ventilgliedes (6) einzustellen.
2. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das separate Einstellelement (10) als Einstellring ausgebilet ist.
3. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen separaten Ring (12), welcher den ersten Ventilsitz (7) aufweist.
4. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (4) , der separate Ring (12) und das Ventilglied (6) gemeinsam in einer Bohrung (15) mit konstantem Durchmesser angeordnet sind.
5. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein separates Positionierungselement (13) aufweist.
6. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Positionierungselement (13) einen zweiten Ventilsitz (8) aufweist.
7. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil weiter ein Rückstellelement (9) aufweist, welches entweder am zweiten Kolben (4) oder am Ventilglied (6) angreift .
8. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (6) kugelförmig, halbkugelförmig oder im wesentlichen pilzförmig ausgebildet ist.
9. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach einem der
Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ring (12) und der Bohrung (15) und/oder zwischen dem Positionierungselement (13) und der Bohrung (15) eine Presspassung ausgebildet ist .
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