WO2002014682A1 - Seat valve assembly, in particular for a fuel-injection system of an internal combustion engine - Google Patents

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WO2002014682A1
WO2002014682A1 PCT/DE2001/002796 DE0102796W WO0214682A1 WO 2002014682 A1 WO2002014682 A1 WO 2002014682A1 DE 0102796 W DE0102796 W DE 0102796W WO 0214682 A1 WO0214682 A1 WO 0214682A1
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Patrick Mattes
Friedrich Boecking
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a seat valve arrangement, in particular for a fuel injection system of an internal combustion engine, with at least one ring seat surface which is arranged between an inflow region and an outflow region and which is central to an axis and a seat element which can be moved along and along the axis in and out of sealing engagement with a sealing region of the ring seat surface, the ring seat surface being at Consideration in an axial longitudinal section obliquely inclined to the axis.
  • the ring seat surface runs straight and obliquely when viewed in an axial longitudinal section the axis and has an edge at the transition to the inflow area.
  • a disadvantage of this known seat valve arrangement is that when the seat element is lifted off the ring seat surface, undesirable turbulence occurs when it flows through. Furthermore, the flow rate over the stroke has a small gradient, which has a negative effect on the changeover speed of the poppet valve arrangement.
  • the invention proposes that the ring seat surface, when viewed in the axial longitudinal section on the side of the inflow region, be convexly curved following the sealing region.
  • a convex, preferably substantially circular arc-shaped curvature of the ring seat surface can achieve a flow with less turbulence when the seat element is lifted off the ring seat surface.
  • This in conjunction with the inflow funnel between the seat element and the ring seat surface, which is enlarged in comparison with a linear ring seat surface, causes the flow rate to rise more rapidly when the seat element is lifted off the ring seat surface, and thus causes the seat valve arrangement to switch faster to the open state.
  • a particularly low-turbulence flow behavior can be achieved in the poppet valve arrangement according to the invention if the transition from the ring seat surface to the inflow region is essentially free of edges. If desired, the ring seat surface can be convexly curved even in the sealing area.
  • the seat element is preferably designed as a ball seat element, although the principle of the invention is also applicable to conical seat elements.
  • the seat valve arrangement is part of an injector module with a fuel injection nozzle protruding into a cylinder combustion chamber of the internal combustion engine and one
  • Injection nozzle depending on the hydraulic pressure in a control chamber opening and closing nozzle needle, wherein the poppet valve arrangement is arranged in a pressure relief section connected to the control chamber, which can be optionally blocked or released by means of the poppet valve arrangement.
  • FIG. 1 schematically shows a double-seat control valve arrangement in an injector module of a fuel storage injection system
  • FIG. 2 is an enlargement of section A of the figure
  • FIG. 3 shows a qualitative curve of a stroke-flow characteristic of a single seat valve of the control valve arrangement of FIG. 1, and
  • Figure 4 shows a qualitative curve of a stroke-flow characteristic of the entire control valve assembly.
  • a double-seat control valve arrangement shown in FIG. 1 and generally designated by reference numeral 10 is installed in an injector module of a diesel accumulator injection system, which is also known as a common rail injection system, for a motor vehicle internal combustion engine.
  • This injector module has, in a manner known per se, an injector nozzle, not shown here, projecting into a cylinder combustion chamber of the internal combustion engine, and an injector needle 14 that opens and closes the injector depending on the pressure in a control chamber 12 and only indicates a small part here.
  • a fuel supply channel 16 which is fed from a high-pressure distributor or rail, is formed, via which the injection nozzle is supplied with power. material is supplied.
  • An always open, generally throttled inlet channel 18 branches off from the fuel supply channel 16, via which fuel is introduced from the fuel supply channel 16 into the control chamber 12.
  • This can be designed as an electromagnetic valve actuator.
  • a piezoelectric valve actuator is preferred which, in a manner known per se, can have a lifting body formed from a multiplicity of stacked piezomaterial layers.
  • the valve actuator 24 acts, if desired, with the interposition of a hydraulic stroke translator (not shown in any more detail) on a setting plunger 28 which is displaceably guided along a stroke axis 26 in the injector module and which carries at its end a valve element 30 designed as a ball seat element.
  • This is accommodated in a valve chamber 32 between two valve seats 34, 36 opposite one another in the direction of the lifting axis 26 and, as a rule, installed by means of a valve spring (not shown) biased towards one of the valve seats 34, 36.
  • the relief path 20 is blocked when the ball seat 30 is in sealing engagement with either the valve seat 34 or with the valve seat 36. If the ball seat element 30 is in an intermediate position between the two valve seats 34, 36, the relief path 20 is released.
  • an outlet channel 38 connected to the control chamber 12 opens into the valve chamber 32 in the region of the valve seat 36.
  • the outlet channel 38 contains an outlet throttle 40, which serves to adjust and limit the flow of the outflowing fuel.
  • a return channel 42 opens out of the valve chamber 32, via which the fuel which has run out of the control chamber 12 flows back to a fuel supply (not shown).
  • the decisive factor here is the speed with which the valve actuator 24 can move the ball seat element 30.
  • how quickly the fuel flow through the relief path 20 can increase in the course of releasing the relief path 20 and how quickly the fuel can empty out of the control chamber 12 plays an important role.
  • valve seats 34, 36 can achieve a significantly faster increase in the flow compared to previous solutions when the relief path 20 is released.
  • valve seats 34, 36 are each formed by an annular seat surface 44 and 46, which is molded into the chamber wall of the valve chamber 32 and is centered on the stroke axis 26.
  • these ring seat surfaces when viewed in a longitudinal section containing the stroke axis 26, run in a straight line obliquely to the stroke axis 26, as shown in broken lines in FIG.
  • a transition edge 48 which can be clearly seen in FIG. 2, is formed between the annular seat surface 46 forming the valve seat 36 and the wall of the outlet channel 38.
  • At least the inflow-side region of the ring seat surfaces 44, 46 is curved convexly.
  • the inflow-side region of the ring seat surface 46 is the region which, in the direction of the outlet channel 38, adjoins a sealing region 46a of the ring seat surface 46 in which the sealing engagement between the ball seat element 30 and the ring seat surface 46 takes place.
  • This inflow-side region of the ring seat surface 46 is designated 46b in FIG. In particular, it merges into the wall of the drain channel 38 without edges.
  • FIG. 3 clearly shows this behavior. There is the stroke h on the abscissa the ball seat element 30 or the valve actuator 24 and the ordinate the volume flow Q of the outflowing fuel - without taking into account the valve action on the other valve seat 34.
  • the curvature of the inflow-side ring seat area 46b can be in the form of a circular arc, but can also deviate from a circular shape. If desired, the convex curvature can extend into the sealing region 46a of the ring seat surface 46.
  • the ring seat surface 46 - here designated 46c - can extend in a straight line obliquely to the stroke axis 26, as in the previous solutions. However, the convex curvature of the ring seat surface 46 can also extend into this downstream ring seat surface region 46c.
  • the inflow-side annular seat surface region is the region which, towards the interior of the valve chamber 32, adjoins the sealing region of the annular seat surface 44 in which the sealing engagement with the spherical seat element 30 takes place.
  • This inflow-side region of the ring seat surface 44 is convexly curved, as is the case with the ring seat surface 46. Again, an edge-free transition to the adjacent areas of the chamber wall of the valve chamber 32 is recommended. It is not excluded to choose curvature profiles that differ from one another for the upstream areas of the ring seat surfaces 44, 46.
  • the outflow-side region of the ring seat surface 44 - this is the region which adjoins the sealing region of the ring seat surface 34 in the direction of the return channel 42 - can in turn have a rectilinear, if desired also a convexly curved contour.
  • a characteristic curve K4 is again drawn in dashed lines, which is obtained when the inflow-side region of the ring seat surface 44 is designed to be straight in section.
  • the superimposition of the two characteristic curves K 1 and K 3 results in an effective flow characteristic curve K 5 for the double-seat control valve arrangement 10, indicated by thick dots.
  • a characteristic curve K6 indicated by triangles shows the superimposition of the characteristic curves K2 and K4.
  • the choice of the specific curvature of the ring seat surface 44 can also be made dependent on the fact that at the beginning of the lifting of the ball seat element 30 from the valve seat 34, the hydraulically effective seat diameter is essentially unchanged and essentially the same as that at the sealing area of the Ring seat 44 measured geometric

Abstract

The invention relates to a seat valve assembly, in particular, for a fuel-injection system of an internal combustion engine. Said assembly comprises at least one annular seat surface (46) that is located between an inflow zone and an outflow zone and is centred around an axis (26) and a seat element (30), which can be displaced along the axis (26) to form or disengage a seal by co-operating with a sealing zone (46a) of the annular seat surface (46), whereby said annular seat surface (46) runs at an incline in relation to the axis (26), when viewed from a longitudinal cross-section of the axis. According to the invention, the annular seat surface (46), when viewed from the longitudinal cross-section of the axis, is curved in a convex manner on the inflow zone side, adjacent to the sealing zone (46a). This permits an extremely rapid increase in the throughput, as the seat element (30) begins to be lifted off the annular seat surface (46).

Description

Sitzventilanordnung, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer VerbrennungsmaschineSeat valve arrangement, in particular for a fuel injection system of an internal combustion engine
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Sitzventilanordnung, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungsmaschine, mit mindestens einer zwischen einem Zuströmbereich und einem Abströmbereich angeordneten, zu einer Achse zentrischen Ringsitzfläche und einem längs der Achse in und außer Dichteingriff mit einem Dichtbereich der Ringsitzfläche bewegbaren Sitzelement, wobei die Ringsitzfläche bei Betrachtung in einem Axiallängsschnitt schräg geneigt zu der Achse verläuft.The invention relates to a seat valve arrangement, in particular for a fuel injection system of an internal combustion engine, with at least one ring seat surface which is arranged between an inflow region and an outflow region and which is central to an axis and a seat element which can be moved along and along the axis in and out of sealing engagement with a sealing region of the ring seat surface, the ring seat surface being at Consideration in an axial longitudinal section obliquely inclined to the axis.
Insbesondere, aber nicht nur in Kraftstoffeinspritzsystemen wird regelmäßig eine hohe Dynamik bei Ventilschaltvorgängen angestrebt. Bei einer aus der Praxis bekannten gattungsgemäßen Sitzventilanordnung mit Ku- gelsitzelement verläuft die Ringsitzfläche bei Betrachtung in einem Axiallängsschnitt geradlinig schräg zu der Achse und weist am Übergang zum Zuströmbereich ein Kante auf.In particular, but not only in fuel injection systems, high dynamics in valve switching operations are regularly sought. In a generic seat valve arrangement with a ball seat element known from practice, the ring seat surface runs straight and obliquely when viewed in an axial longitudinal section the axis and has an edge at the transition to the inflow area.
Nachteilig ist jedoch bei dieser bekannten Sitzventi- lanordnung, daß beim Abheben des Sitzelements von der Ringsitzfläche unerwünschte Turbulenzen beim Durchfluß auftreten. Des weiteren weist die Durchflußrate über den Hub einen kleinen Gradienten auf, der sich negativ auf die Umschaltgeschwindigkeit der Sitzventilanordnung auswirkt.A disadvantage of this known seat valve arrangement, however, is that when the seat element is lifted off the ring seat surface, undesirable turbulence occurs when it flows through. Furthermore, the flow rate over the stroke has a small gradient, which has a negative effect on the changeover speed of the poppet valve arrangement.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Erfindung schlägt für eine Sitzventilanordnung der eingangs genannten Art vor, daß die Ringsitzfläche bei Betrachtung in dem Axiallängsschnitt auf der Seite des Zuströmbereichs im Anschluß an den Dichtbereich konvex gekrümmt verläuft.For a poppet valve arrangement of the type mentioned at the outset, the invention proposes that the ring seat surface, when viewed in the axial longitudinal section on the side of the inflow region, be convexly curved following the sealing region.
Es hat sich gezeigt, daß durch eine solche konvexe, vorzugsweise im wesentlichen kreisbogenförmige Krümmung der Ringsitzfläche ein turbulenzärmerer Durchfluß beim Abheben des Sitzelements von der Ringsitzfläche erreicht werden kann. Dies in Verbindung mit dem gegen- über einer im Schnitt geradlinigen Ringsitzfläche ver- gößerten Anströmtrichter zwischen Sitzelement und Ringsitzfläche bewirkt beim Abheben des Sitzelements von der Ringsitzfläche einen rascheren Anstieg der Durchflußrate und damit ein schnelleres Umschalten der Sitzventilanordnung in den Öffnungszustand. Ein besonders turbulenzarmes Strömungsverhalten läßt sich bei der erfindungsgemäßen Sitzventilanordnung erzielen, wenn der Übergang von der Ringsitzfläche zum Zuströmbereich im wesentlichen kantenfrei ist. Ge- wünschtenfalls kann die Ringsitzfläche sogar in dem Dichtbereich konvex gekrümmt verlaufen.It has been shown that such a convex, preferably substantially circular arc-shaped curvature of the ring seat surface can achieve a flow with less turbulence when the seat element is lifted off the ring seat surface. This, in conjunction with the inflow funnel between the seat element and the ring seat surface, which is enlarged in comparison with a linear ring seat surface, causes the flow rate to rise more rapidly when the seat element is lifted off the ring seat surface, and thus causes the seat valve arrangement to switch faster to the open state. A particularly low-turbulence flow behavior can be achieved in the poppet valve arrangement according to the invention if the transition from the ring seat surface to the inflow region is essentially free of edges. If desired, the ring seat surface can be convexly curved even in the sealing area.
Vorzugsweise ist das Sitzelement als Kugelsitzelement ausgeführt, wenngleich das Erfindungsprinzip grundsätz- lieh auch bei Kegelsitzelementen anwendbar ist.The seat element is preferably designed as a ball seat element, although the principle of the invention is also applicable to conical seat elements.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sitzventilanordnung Teil eines Injektormoduls mit einer in einen Zylinderbrennraum des Verbrennungsmo- tors ragenden Kraftstoff-Einspritzdüse und einer dieAccording to a preferred embodiment of the invention, the seat valve arrangement is part of an injector module with a fuel injection nozzle protruding into a cylinder combustion chamber of the internal combustion engine and one
Einspritzdüse abhängig vom Hydraulikdruck in einer Steuerkammer öffnenden und schließenden Düsennadel, wobei die Sitzventilanordnung in einer an die Steuerkammer angeschlossenen, mittels der Sitzventilanordnung wahl- weise sperr- oder freigebbaren Druckentlastungsstrecke angeordnet ist.Injection nozzle depending on the hydraulic pressure in a control chamber opening and closing nozzle needle, wherein the poppet valve arrangement is arranged in a pressure relief section connected to the control chamber, which can be optionally blocked or released by means of the poppet valve arrangement.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the subject matter of the invention can be gathered from the description, the drawing and the patent claims.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sitzven- tilanordnung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend anhand der Beschreibung näher erläutert. Es stellen darAn embodiment of the seat valve arrangement according to the invention is shown in the drawing and will explained in more detail below using the description. It represent
Figur 1 schematisch eine Doppelsitz- Steuerventilanordnung in einem Injektormodul eines Kraftstoff-Speichereinspritz-systems,FIG. 1 schematically shows a double-seat control valve arrangement in an injector module of a fuel storage injection system,
Figur 2 eine Vergrößerung des Ausschnitts A der FigurFigure 2 is an enlargement of section A of the figure
1,1,
Figur 3 einen qualitativen Verlauf einer Hub- Durchfluß-Kennlinie eines Einzelsitz-Ventils der Steu- erventilanordnung der Figur 1, und3 shows a qualitative curve of a stroke-flow characteristic of a single seat valve of the control valve arrangement of FIG. 1, and
Figur 4 einen qualitativen Verlauf einer Hub- Durchfluß-Kennlinie der gesamten Steuerventilanordnung.Figure 4 shows a qualitative curve of a stroke-flow characteristic of the entire control valve assembly.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Eine in Figur 1 gezeigte und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete doppelsitzige Steuerventilanordnung ist in ein Injektormodul eines Diesel- Speichereinspritzsystems, welches auch als Common-Rail- Einspritzsystem bekannt ist, für einen Kraftfahrzeug- Verbrennungsmotor eingebaut. Dieses Injektormodul weist in an sich bekannter Weise eine in einen Zylinderbrennraum des Verbrennungsmotors ragende, hier nicht näher dargestellte Einspritzdüse sowie eine die Einspritzdüse abhängig vom Druck in einer Steuerkammer 12 öffnende und schließende, hier nur zu einem kleinen Teil angedeutete Düsennadel 14 auf.A double-seat control valve arrangement shown in FIG. 1 and generally designated by reference numeral 10 is installed in an injector module of a diesel accumulator injection system, which is also known as a common rail injection system, for a motor vehicle internal combustion engine. This injector module has, in a manner known per se, an injector nozzle, not shown here, projecting into a cylinder combustion chamber of the internal combustion engine, and an injector needle 14 that opens and closes the injector depending on the pressure in a control chamber 12 and only indicates a small part here.
In dem Injektormodul ist ein aus einem Hochdruckvertei- 1er bzw. Rail gespeister Kraftstoffversorgungskanal 16 ausgebildet, über welchen die Einspritzdüse mit Kraft- stoff versorgt wird. Von dem Kraftstoffversorgungskanal 16 ist ein stets offener, in der Regel gedrosselter Zulaufkanal 18 abgezweigt, über welchen Kraftstoff aus dem KraftstoffVersorgungskanal 16 in die Steuerkammer 12 eingeleitet wird. Ein mittels der Steuerventilanordnung 10 wahlweise sperr- oder freigebbarer Entla-stungsweg 20 verbindet die Steuerkammer 12 mit einem nicht näher dargestellten Niederdruck-Entlastungsraum.In the injector module, a fuel supply channel 16, which is fed from a high-pressure distributor or rail, is formed, via which the injection nozzle is supplied with power. material is supplied. An always open, generally throttled inlet channel 18 branches off from the fuel supply channel 16, via which fuel is introduced from the fuel supply channel 16 into the control chamber 12. A relief path 20, which can be optionally blocked or released by means of the control valve arrangement 10, connects the control chamber 12 to a low-pressure relief chamber (not shown in more detail).
Bei gesperrtem Entlastungsweg 20 stellt sich im stationären Zustand in der Steuerkammer 12 ein dem Druck im KraftstoffVersorgungskanal 16 entsprechender Hochdruck ein, der auf die Düsennadel 14 wirkt und zum Verschließen der Einspritzdüse führt. Wird der Entlastungsweg 20 geöffnet, fließt Kraftstoff aus der Steuerkammer 12 ab. Der damit einhergehende Druckabfall in der Steuerkammer 12 bewirkt, daß die Düsennadel 14 die Einspritzdüse freigibt und Kraftstoff in den Zylinderbrennraum eingespritzt wird. Zeitpunkt und Dauer der Einspritzung kön- nen dabei vom Fachmann durch geeignete Ansteuerung der Steuerventilanordnung 10 festgelegt werden.When the relief path 20 is blocked, a high pressure corresponding to the pressure in the fuel supply channel 16 occurs in the control chamber 12 in the stationary state, which acts on the nozzle needle 14 and leads to the closure of the injection nozzle. If the relief path 20 is opened, fuel flows out of the control chamber 12. The associated drop in pressure in the control chamber 12 causes the nozzle needle 14 to release the injection nozzle and fuel is injected into the cylinder combustion chamber. The time and duration of the injection can be determined by a person skilled in the art by suitable control of the control valve arrangement 10.
Zur Betätigung der Steuerventilanordnung 10 dient ein von einer elektronischen Ventilsteuereinheit 22 des Ein- spritzsystems gesteuerter Ventilsteller 24. Dieser kann als elek-tromagnetischer Ventilsteller ausgeführt sein. Im vorliegenden Fall einer doppeltschaltenden Steuerventilanordnung 10 wird jedoch ein piezoelektrischer Ventilsteller bevorzugt, der in an sich bekannter Weise ei- nen aus einer Vielzahl übereinander gestapelter Piezoma- terialschichten gebildeten Hubkörper aufweisen kann. Der Ventilsteller 24 wirkt gewünschtenfalls unter Zwischenschaltung eines nicht näher dargestellten hydraulischen Hubübersetzers auf einen längs einer Hubachse 26 in dem Injektormodul verschiebbar geführten Stellstößel 28, der an seinem Ende ein als Kugelsitzelement ausgebildetes Ventilelement 30 trägt. Dieses ist in einer Ventilkammer 32 zwischen zwei in Richtung der Hubachse 26 gegenüberliegenden Ventilsitzen 34, 36 hin- und her- beweglich untergebracht und im Regelfall durch eine nicht gezeigte Ventilfeder in Richtung zu einem der Ventilsitze 34, 36 hin vorgespannt eingebaut.A valve actuator 24, which is controlled by an electronic valve control unit 22 of the injection system, is used to actuate the control valve arrangement 10. This can be designed as an electromagnetic valve actuator. In the present case of a double-switching control valve arrangement 10, however, a piezoelectric valve actuator is preferred which, in a manner known per se, can have a lifting body formed from a multiplicity of stacked piezomaterial layers. The valve actuator 24 acts, if desired, with the interposition of a hydraulic stroke translator (not shown in any more detail) on a setting plunger 28 which is displaceably guided along a stroke axis 26 in the injector module and which carries at its end a valve element 30 designed as a ball seat element. This is accommodated in a valve chamber 32 between two valve seats 34, 36 opposite one another in the direction of the lifting axis 26 and, as a rule, installed by means of a valve spring (not shown) biased towards one of the valve seats 34, 36.
Der Entlastungsweg 20 ist gesperrt, wenn das Kugelsitze- le ent 30 in Dichteingriff entweder mit dem Ventilsitz 34 oder mit dem Ventilsitz 36 steht. Befindet sich das Kugelsitzelement 30 in einer Zwischenposition zwischen den beiden Ventilsitzen 34, 36, ist der Entlastungsweg 20 freigegeben.The relief path 20 is blocked when the ball seat 30 is in sealing engagement with either the valve seat 34 or with the valve seat 36. If the ball seat element 30 is in an intermediate position between the two valve seats 34, 36, the relief path 20 is released.
Zur Bildung des Entlastungswegs 20 mündet im Bereich des Ventilsitzes 36 ein mit der Steuerkammer 12 verbundener Ablaufkanal 38 in die Ventilkammer 32. Der Ablaufkanal 38 enthält eine Ablaufdrossel 40, welche zur Einstellung und Begrenzung des Durchflusses des ablaufenden Kraftstoffs dient. Im Bereich des Ventilsitzes 34 mündet aus der Ventilkammer 32 ein Rücklaufkanal 42, über den der aus der Steuerkammer 12 abgelaufene Kraftstoff zu einem nicht gezeigten Kraftstoffvorrat zurückfließt. Um die eingespritzte Kraftstoffmenge exakt dosieren zu können, ist es wünschenswert, den Entlastungsweg 20 rasch freigeben und sperren zu können. Hierbei ist zum einen die Schnelligkeit maßgeblich, mit der der Ventil- steller 24 das Kugelsitzelement 30 bewegen kann. Zum anderen spielt eine wesentliche Rolle, wie rasch im Zuge einer Freigabe des Entlastungswegs 20 der Kraftstoffdurchfluß durch diesen ansteigen kann und wie schnell sich demnach der Kraftstoff aus der Steuerkammer 12 ent- leeren kann.To form the relief path 20, an outlet channel 38 connected to the control chamber 12 opens into the valve chamber 32 in the region of the valve seat 36. The outlet channel 38 contains an outlet throttle 40, which serves to adjust and limit the flow of the outflowing fuel. In the region of the valve seat 34, a return channel 42 opens out of the valve chamber 32, via which the fuel which has run out of the control chamber 12 flows back to a fuel supply (not shown). In order to be able to meter the amount of fuel injected exactly, it is desirable to be able to quickly release and block the relief path 20. The decisive factor here is the speed with which the valve actuator 24 can move the ball seat element 30. On the other hand, how quickly the fuel flow through the relief path 20 can increase in the course of releasing the relief path 20 and how quickly the fuel can empty out of the control chamber 12 plays an important role.
Es hat sich gezeigt, daß durch eine geeignete Gestaltung der Ventilsitze 34, 36 ein im Vergleich zu bisherigen Lösungen deutlich rascherer Anstieg des Durchflusses bei Freigabe des Entlastungswegs 20 erzielt werden kann.It has been shown that a suitable design of the valve seats 34, 36 can achieve a significantly faster increase in the flow compared to previous solutions when the relief path 20 is released.
Zur Erläuterung der Gestaltung der Ventilsitze 34, 36 wird nun zusätzlich auf Figur 2 verwiesen. Darin ist ersichtlich, daß beide Ventilsitze 34, 36 von je einer in die Kammerwand der Ventilkammer 32 eingeformten, zur Hubachse 26 zentrischen Ringsitzfläche 44 bzw. 46 gebildet sind.To explain the design of the valve seats 34, 36, reference is now made additionally to FIG. This shows that both valve seats 34, 36 are each formed by an annular seat surface 44 and 46, which is molded into the chamber wall of the valve chamber 32 and is centered on the stroke axis 26.
Bei bisherigen Lösungen verlaufen diese Ringsitzflächen bei Betrachtung in einem die Hubachse 26 enthaltenden Längsschnitt geradlinig schräg zur Hubachse 26, wie dies gestrichelt in Figur 2 eingezeichnet ist. Dabei ist zwischen der den Ventilsitz 36 bildenden Ringsitzfläche 46 und' der Wand des Ablaufkanals 38 eine in Fi- gur 2 gut zu erkennende Übergangskante 48 gebildet.In previous solutions, these ring seat surfaces, when viewed in a longitudinal section containing the stroke axis 26, run in a straight line obliquely to the stroke axis 26, as shown in broken lines in FIG. In this case, a transition edge 48, which can be clearly seen in FIG. 2, is formed between the annular seat surface 46 forming the valve seat 36 and the wall of the outlet channel 38.
Auch zwischen der den Ventilsitz 34 bildenden Ringsitz- fläche 44 und den zum Inneren der Ventilkammer 32 hin angrenzenden Bereichen der Kammerwand ist bei den bisherigen Lösungen eine ähnliche Übergangskante gebildet.Also between the ring seat forming the valve seat 34 surface 44 and the regions of the chamber wall adjacent to the interior of the valve chamber 32, a similar transition edge is formed in the previous solutions.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist jedoch zumindest der zuströmseitige Bereich der Ringsitzflächen 44, 46 konvex gekrümmt .In the solution according to the invention, however, at least the inflow-side region of the ring seat surfaces 44, 46 is curved convexly.
Beim Ventilsitz 36 ist der zuströmseitige Bereich der Ringsitzfläche 46 derjenige Bereich, der in Richtung zum Ablaufkanal 38 hin an einen Dichtbereich 46a der Ringsitzfläche 46 anschließt, in welchem der Dichteingriff zwischen dem Kugelsitzelement 30 und der Ringsitzfläche 46 stattfindet. Dieser zuströmseitige Bereich der Ringsitzfläche 46 ist in Figur 2 mit 46b bezeichnet. Insbesondere geht er kantenfrei in die Wand des Ablaufkanals 38 über.In the case of valve seat 36, the inflow-side region of the ring seat surface 46 is the region which, in the direction of the outlet channel 38, adjoins a sealing region 46a of the ring seat surface 46 in which the sealing engagement between the ball seat element 30 and the ring seat surface 46 takes place. This inflow-side region of the ring seat surface 46 is designated 46b in FIG. In particular, it merges into the wall of the drain channel 38 without edges.
Durch diese Gestaltung der Ringsitzfläche 46 kann bei geringem Öffnungshub des Kugelsitzelements 30 eine größere Durchflußrate des zwischen Ventilsitz 36 und Kugelsitzelement 30 abfließenden Kraftstoffs erzielt werden als bei geradliniger Gestaltung des zuströmseitigen Ringsitzflächenbereichs 46b. Dies bedeutet zugleich, daß sich mit zunehmendem Öffnungshub ein rascherer Anstieg der Durchflußrate als bei geradliniger Gestaltung des zuströmseitigen Ringsitzflächenbereichs 46b einstellt.With this design of the ring seat surface 46, a greater flow rate of the fuel flowing between the valve seat 36 and the ball seat element 30 can be achieved with a small opening stroke of the ball seat element 30 than with a straight line design of the inflow-side ring seat surface region 46b. At the same time, this means that the flow rate increases more rapidly with an increasing opening stroke than when the inflow-side annular seat area 46b is designed in a straight line.
Das qualitative Diagramm der Figur 3 zeigt dieses Verhalten anschaulich. Dort sind an der Abszisse der Hub h des Kugelsitzelements 30 bzw. des Ventilstellers 24 und an der Ordinate der Volumenstrom Q des abfließenden Kraftstoffs aufgetragen - ohne Berücksichtigung der Ventilwirkung am anderen Ventilsitz 34.The qualitative diagram in FIG. 3 clearly shows this behavior. There is the stroke h on the abscissa the ball seat element 30 or the valve actuator 24 and the ordinate the volume flow Q of the outflowing fuel - without taking into account the valve action on the other valve seat 34.
Man erkennt, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung eine Kennlinie Kl (mit durchgezogener Linie gezeichnet) erhalten wird, die wesentlich steiler bis zu einem durch die Ablaufdrossel 40 bestimmten Maximum ansteigt als eine bei den bisherigen Lösungen erhaltene, gestrichelte Kennlinie K2.It can be seen that a characteristic curve K 1 (drawn with a solid line) is obtained in the solution according to the invention, which rises significantly steeper up to a maximum determined by the flow restrictor 40 than a dashed characteristic curve K 2 obtained in the previous solutions.
Die Krümmung des zuströmseitigen Ringsitzflächenbereichs 46b kann kreisbogenförmig, aber auch von einer Kreisform abweichend sein. Gewünschtenfalls kann sich die konvexe Krümmung bis in den Dichtbereich 46a der Ringsitzfläche 46 erstrecken.The curvature of the inflow-side ring seat area 46b can be in the form of a circular arc, but can also deviate from a circular shape. If desired, the convex curvature can extend into the sealing region 46a of the ring seat surface 46.
Der zum Inneren der Ventilkammer 32 hin an den Dichtbe- reich 46a anschließende abströmseitige Bereich derThe outflow-side area of the valve chamber 32 which adjoins the sealing area 46a toward the inside
Ringsitzfläche 46 - hier mit 46c bezeichnet - kann wie bei den bisherigen Lösungen geradlinig schräg zur Hubachse 26 verlaufen. Die konvexe Krümmung der Ringsitzfläche 46 kann aber auch bis in diesen abströmseitigen Ringsitzflächenbereich 46c reichen.The ring seat surface 46 - here designated 46c - can extend in a straight line obliquely to the stroke axis 26, as in the previous solutions. However, the convex curvature of the ring seat surface 46 can also extend into this downstream ring seat surface region 46c.
Was die den Ventilsitz 34 bildende Ringsitzfläche 44 anbelangt, so ist dort der zuströmseitige Ringsitzflä- chenbereich derjenige Bereich, der zum Inneren der Ven- tilkammer 32 hin an den Dichtbereich der Ringsitzfläche 44 anschließt, in dem der Dichteingriff mit dem Kugel- sitzelement 30 stattfindet. Dieser zuströmseitige Bereich der Ringsitzfläche 44 ist wie bei der Ringsitzfläche 46 konvex gekrümmt. Es empfiehlt sich wiederum ein kantenfreier Übergang zu den angrenzenden Bereichen der Kammerwand der Ventilkammer 32. Dabei ist es nicht ausgeschlossen, für die zuströmseitigen Bereiche der Ringsitzflächen 44, 46 voneinander abweichende Krümmungsverläufe zu wählen.As far as the annular seat surface 44 forming the valve seat 34 is concerned, the inflow-side annular seat surface region is the region which, towards the interior of the valve chamber 32, adjoins the sealing region of the annular seat surface 44 in which the sealing engagement with the spherical seat element 30 takes place. This inflow-side region of the ring seat surface 44 is convexly curved, as is the case with the ring seat surface 46. Again, an edge-free transition to the adjacent areas of the chamber wall of the valve chamber 32 is recommended. It is not excluded to choose curvature profiles that differ from one another for the upstream areas of the ring seat surfaces 44, 46.
Der abströmseitige Bereich der Ringsitzfläche 44 - das ist der Bereich, der in Richtung zum Rücklaufkanal 42 an den Dichtbereich der Ringsitzfläche 34 anschließt - kann wiederum eine geradlinige, gewünschtenfalls aber auch eine konvex gekrümmte Kontur besitzen.The outflow-side region of the ring seat surface 44 - this is the region which adjoins the sealing region of the ring seat surface 34 in the direction of the return channel 42 - can in turn have a rectilinear, if desired also a convexly curved contour.
In das qualitative Diagramm der Figur 4 ist zusätzlich zu den bereits in Figur 3 gezeigten Kennlinien Kl und K2 eine weitere Kennlinie K3 eingezeichnet, die die Abhängigkeit der Menge Q des am Ventilsitz 34 vorbeiströ- menden Kraftstoffs vom Hub h des Kugelsitzelements 30 zeigt, und zwar ohne Berücksichtigung der Ventilwirkung am Ventilsitz 36.In the qualitative diagram in FIG. 4, in addition to the characteristic curves K 1 and K 2 already shown in FIG. 3, a further characteristic curve K 3 is shown, which shows the dependence of the quantity Q of the fuel flowing past the valve seat 34 on the stroke h of the ball seat element 30, specifically without taking into account the valve action at valve seat 36.
Als Vergleich ist wiederum eine Kennlinie K4 gestri- chelt eingezeichnet, die bei im Schnitt geradliniger Gestaltung des zuströmseitigen Bereichs der Ringsitzfläche 44 erhalten wird. Aus der Überlagerung der beiden Kennlinien Kl und K3 ergibt sich eine durch dicke Punkte angedeutete effektive Durchflußkennlinie K5 für die doppelsitzige Steuerventilanordnung 10. Zum Ver- gleich zeigt eine durch Dreiecke angedeutete Kennlinie K6 die Überlagerung der Kennlinien K2 und K4.As a comparison, a characteristic curve K4 is again drawn in dashed lines, which is obtained when the inflow-side region of the ring seat surface 44 is designed to be straight in section. The superimposition of the two characteristic curves K 1 and K 3 results in an effective flow characteristic curve K 5 for the double-seat control valve arrangement 10, indicated by thick dots. a characteristic curve K6 indicated by triangles shows the superimposition of the characteristic curves K2 and K4.
Man erkennt anhand der Kennlinie K5, daß bei der erfin- dungsgemäßen Lösung der stabile Bereich, welcher durch eine Hubspanne Sl angedeutet ist, in dem die abfließende Kraftstoffmenge unabhängig von der Hubposition des Kugelsitzelements 30 annähernd konstant ist, deutlich größer ist als der stabile Bereich bei den bisherigen Lösungen, welches durch eine Hubspanne S2 angedeutet ist. Zudem fließt bei der erfindungsgemäßen Lösung im stabilen Bereich ein größerer Volumenstrom als bei den bisherigen Lösungen.It can be seen from the characteristic curve K5 that, in the solution according to the invention, the stable area, which is indicated by a stroke span S1, in which the outflowing fuel quantity is approximately constant regardless of the stroke position of the ball seat element 30, is significantly larger than the stable area at the previous solutions, which is indicated by a stroke range S2. In addition, a larger volume flow flows in the stable range in the solution according to the invention than in the previous solutions.
Im Teilhubbereich, also bei vergleichsweise geringemIn the partial stroke range, i.e. at a comparatively low level
Abheben des Kugelsitzelements 30 vom Ventilsitz 34 bzw. 36, steigt außerdem bei der erfindungsgemäßen Lösung der Durchfluß sehr rasch bis nahe seines Maximums an, so daß sich insgesamt sehr schnelle Reaktionszeiten des Einspritzsy-stems erzielen lassen und unvermeidbareWhen the ball seat element 30 is lifted off the valve seat 34 or 36, the flow in the solution according to the invention also increases very rapidly to near its maximum, so that overall very fast reaction times of the injection system can be achieved and are unavoidable
Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile der Steuerventilanordnung sich nur wenig auswirken.Manufacturing tolerances of the individual components of the control valve arrangement have little effect.
Insbesondere bei dem Ventilsitz 34 kann die Wahl des konkreten Krümmungsverlaufs der Ringsitzfläche 44 zudem davon abhängig gemacht werden, daß zu Beginn des Abhe- bens des Kugelsitzelements 30 vom Ventilsitz 34 der hydraulisch wirksame Sitzdurchmesser im wesentlichen unverändert und im wesentlichen gleich dem am Dichtbe- reich der Ringsitzfläche 44 gemessenen geometrischenIn particular in the case of the valve seat 34, the choice of the specific curvature of the ring seat surface 44 can also be made dependent on the fact that at the beginning of the lifting of the ball seat element 30 from the valve seat 34, the hydraulically effective seat diameter is essentially unchanged and essentially the same as that at the sealing area of the Ring seat 44 measured geometric
Sitzdurchmesser bleiben soll, um eine hubabhängige Zu- nähme der vom Ventilsteller 24 aufzubringenden Hubkraft zu vermeiden. Seat diameter should remain in order to would take the lifting force to be applied by the valve actuator 24.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Sitzventilanordnung, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungsmaschine, mit minde- stens einer zwischen einem Zuströmbereich und einem Abströmbereich angeordneten, zu einer Achse (26) zentrischen Ringsitzfläche (44, 46) und einem längs der Achse (26) in und außer Dichteingriff mit einem Dichtbereich (46a) der Ringsitzfläche (44, 46) bewegbaren Sitzele- ment (30), wobei die Ringsitzfläche (44, 46) bei Betrachtung in einem Axiallängsschnitt schräg geneigt zu der Achse (26) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsitzfläche (44, 46) bei Betrachtung in dem Axiallängsschnitt auf der Seite des Zuströmbereichs im Anschluß an den Dichtbereich (46a) konvex gekrümmt verläuft .1. Seat valve arrangement, in particular for a fuel injection system of an internal combustion engine, with at least one annular seat surface (44, 46) arranged between an inflow region and an outflow region and centered on an axis (26) and with and along the axis (26) in and out of sealing engagement a sealing area (46a) of the ring seat surface (44, 46) movable seat element (30), the ring seat surface (44, 46) when viewed in an axial longitudinal section obliquely inclined to the axis (26), characterized in that the ring seat surface ( 44, 46) when viewed in the axial longitudinal section on the side of the inflow region following the sealing region (46a) is convexly curved.
2. Sitzventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der Ringsitzfläche (44, 46) zum Zuströmbereich im wesentlichen kantenfrei ist. 2. Poppet valve arrangement according to claim 1, characterized in that the transition from the ring seat surface (44, 46) to the inflow area is substantially edge-free.
3. Sitzventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsitzfläche (44, 46) auf der Seite des Zuströmbereichs im Anschluß an den Dichtbereich (46a) im wesentlichen kreisbogenförmig konvex verläuft.3. Poppet valve arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the annular seat surface (44, 46) on the side of the inflow region following the sealing region (46a) extends in a substantially convex arc.
4. Sitzventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis4. Seat valve arrangement according to one of claims 1 to
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsitzfläche (44, 46) auch in dem Dichtbereich (46a) konvex gekrümmt ver- läuft.3, characterized in that the ring seat surface (44, 46) also has a convex curvature in the sealing area (46a).
5. Sitzventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis5. Seat valve arrangement according to one of claims 1 to
4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sitzelement (30) als Kugelsitzelement ausgeführt ist.4, characterized in that the seat element (30) is designed as a ball seat element.
6. Sitzventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis6. Seat valve arrangement according to one of claims 1 to
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzventilanordnung Teil eines Injektormoduls mit einer in einen Zylinderbrennraum des Verbrennungsmotors ragenden Kraftstoff- Einspritzdüse und einer die Einspritzdüse abhängig vom Hydraulikdruck in einer Steuerkammer (12) öffnenden und schließenden Düsennadel (14) ist, wobei die Sitzventilanordnung in einer an die Steuerkammer (12) angeschlossenen, mittels der Sitzventilanordnung wahlweise sperr- oder freigebbaren Druckentlastungsstrecke (20) angeordnet ist. 5, characterized in that the seat valve arrangement is part of an injector module with a fuel injection nozzle projecting into a cylinder combustion chamber of the internal combustion engine and a nozzle needle (14) opening and closing depending on the hydraulic pressure in a control chamber (12), the seat valve arrangement in an the control chamber (12) is connected, by means of the poppet valve arrangement selectively lockable or unlockable pressure relief section (20) is arranged.
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